滚动轴承在任意方向的支承刚度

为仔细分析高速转子——滚动轴承系统的动力学特性,本文提出了滚动轴承在任意方向的支承刚度的概念,应用弹性理论和滚动轴承内部几何关系,推导了滚动轴承在任意方向的支承刚度的数学表达式。同时还提出了球轴承和单列向心短圆柱滚子轴承在外载荷作用下内圈位移的简化表达式,给出了计算方法和编制了相应的计算程序。 为验证上述理论的正确性和程序的可靠性,应用本文方法进行了大量的计算试验,与美国空军推进实验室所提供的轴承刚度的资料相比较,计算结果相当吻合。在此基础上,本文还进一步探讨了轴承的轴向负荷和径向负荷、径向间隙和负荷分布参数对轴承刚度的重要影响,得到了许多重要结论。     

时变支承刚度对分流传动系统振动特性的影响

基于集中质量法，考虑时变啮合刚度、综合传递误差和齿侧间隙等因素的影响，建立了圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型和方程。采用变步长Runge-Kutta法，对动力学方程进行了数值求解；通过引入滚动轴承的支承刚度计算模型，分析了时变支承刚度和非时变支承刚度对系统振动特性的影响。仿真结果表明：当按照时变支承刚度模型计算时，轴承的支承刚度会产生4%左右的波动，输出轴上的横向振动位移幅值增大了约5%；支承刚度的时变性使得系统的非线性增强，稳定性变差；支承刚度的时变特性对分扭级动载系数影响较大，对并车级动载系数影响较小。     

监测复合材料结构剩余疲劳寿命的剩余刚度方法

通过疲劳试验获得了复合材料层合板刚度退化的两参数模型,基于此模型提出了复合材料结构剩余疲劳寿命监测的剩余刚度方法,它以实验室中获得的归一化的剩余刚度曲线为基准,结合复合材料结构疲劳危险点的实测剩余刚度值,预测该危险部位的剩余疲劳寿命。该方法抓住了复合材料结构刚度退化的本质,借助实测刚度值,消除了疲劳性能分散性的大部分影响。通过4种玻璃/环氧复合材料光滑试验件和中心孔试验件的疲劳试验结果对该方法进行了验证。结果显示,本方法可以准确地预测复合材料结构的剩余寿命,且仅需利用前20%左右的剩余刚度数据,预测结果便与试验结果吻合较好。     

基于复模态模型修正方法的磁悬浮轴承支承参数识别

针对较大阻尼的磁轴承-转子系统,采用复模态模型修正技术,识别其支承刚度和阻尼参数.结合通用有限元软件NASTRAN与工程软件MATLAB,以实际磁轴承-转子系统为例,应用复模态实验数据识别得到了转子悬浮静止时磁轴承的刚度和阻尼参数,使得修正后有限元计算与实验数据之间的频率相对误差在10%以内,阻尼比相对误差也得到改善.研究表明,所提出的基于复模态的模型修正方法对具有较大阻尼的磁轴承支承刚度和阻尼参数识别是非常有效的.     

航空发动机主轴承使用状态寿命预测模型(英文)

航空发动机主轴承寿命的实际可靠预测对于发动机的安全运行至关重要。使用状态寿命(即状态良好、初始损伤、故障发展和即将失效4个寿命阶段)描述航空发动机主轴承的使用寿命,并提出了一种基于支持向量机和模糊逻辑推理的主轴承状态寿命分析模型。首先,讨论了理论计算模型,采用轴承疲劳累积损伤模型,利用修正的Lundberg-Palmgren模型,结合飞参记录数据计算主轴承装机以来的累积寿命消耗,确定状态寿命的理论值。然后,详细阐述了状态寿命评估模型,该方法通过选取轴承振动的时域、频域统计量作为特征矢量,利用支持向量机作为辨识算法进行滚动轴承状态寿命的智能评估。最后,基于模糊逻辑推理融合主轴承状态寿命的理论计算模型和状态寿命评估模型得到主轴承状态寿命模型。采用滚动轴承的全寿命试验验证模型的有效性和可行性。     

等幅应变下环形金属橡胶的疲劳失效机理研究

金属橡胶在航空、航天以及现代工业等领域获得了广泛应用，其疲劳寿命对产品结构的可靠性有重要影响。本文对环形金属橡胶试件进行了4种振幅条件下的应变循环加载疲劳试验，研究了环形金属橡胶平均刚度和阻尼损耗系数力学性能的变化过程。结果表明：等幅循环应变下，金属橡胶疲劳过程可分成磨合和损伤两个阶段，磨合阶段平均刚度和阻尼损耗系数的分散性强于损伤阶段；平均刚度在磨合阶段增加10%～20%，在损伤阶段降低至初始刚度的70%；阻尼损耗系数在磨合阶段和损伤阶段持续降低至初始的60%～70%；振幅小于环形金属橡胶高度7.8%时，磨合阶段在疲劳周次中的占比显著下降。     

高速向心滚子轴承准动力学分析

本文建立了一个准动力学模型以分析高速滚子轴承的打滑及滚子歪斜现象。模型对轴承轴向采用分片计算方法以解决偏载现象;在计算接触变形时考虑了与油膜厚度的关系;提出了如何判定承载滚子以减小计算量的方法。在大量计算的基础上,分析了轴承间隙、外载荷、转速、内圈倾斜及滚子数等因素对轴承打滑、滚子歪斜及轴承疲劳寿命的影响。其结论对轴承结构设汁有较大参考价值。所编的计算程序可作为实际轴承设计的辅助工具。     

发动机喷管延伸段振动疲劳评估方法

发动机喷管延伸段由管束式排放冷却段和气膜冷却单壁段组成,发动机运行过程中会受到较高应力、宽频振动以及高温环境等影响,因而在受力集中部位、焊缝最大应力区等薄弱环节比较容易出现裂纹等破坏形式。本文给出发动机喷管延伸段在高温高压环境下的静动强度、刚度、和薄壁结构常温下振动疲劳分析方法。建立了发动机喷管延伸段有限元分析模型,根据仿真分析结果评估结构强度是否满足设计要求,运用多种分析手段查找结构设计的相对薄弱环节,提出通过高温静强度和刚度以及疲劳寿命分析,并根据疲劳寿命反馈进行结构优化,为结构设计提供有效参考。     

高速滚动轴承-转子系统的摩擦阻尼减振

为了抑制高速滚动轴承-转子系统在通过临界转速时的过大振动,本文采用了摩擦阻尼弹性支承结构.分析了该支承的减振机理和支承特性,设计了摩擦阻尼器,研究了其对转子系统不平衡响应的影响.结果表明,采用适当的机械结构,阻尼器的刚度因子和摩阻因子只与内环的锥角和接触面摩擦因数有关.通过改变这两个参数和外壳轴向刚度,可改变其刚度和阻尼特性.在转子系统支承中引入摩擦阻尼器能够降低支承刚度,从而降低系统的临界转速,避开工作转速.此外,还可增大支承阻尼,抑制临界振幅,减小系统的振动外传力.     

复合材料剩余刚度概率模型研究

纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)的疲劳剩余刚度分布数据是FRP结构疲劳可靠性评估的基础数据之一。本文首先提出了一种剩余刚度概率模型。该模型的中值曲线为指数函数和线性函数的组合,且在给定归一化寿命下的剩余刚度服从正态分布。然后完成了两种铺层的玻璃纤维和碳纤维试件静载及疲劳试验,得到两种材料不同载荷下的剩余刚度变化曲线。通过研究发现,本文提出的模型可以较好地描述试验结果。     

3种不同形式的板弹簧性能分析

板弹簧技术是航空航天用斯特林制冷机长寿命、高可靠运行的关键技术之一。大的板弹簧径向刚度为活塞提供支撑,以保证活塞在极小的间隙内实现与汽缸之间的无接触运动;板弹簧轴向刚度为活塞直线运动提供轴向的自由度,其轴向的最大行程受到板弹簧材料疲劳极限的限制;由于没有活塞环等密封元件,高低压之间的密封通过活塞与气缸之间的间隙密封来实现,这大大提高了活塞和气缸间的装配难度。本文针对3种常见的板弹簧:同心涡旋臂板弹簧、偏心涡旋臂板弹簧和直线臂板弹簧进行有限元分析。通过改变板弹簧载荷、厚度和弹簧臂宽度等参数,对3种型式的板弹簧分别进行加载求解,得到弹簧的应力和位移分布云图。通过模态分析得到板弹簧的自然频率,为有效避免板弹簧的谐振提供依据。分析表明:在基本结构参数相同的情况下,直线臂板弹簧可以提供较大的径向刚度与轴向刚度之比和较高的自然频率,有利于整机系统的轻量化。     

无传载紧固孔的疲劳寿命估算

本文根据紧固件与紧固孔的间隙配合、平滑配合或干涉配合情况具有的不同接触应力和干涉应力、应变分析特点,研究了用Neuber方程分析孔边局部应力、应变等循环参数和用Manson-Coffio应变疲劳寿命方程估算无传载紧固孔的痨劳寿命方法。例举的紧固件与紧固孔不同配合试验件的疲劳寿命试验结果与本文利用应力严重系数法分别计算的结果对比表明,本文所述的无传载紧固孔疲劳寿命估算方法与试验结果是比较一致的。这一循环参数分析和疲劳寿命估算方法为典型机翼下壁板结构的疲劳寿命估算建立了基础。     

基于热流体动力润滑分析的滑动轴承平衡位置和动力特性系数研究(英文)

建立了考虑润滑油粘热效应的滑动轴承热流体动力润滑分析模型,采用有限元法分析滑动轴承油膜压力和温度分布。对有限元方程关于扰动项求导直接得到油膜压力对于各扰动项的偏导数,并且通过油膜压力对于扰动项的偏导数构建油膜力Jacobi矩阵。采用Newton-Raphson方法确定给定静载下的轴承平衡位置,同时不需要额外的计算即可通过油膜力Jacobi矩阵获得滑动轴承动力特性系数。通过算例研究了轴承几何参数对滑动轴承动力系数的影响。分析结果表明,油膜温度对轴承刚度系数的影响大于阻尼系数;在轴承偏心率较小时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而增大;而在轴承偏心率较大时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而减小。     

三维四向编织复合材料疲劳性能分析

建立基于八边形纤维束截面假设的三维四向编织复合材料单胞模型。基于单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型,结合组分材料的疲劳失效判据和性能突降方法,建立了三维四向编织复合材料疲劳寿命预测模型。利用ABAQUS有限元软件UMAT开发了疲劳寿命预测与渐进损伤分析程序,研究了三维四向编织复合材料在不同应力水平下的损伤扩展过程和疲劳寿命。研究表明,疲劳损伤是从纤维束之间的接触面的单元开始发生损伤破坏,然后向纤维束表面以及纤维束内部开始扩散,并且损伤扩展速率随着应力水平的提高而加快。本文研究为预测三维四向编织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型

采用有限元方法发展了一个复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型,模型给出了复合材料层合板刚度退化、内部损伤和损伤累积规律,把层合板的失效过程模拟成单元刚度逐步退化、应力不断重新分布、单元损伤不断累积的动态过程。利用ANSYS软件进行了两个算例分析,分析预测结果与试验结果吻合较好。     

弹性支承对滑动轴承转子系统动力稳定性的影响

研究了弹性支承对滑动轴承支承的非线性转子动力系统的动力稳定性影响和减振特性。首先建立了滑动轴承—转子非线性动力系统和弹性支承—滑动轴承—转子非线性动力系统的力学模型,在油膜力非线性的情况下,分析了系统的动力稳定性,通过对比具有弹性支承的滑动轴承转子系统和刚性支承的滑动轴承转子系统的响应,表明:弹性支承的加入,有效地提高了系统运动稳定性。     

滚动轴承疲劳强度分布计算

根据P－S－N曲线上疲劳寿命存活率和疲劳强度存活率的等同性原理，借助已知的给定载荷下疲劳寿命概率密度函数，计算出未知的给定寿命下疲劳强度概率密度函数，进一步进行可靠性分析奠定基础。     

直升机复合材料尾桨叶疲劳试验研究

本文采用单点疲劳试验加载方法实现直升机复合材料尾桨叶疲劳试验挥舞、摆振、扭转方向的交变载荷协调加载，与以往多点、多向桨叶疲劳试验加载方法相比，试验设备简单，调试方便，可以达到较高的精度。复合材料桨叶在生产过程中常常在其内部带有气泡等缺陷，使得桨叶生产报废率偏高。本文主要研究这些缺陷对复合材料桨叶疲劳寿命的影响。疲劳试验结果表明，存在一定气泡缺陷的复合材料桨叶仍能满足规定的疲劳寿命。