机械装备失效分析诊断技术

回顾和总结近10年来我国在机电装备失效分析诊断预测预防实践和学术方面的现状和发展;从失效模式诊断、失效原因诊断和失效机理诊断3个方面对失效分析诊断技术进行归纳、分析、整理.     

机械失效模式、原因和机理的诊断思路和主要依据

从断口、裂纹、痕迹和参数等4个方面阐述了机械失效模式、原因和机理诊断的主要依据,列出了机械使用失效的主要模式、原因和失效的主要形成条件和主要的诊断思路,并从单项分析和综合分析的角度给出了失效模式、原因和机理诊断所需要的"多维"信息系统,为分析和确认各种失效模式、原因和机理提供了主要的推理规则和基本方法;最后分析比较了各种二级疲劳失效模式和各种与应力腐蚀有关的失效模式之间的主要诊断依据和应注意的几个问题,为疑难二级失效模式的诊断问题提供了分析研究方向.      

热吹风条件下带声腔燃烧室阻尼特性研究

为了获得热吹风条件下某带声腔燃烧室的阻尼特性,研究了声腔、流动介质、温度及激励源位置等因素对声波传递及衰减的影响,并对比了冷态(无流动)条件下模拟燃烧室的实验和计算压力-时间曲线。结果表明:声腔的加入,使燃烧室的声学振型发生了频移,相应振型幅值减小;冷态(无流动)条件下激发的振型更多,冷态(无流动)条件下与热吹风条件下测得的声腔加入对1L和1T振型的影响规律一致,冷态(无流动)条件下模拟燃烧室压力-时间曲线的实验结果和计算结果趋势一致。验证了数值计算模型的正确性和冷态声学模拟可作为研究燃烧室声振荡的有效手段。     

高速永磁电机转子动力学特性研究

针对电机转子中硅钢片叠压及拉杆-叶轮的特殊结构形式,借助有限元方法对硅钢片装配过程进行仿真,获得硅钢片叠压结构横向弯曲刚度随硅钢片离散数目的变化规律,通过曲线拟合外推得到实际硅钢片叠压结构横向弯曲刚度;根据叶轮与转轴对接面的大小,对叶轮进行分割。以质量和刚度等效为原则,实现了硅钢片叠压结构和拉杆-叶轮结构的简化建模,并通过转子部件及整体的自由模态试验对简化分析模型进行了验证。最后通过转子的运转试验对前两阶临界转速的仿真结果进行了验证,前两阶临界转速的仿真结果与试验误差小于3. 1%。     

具有初始弯曲的压气机转子振动特性分析

通过Jeffcott转子建立了转子初始弯曲结构模型,推导了初始弯曲转子的振动响应,仿真分析了弯曲因子和初始弯曲相位角对转子振动响应的影响,总结了初始弯曲转子的振动特性和规律。在理论分析的基础上,开展具有初始弯曲的压气机转子运行试验,分析了该初弯转子的振动特性,对比了平衡状态对该初始弯曲转子响应的影响。结果表明:初弯转子起动时的响应幅值等于初始弯曲幅度,响应初始相位与初始弯曲相位大小相等,方向相反;初始弯曲不会改变转子的临界转速,但会影响转子的共振幅值和相位,只有初始弯曲相位角为0°或180°时,共振相位才等于90°;初始弯曲对刚性转子或准柔性转子振动的影响较大,而对柔性转子振动的影响相对较小;初弯转子在某一转速区内响应振幅会出现一"凹坑",初始弯曲相位角越接近180°,"凹坑"底部对应的振幅越小;初弯转子响应幅值"凹坑"对应的转速范围随着平衡精度的提高而向高速区移动,当"凹坑"对应的转速范围落于共振转速区内时,转子的共振峰值可降至最低。     

碳钢、低合金钢大气腐蚀数学模型研究

通过对碳钢、低合金钢长期大气腐蚀锈层生长历程的研究,利用Fick扩散定律,给出了碳钢、低合金钢大气腐蚀的数学模型。然后,用碳钢、低合金钢自然环境下暴露1,2,4,8,16年的腐蚀深度数据进行了验证,提出了碳钢、低合金钢腐蚀分为三个阶段的复合模型,并分别预测了三个阶段的腐蚀规律。第一阶段用线性规律比较合适;第二阶段采用了数学模型中的抛物线规律,拟合结果表明抛物线拟合精度高于传统的幂函数拟合的精度;第三阶段也用线性规律。     

外力对常温氧化膜开裂和剥落行为的影响

对外力下常温氧化膜开裂和剥落行为的影响作出了研究.从理论上推导出计算氧化膜临界开裂外力的公式,并通过A3钢发蓝膜和LY12CZ铝合金化学转化膜在扫描电镜下的动态拉伸实验证明氧化膜临界开裂外力的存在,同时还比较了两种不同氧化膜开裂行为的异同.另外,进行了氧化膜在3%NaCl溶液中开裂和剥落行为的电化学研究,通过两种材料在介质中拉伸时的自腐蚀电位变化情况,根据电位转折点的存在进一步验证了临界开裂外力的存在,最后进行了有无裂纹氧化膜的阻抗谱测量,说明氧化膜开裂将会加速电化学腐蚀.     

S06钢疲劳性能及其概率特性

采用高频疲劳试验方法对新型高强度沉淀硬化马氏体不锈钢S06钢中长寿命疲劳性能进行了测量,结果发现:随着应力水平降低,疲劳裂纹趋向于从试样内部萌生,裂纹内部萌生的试样寿命高于表面萌生的试样寿命,二者分散性很大.为了对S06钢长寿命疲劳数据概率特性进行正确的评估,主要对内部萌生机制下的数据进行了研究:利用定时截尾数据的极大似然估计方法和定时截尾数据的柯尔莫哥洛夫检验方法对长寿命区一定应力水平下的疲劳寿命概率分布情况进行了研究,结果表明疲劳寿命服从对数正态分布;采用考虑越出数据的极大似然方法对S06钢应力寿命数据进行拟合,建立了P-S-N曲线模型;利用P-S-N曲线对S06钢长寿命区疲劳强度概率分布进行了讨论.     

超声振动载荷下S06钢的长寿命疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对新型沉淀硬化马氏体不锈钢S06钢在106~109周次范围的疲劳性能进行测定,结果表明:S06钢在循环周次大于107周次的范围仍然发生疲劳断裂,在106~109之间,应力寿命曲线持续下降,不存在疲劳极限,用107周次的条件疲劳极限来对S06钢长寿命构件进行无限寿命设计是不安全的.用载荷类型相同并且试样尺寸相近的高频疲劳试验方法对S06钢104~107周次的疲劳性能进行测定,将数据与超声疲劳试验结果进行对比发现:超声疲劳试验方法获得的S06钢的疲劳强度更高.用两种加载频率下106~107周次左右的试验数据拟合得到中值应力寿命曲线,根据应力寿命关系式中的疲劳强度系数的比值来对超声疲劳试验数据进行修正.在考虑了裂纹萌生机制和进行了频率影响修正的情况下,用线性异方差回归方法将超声疲劳试验数据拟合得到S06钢的长寿命P-S-N曲线,为长寿命构件的疲劳设计提供了基础.     

涡轮叶片蠕变损伤行为及固溶处理对叶片材料性能的影响

涡轮叶片是航空发动机及地面燃气轮机的重要热端部件,研究其损伤行为对涡轮叶片的制造及修复工作均有重要的意义。本文研究了长时与短时服役涡轮叶片的蠕变损伤行为,发现二者在蠕变空洞的形成机理上大致相同,而γ′相与碳化物的退化反应则有所差异,长时服役涡轮叶片的γ′相形貌更加粗大且不规则。对于碳化物,长时服役叶片的碳化物发生了由一次MC型向二次M23C6型的分解,而短时服役叶片的碳化物发生了由MC(1)型向MC(2)型的转化。此外,针对两种不同的叶片材料(K002和GTD-111高温合金),研究了不同的固溶处理制度对γ′相溶解行为的影响,发现提高固溶温度和增加固溶保温时间可以促进两种材料γ′相的溶解行为;而随着固溶时间的增加,两种材料的溶解激活能均逐渐增大,K002合金在不同固溶保温时间中的溶解激活能均大于GTD-111合金。