基于负载变化的超声振子电学性能试验研究

针对超声波加工中振幅衰减和振幅不稳定现象,通过超声振子的静态加载试验,分析了轴向与径向加工负载力对超声振子电学特性的影响规律,以及超声振子电学参数的变化对超声振幅的影响机制。结果表明,超声振子的电学参数在径向负载力与轴向负载力的影响下有相似的变化趋势,即超声振子谐振频率与动态电阻随着负载力的增加而单向增大,动态电感与动态电容有相反的变化趋势,二者的综合效果使谐振频率随着负载力的增加而增大,静态电容在一定范围内波动,当超声振子所受的负载力增大到一定值时,超声振子的低频谐振点会消失。依据理论分析与试验研究结果,提出了改善振幅衰减和振幅不稳定现象的措施。     

高载下不同试样尺度复合材料的动态黏弹性

 采用EPLEXOR500高载动态热机械分析仪(DMTA)在三点弯曲方式下考察了静态载荷和动态载荷对不同试样尺度T300/环氧648复合材料储能模量和损耗角正切的影响。结果表明,复合材料储能模量随动载增大而降低,随静载增大而升高,损耗角正切则随载荷增大而减小。减小试样跨距,增大厚度或宽度则会强化这一影响,尤其是对于储能模量。这一结果是由于试样内各种静态应力对其动态应变均存在“抑制作用”。这种作用再加上附加剪应变的影响导致试样尺寸对黏弹性影响规律存在一个过渡区,当静载/动载载荷比低于该过渡区时,储能模量随跨距的增大、厚度或宽度的减小而升高,高于此过渡区时储能模量变化规律完全相反。     

大直径液氧煤油发动机燃烧室结构和隔板型式对声学特性的影响

随着火箭发射任务轨道高度和载荷质量的提高,发动机推力和燃烧室直径增大,使燃烧室固有声学振型越发复杂.燃烧室收敛段、抗脉动隔板及其结构型式会显著影响燃烧室的声学特性,进而改变发动机的燃烧不稳定性裕度.为了研究燃烧室结构和隔板型式对声学特性的影响,建立了燃烧室声学有限元模型,并通过单喷嘴声学实验验证了仿真模型的准确性.研究...     

变工况下超高负荷低压涡轮叶片边界层被动控制

以某超高负荷低压涡轮叶型为研究对象,利用数值模拟的方法通过改变来流雷诺数、自由来流湍流强度和攻角等工况,研究了其对叶片边界层特性的影响,并通过在叶片吸力面加凹槽、矩形拌线、圆形拌线等被动控制方式来改善叶型性能,结果表明:随着雷诺数的增大叶型损失逐渐降低;随着自由来流湍流强度的增加叶型损失先减小后增大;随着攻角向负攻角方向变大叶型损失先减小后增大,向正攻角方向变大时叶型损失迅速增大;在雷诺数和湍流强度变化时表面凹槽的控制方式较好,而攻角变化时加矩形拌线和圆形拌线的控制方式较好.3种被动控制方式促发转捩提前发生抑制分离泡,但都会引起湍流湿面积的增加.      

钛合金椭圆超声振动辅助切削表面质量仿真研究

椭圆超声振动辅助切削（EVAM）技术是提高难加工材料加工质量一种有效的加工方法。建立超声振动有限元模型研究超声振动参数（频率和振幅）对Ti6Al4V加工残余应力和表面形貌的影响规律。有限元分析结果表明,超声振动切削可以增大工件的最大残余压应力分布深度,但会恶化工件表面形貌完整性。Y方向振动对工件表面的脉冲冲击载荷有利于增大工件的残余压应力场。工件表面形貌完整性随着振动频率和X方向振幅增大逐渐改善,随Y方向振幅增大逐渐恶化。提高振动频率和振幅均有利于工件表面残余压应力的形成,从而有利于提高工件的加工质量。     

齿面点蚀对航空螺旋锥齿轮副啮合特性影响分析

螺旋锥齿轮作为航空减速器的重要传动零件,具有耐久性、高强度、高效率、高平稳性的特点。而齿面点蚀作为螺旋锥齿轮的主要失效形式之一,明确其对齿轮副啮合特性的影响,对分析系统故障状态下的运动特性和提高航空传动系统的可靠性具有重要意义。本文以刀倾半展成法加工的螺旋锥齿轮副为对象,基于承载接触分析技术（LTCA）,研究了不同工况下齿面不同位置点蚀对齿轮副时变啮合特性的影响规律。结果表明,与健康齿轮相比,点蚀位置接触应力有所下降,点蚀区附近齿面接触应力显著增大。齿面啮合至点蚀位置时,齿轮副传动误差增大。点蚀越靠近啮合区边缘,对传动误差的影响越小。点蚀位于啮合中心区域时,载荷越大,点蚀对传动误差的影响越小,但影响范围越广。相关结论为螺旋锥齿轮副点蚀故障状态下传动特性分析以及航空器可靠性研究提供了支持。     

航空沉头铆钉动态加载试验及失效模式研究

为研究航空沉头铆钉在动态加载下的失效模式,以航空器结构中使用的100°沉头铆钉为研究对象,采用高速液压伺服材料试验机,进行不同加载速度下的纯拉伸、30°拉剪耦合、45°拉剪耦合、60°拉剪耦合和纯剪切动态试验,获得不同工况下铆钉动态力学失效试验数据,研究加载角度、加载速度对铆钉失效模式和失效载荷的影响规律,并拟合铆钉失效本构参数及失效判据。结果表明,此种铆钉主要有沉头拉脱和钉杆剪断失效模式,不同加载角度下铆钉失效模式差异较大,不同加载速度下铆钉失效模式差异较小;失效载荷随加载速度增大而增大。对纯拉伸和纯剪切试验,失效载荷与加载速度线性相关;建立不同加载速度下的铆钉失效判据,可应用于铆钉有限元建模及机身结构适坠性仿真分析。     

在阶跃载荷作用下双悬臂梁模型动态特性的近似分析法

 <正> 大量的研究表明:在冲击载荷的作用下,材料的机械性能和断裂韧性都会随着加载速率的变化而发生变化,断裂韧性随着加载速率的增高会明显下降。在动态起裂判据中,K_(Id)(?)是由动态试验来确定的,而K(?)(t)则要对结构进行完全的动态分析来确定。由于动态问题的复杂性,一般都借助于大规模的数值计算求解动态应力强度因子等动态特性。本文根据梁的振动特性,提出了一种简单的近似分析方法求解DCB模型在阶跃载荷作用下的动态响应、动态应力强度因子和动态能量释放率等特性,并提出一个用DCB模型测定K_(Id)(?)的简单方法。文中还使用八节点等参元进行了动态汁算,将有限元法计算的结果与近似法作了比较,两者吻合很好。     

切向超声辅助氧化锆陶瓷镜面磨削试验研究

氧化锆陶瓷具有高脆性、低断裂韧性等特点,精密加工难度大,一直限制着其应用。针对这一难题,提出了切向超声辅助镜面磨削的精密加工方法,研究了超声振幅对工件表面粗糙度、磨削力和磨削温度的影响,以及有/无超声作用下砂轮的磨损状况等基础加工特性。结果表明,切向超声辅助磨削可以实现氧化锆陶瓷镜面加工,在振幅A_p–p=4.66μm时,与传统磨削(A_p–p=0)相比,工件表面粗糙度下降43.8%,达到了R_a19.9nm;法向磨削力随着超声振幅增大而下降,最大下降34%,但下降速率逐渐变小;磨削温度也随着超声振幅增大而下降,当A_p–p=4.66μm时,磨削温度比无超声时下降34.5%。此外,切向超声辅助磨削加工可以改善砂轮的磨损状况,减少砂轮上磨粒的脱落,延长砂轮使用寿命。     

复合材料帽型筋条脱粘的失效机理分析

复合材料加筋结构承受后屈曲载荷时,蒙皮局部屈曲会导致筋条承受面外弯曲载荷,极易引起蒙皮与筋条的界面脱粘,最终导致结构破坏.通过四点弯曲试验模拟加筋结构受后屈曲载荷时的蒙皮/筋条界面性能,建立渐进损伤模型,分别考虑筋条与蒙皮胶接界面以及复合材料层板的失效,并引入材料刚度退化模型,详细分析蒙皮/筋条界面的脱粘机理和失效过程.分析结果与试验结果一致,表明加载跨距对于结构的失效形式影响较大,90 mm加载时,胶层均首先失效于筋条与蒙皮内角处的胶接界面,且主要受Ⅱ型剪切模式影响;而150 mm加载情况下胶层均首先失效于翼缘自由端与蒙皮交界处.正向加载时胶层失效主要受Ⅰ型和Ⅱ型混合模式影响,反向加载胶层主要受Ⅱ型剪切模式影响.界面脱粘以后,随着载荷增加,筋条腹板与缘条转角外侧出现分层破坏,损伤模型预测结果与超声扫描检测结果一致.     

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时,相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重,采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先,建立了合成声束三维声场分布模型,分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点,发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好,同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后,建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM,Total Focusing Method）,并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建,可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后,利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验,结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测,相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

超声振动铣磨加工对铁氧体表面质量的影响研究

为解决惯性仪表磁悬浮轴承铁氧体零件的精密加工难题,开展铁氧体超声振动铣磨加工表面粗糙度预测和加工表面三维仿真技术研究,进行铁氧体磁性材料超声振动加工实验,研究工艺参数对加工表面质量的影响规律,为提高铁氧体材料的加工效率和加工质量提供依据.     

Dynamics of an ultrasonic impact tool with an intermediate striker

A dynamic model constructed by the methods from the theory of vibration-impact systems used to study a process of impact machining of welded joints by an ultrasonic tool with an intermediate unfixed striker is described. Depending on design and technological parameters, regions of impact oscillation occurrence and stability are calculated. The oscillation change in amplitude as a result of the dynamic drift of the vibration-impact tool case is considered and the influence of the striker mass and the force of tool pressing to an article being machined on the vibration impact process dynamics is analyzed. The value of elastic stresses appearing in metal under impact machining is also evaluated.     

斜齿行星齿轮传动系统振动模式与动载特性

斜齿行星传动在高速重载场合中应用越来越广泛,其振动模式和动载特性研究对减振降噪设计具有重要意义.针对斜齿行星齿轮传动系统,建立了随动坐标系,推导了含陀螺效应的多自由度间隙非线性动力学方程,求解了系统的固有特性.结果表明:斜齿行星齿轮系统存在3种典型振动模式,即轴向平移-扭转耦合振动模式(重根数r=1),径向平移振动模式(重根数r=2)和行星轮振动模式(重根数r=N－3,N>3);综合考虑啮合刚度、齿侧间隙、综合误差和外载荷等激励作用,研究了啮合相位差和激励方式对动载系数的影响规律,结果表明计入啮合相位差时动载系数有所增大,当刚度波动系数ζ=1.723时,系统分岔为2周期次谐响应,随着激励参数的变化,内啮合较外啮合更快的进入混沌状态.      

空气耦合超声探头声场及其对检测的影响

搭建空气耦合超声探头声场的指向性测量系统,考察4种型号的空气耦合超声探头声场的指向性。对预制分层缺陷的复合材料试样进行检测,分析了声场对检测结果的影响。结果表明,低频率、平探头的声场能量高,指向性较差,而高频率、聚焦探头声场能量低,指向性好,检测横向分辨率高。在保证穿透能力的前提下,应尽量选择后者。根据探头声场分布情况,合理调整检测距离,使被检材料位于探头的焦区内,也能够提高检测灵敏度。     

制作微结构的超声复合加工机理

提出了制作微结构的超声复合加工方法,分析了超声、超声复合电火花、超声复合电解微细加工机理。用微细放电组合工艺制作了多种截形微细工具电极;完善试验系统,进行了多种材料、形状微结构超声复合加工试验。结果表明:超声加工是制作硬脆材料微结构的有效方法;超声复合电火花制作金属材料微结构有较好的精度及加工稳定性;超声复合电解加工兼有效率高、精度好的技术优势。     

高效强力复合铣A轴的动力学建模与自适应滑模控制

A轴单元作为五轴数控机床的关键功能部件,其控制精度直接影响工件的加工精度和表面质量。针对系统参数摄动和不确定性切削负载对A轴伺服系统控制精度的影响,分析了A轴驱动系统的动静态性能,讨论了驱动扭矩、负载扭矩、运动方向和系统参数之间的相互关系,并建立了系统的非线性动力学模型。基于该动力学模型,设计了自适应模糊滑模控制器（AFSMC）,采用模糊系统对滑模控制律中的非线性函数项进行自适应逼近,并基于Lyapunov理论设计了模糊系统中可调参数的自适应律,同时,在滑模控制（SMC）的切换控制部分采用了指数趋近律。实验结果表明,所设计的AFSMC对不确定性负载扭矩和系统参数摄动具有较强的鲁棒性。与传统滑模控制（TSMC）相比,其在有效减小控制输入抖振的同时,使得跟踪控制精度提高了14.54%。     

GH4169G整体叶盘阶梯铣削稳定性研究

为解决高强高温合金GH4169G整体叶盘叶片铣削加工不稳定问题,通过有限元分析的方法,分析了沿大径方向(叶片宽度)和轴向(叶身方向)两种逐层铣削方案对加工稳定性的影响,研究了阶梯铣削工艺和传统双面对称铣削工艺对整体叶盘叶片铣削稳定性的影响.结果表明:沿大径方向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度小于实际加工中可能的最大切削深度,主轴转速、切削深度等切削参数选择范围较小;而沿轴向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度大于实际加工中可能的最大切削深度.与传统双面对称铣削工艺相比,阶梯铣削工艺使整体叶盘叶片的刚度得到提高,相同载荷下叶片的最大变形量降低了60%,其前6阶模态频率均较高,加工过程更稳定,加工出的叶片能满足设计要求.      

Influence of thermal inhibitor position and temperature on vortex-shedding-driven pressure oscillations

Vortex-acoustic coupling is one of the most important potential sources of combustion instability in solid rocket motors (SRMs). Based on the Von Karman Institute for Fluid Dynamics (VKI) experimental motor, the influence of the thermal inhibitor position and temperature on vortex-shedding-driven pressure oscillations is numerically studied via the large eddy simulation (LES) method. The simulation results demonstrate that vortex shedding is a periodic process and its accurate frequency can be numerically obtained. Acoustic modes could be easily excited by vortex shedding. The vortex shedding frequency and second acoustic frequency dominate the pressure oscillation characteristics in the chamber. Thermal inhibitor position and gas temperature have little effect on vortex shedding frequency, but have great impact on pressure oscillation amplitude. Pressure amplitude is much higher when the thermal inhibitor locates at the acoustic velocity anti-nodes. The farther the thermal inhibitor is to the nozzle head, the more vortex energy would be dissipated by the turbulence. Therefore, the vortex shedding amplitude at the second acoustic velocity antinode near 3/4L (L is chamber length) is larger than those of others. Besides, the natural acoustic frequencies increase with the gas temperature. As the vortex shedding frequency departs from the natural acoustic frequency, the vortex-acoustic feedback loop is decoupled. Consequently, both the vortex shedding and acoustic amplitudes decrease rapidly.