检索结果-南通市图书馆

作者：吕晨轲重庆交通大学

学位级别：硕士

在新能源汽车的发展趋势下,铝合金作为一种强度高和耐腐蚀的轻量化材料,被广泛应用于车辆的安全结构件中。对比普通钢材,铝合金焊接性能较差,在焊缝处会产生较大焊接变形,形成较大焊接残余应力,发生碰撞时易产生开裂破损,影响整体的安... 详细信息

在新能源汽车的发展趋势下,铝合金作为一种强度高和耐腐蚀的轻量化材料,被广泛应用于车辆的安全结构件中。对比普通钢材,铝合金焊接性能较差,在焊缝处会产生较大焊接变形,形成较大焊接残余应力,发生碰撞时易产生开裂破损,影响整体的安全性。目前,对防撞梁碰撞安全性的研究主要是将防撞梁作为零应力状态来分析,仿真结果与实际结果存在一定误差。因此,研究焊接残余应力对碰撞安全的影响能有效改进这一差异。为验证焊接模型的准确性,通过数值模拟防撞梁连接处T型接头和搭接接头的焊接过程,发现焊接熔池形状与实验一致度较高,利用温度变化曲线确立焊接接头热影响区,应力场模拟结果与实验数据吻合度较高,在焊缝及附近区域存在较大残余拉应力。本文基于某车型防撞梁实际焊接过程建立其焊接模型,分析焊缝处残余应力分布规律,发现相邻焊段端部焊接残余应力相互影响较大,且在焊缝及热影响区存在较大残余拉应力;为降低焊缝处残余拉应力,开展各焊段焊接次序及焊接起始点的优化研究,对比不同焊接方案下各焊段纵向和横向残余应力变化情况,优化有效降低焊接残余应力的方案。结果表明,首尾相连的焊段端部存在二次加热现象,不同焊接方案中二次加热现象出现的作用时间和间隔不同,致使焊段端部残余应力释放程度各异,导致各焊接方案残余应力分布规律差别较大,以降低整体残余应力水平为目标,最优焊接顺序为退焊顺序。基于Johnson-Cook本构与损伤模型,开展焊接残余应力为初始状态的防撞梁碰撞数值模拟,探究在三点静压、正面100%重叠高速碰撞和正面40%偏置碰撞工况下焊接残余应力对防撞梁承载性能的影响。三点静压过程焊接残余应力使横梁焊缝处应力水平较大,焊接残余应力的释放使焊缝区域应力变化复杂,支反力出现较大波动,但峰值变化较小;在正面100%碰撞中,吸能盒外表面的应力值普遍偏大,碰撞力和加速度峰值有所下降,焊接残余应力的存在使开裂时刻提前4.5%且破损位置略有变化;在正面40%偏置碰撞中,吸能盒外表面应力值较大,碰撞力和加速度峰值降幅更大,焊接残余应力的存在使开裂时刻提前8.7%且破损位置出现较大变化,产生两处严重破损开裂,说明焊接残余应力的释放使吸能盒在碰撞过程中提前开裂且承载性能降低。

关键词：防撞梁数值模拟焊接残余应力焊接顺序碰撞安全

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基于深度学习的摩托车头盔佩戴检测算法研究

基于深度学习的摩托车头盔佩戴检测算法研究

作者：陈卓重庆交通大学

学位级别：硕士

在全球机动车事故中摩托车驾乘人员伤亡率远大于汽车,相关研究表明,事故多以未佩戴摩托车头盔造成头部致命伤为主,因此行进中摩托车驾乘人员头盔检测显得十分重要。然而,行驶中摩托车驾乘者头盔佩戴检测的研究却较少,以深度学习方式进... 详细信息

在全球机动车事故中摩托车驾乘人员伤亡率远大于汽车,相关研究表明,事故多以未佩戴摩托车头盔造成头部致命伤为主,因此行进中摩托车驾乘人员头盔检测显得十分重要。然而,行驶中摩托车驾乘者头盔佩戴检测的研究却较少,以深度学习方式进行的相关研究则更少。因此,本文基于深度学习对摩托车头盔佩戴检测进行了相关研究。针对摩托车驾驶员头盔佩戴检测提出了改进YOLOv2算法,实现对摩托车驾驶员头盔佩戴检测。针对摩托车上多人头盔佩戴检测问题,提出了基于优化Deep SORT算法的头盔佩戴检测,建立了包括摩托车定位、摩托车追踪和头盔佩戴情况等更为全面的检测方式,实现了摩托车上多人头盔佩戴检测。论文主要研究工作如下:（1）针对摩托车上只有驾驶员的头盔佩戴检测。基于自制数据集,使用YOLOv2算法进行头盔佩戴检测,发现存在检测速度低、模型大,且对景深小目标检测效果不佳等问题。从骨干网络、注意力机制与特征融合、激活函数、Drop Block模块等4个方面提出了改进的YOLOv2算法,提升了检测任务效果。（2）对于摩托车上多人头盔佩戴检测,使用开源数据集HELMET展开研究,提出了一种全面的检测方法,整个检测过程分为3个阶段:目标检测、目标追踪和分类。分析了开源数据集特点,提出应全面考虑驾乘人员的数量、位置以及头盔佩戴情况,为此提出3个待检信息（NPH）作为多人头盔佩戴检测研究对象,并设计了10位的二分类编码,缓解了数据集中的类别不平衡问题。（3）YOLOv3作为Deep SORT模型中的目标检测器,该算法存在检测速度低、特征鉴别力不足等问题,从轻量化骨干网络和构建深浅语义融合增强模块两方面,对原始YOLOv3网络进行改进,以提升其检测精度和检测速度。（4）构建了多任务学习框架,同时训练Deep SORT算法中重识别网络（深度表观特征提取网络）和对NPH分类的网络,以此实现了对NPH的分类,并降低了多目标追踪过程发生中ID切换次数,提升了多目标追踪精度。（5）针对摩托车驾驶员的头盔佩戴检测展开实验。使用自制数据集,将改进的YOLOv2算法与其它主流算法对比分析可知,对摩托车驾驶员头盔佩戴检测任务中的m AP值为90.44%、检测速度为24.3 fps,整体算法性能优于所对比的主流算法。针对摩托车上多人头盔佩戴检测展开实验。通过开源数据集和4个实际道路的视频,测试了优化后的YOLOv3-Deep SORT算法相对原算法检测速度由6fps提高到20fps,满足了实时性需求同时具有更高的检测精度和追踪精度,最终实现了对摩托车定位、追踪以及对驾乘人员的数量、位置、头盔佩戴情况的检测。

关键词：深度学习目标检测多目标追踪摩托车头盔佩戴检测

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3C锁紧机器人加工路径多目标优化

3C锁紧机器人加工路径多目标优化

作者：刘国峰重庆交通大学

学位级别：硕士

课题来源于重庆市科委人工智能技术创新重大主题专项项目“面向3C行业机器人协同研发与产业化（cstc2017rgzn-zdyfx0038）”。3C锁紧机器人广泛应用于生产制造与生产产业化中,其中SCARA类型锁紧机器人由于其结构简单、功能全面等优点在3... 详细信息

课题来源于重庆市科委人工智能技术创新重大主题专项项目“面向3C行业机器人协同研发与产业化（cstc2017rgzn-zdyfx0038）”。3C锁紧机器人广泛应用于生产制造与生产产业化中,其中SCARA类型锁紧机器人由于其结构简单、功能全面等优点在3C装配行业广泛使用,且数量最多,应用最广。对与3C产品而言,效率和精度一直是提高的目标,而SCARA锁紧机器人的末端执行器运动轨迹运动平顺性直接影响装配过程中精度和效率,但传统的路径优化较少涉及运动平顺性。因此,开展3C锁紧SCARA机器人加工路径平顺性和路径优化研究对于提高加工效率和精度等问题具有实际研究的理论价值和工程意义。论文主要研究内容如下:（1）对SCARA机器人进行DH法建模,构建机器人位姿矩阵方程,并通过位姿矩阵求出正解,将机器人逆解问题转化问非线性多线函数求极值模型,并对机器人运动模型进行参数化建模。（2）对3C锁紧SCARA机器人装配状态分析,求解螺钉锁紧时偏角的范围参数。分析SCARA机器人在3C流水线上的笔记本加工模型,建立以总长度最短为目标的锁紧装配路径优化数学模型。利用B样条插值法优化轨迹,求解出B样条插值函数表达式,并对轨迹的速度、加速度等参数进行约束。（3）分析蚁群算法对多元非线性函数求极值和多区域路径寻优求解的原理及优势,构建基于适应度函数的蚁群算法求解函数和路径寻优的求解过程,并针对多区域浮动孔设计位置的要求对蚁群初始种群分布进行设计,保证求解的精度和避免陷入局部最优。（4）综合3C锁紧机器人运动平顺性-加工路径优化模型,分别对螺栓孔位置固定、浮动情况下的3C锁紧机器人运动平顺性-加工路径优化模型进行求解,比较固定孔下最优路径、固定孔考虑平顺性优化和多区域浮动孔平顺性优化条件的路径长短,确定轨迹优化、多区域浮动孔位置等条件对最优路径的影响因素。利用算法求出SCARA机器人逆解,并对固定孔最优路径的轨迹、固定点考虑平顺性优化的轨迹、多区域浮动孔考虑平顺性优化后的轨迹进行比较,证明轨迹优化的必要性和效果。

关键词： 3C锁紧机器人蚁群算法路径优化平顺性规划

残余应力与焊接方式与对铝合金T型接头断裂性能的影响分析

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残余应力与焊接方式与对铝合金T型接头断裂性能的影响分析

作者：谭超重庆交通大学

学位级别：硕士

焊接是作为铝合金常用的连接方式,常用于汽车、船舶、航空航天等工业领域,在服役过程中,焊接残余应力是影响焊接结构性能的重要因素,会导致结构极易出现损伤从而在焊缝处发生失效。焊接是一个复杂的瞬变热力耦合过程,实验无法动态分析... 详细信息

焊接是作为铝合金常用的连接方式,常用于汽车、船舶、航空航天等工业领域,在服役过程中,焊接残余应力是影响焊接结构性能的重要因素,会导致结构极易出现损伤从而在焊缝处发生失效。焊接是一个复杂的瞬变热力耦合过程,实验无法动态分析焊接过程应力应变场等变量的演变,采用数值模拟研究焊接残余应力及其对断裂性能的影响是必要手段。本文通过数值模拟焊接接头的焊接过程,分析焊接温度场与应力场演变规律,利用温度变化曲线确立焊接接头热影响区,结果表明,焊后残余应力场主要分布在焊缝周围,远离焊缝区域为残余压应力,焊缝周围为残余拉应力,双边角焊缝热影响区约在距焊缝15mm处。在焊接接头单向拉伸实验的基础上,结合金相图和残余应力引起的硬度值变化,将测试值与数值模拟结果对比,以验证6063铝合金焊缝处Johnson-Cook本构与损伤模型,对比结果表明,数值模拟所用材料本构与损伤模型与实验吻合,焊缝与热影响区中晶相组织粗大,排列不够紧密,且焊缝处存在残余拉应力,是导致焊缝处硬度值较低的原因之一。通过实验验证的损伤与本构模型参数建立焊接接头韧性断裂仿真模型,采用载荷位移曲线与等效塑性应变指数(PI)、开裂指数(RI)、应力三轴度(Rσ)三种断裂性能指标,分析不同应变速率下残余应力对力学性能与断裂性能的影响,以及不同焊接方式下焊接残余应力对断裂性能的影响。分析结果表明:静态拉伸时,残余应力对静态力学性能影响较小,可以忽略;在动态拉伸时,残余应力降低了整体力学性能与断裂性能;不同焊接方式中,双边角焊缝的断裂性能最优且残余应力的影响最小;各焊接方式在垂直于焊缝路径的PI指数峰值处开裂的可能性均最大,对接焊缝在加衬板焊接时能有效提升其断裂性能。为更深入研究焊接接头的断裂性能,采用Voronoi方式与晶体塑性有限元理论建立细观拉伸数值模拟模型,从细观尺度分析残余应力对断裂性能的影响,通过断裂云图与应力应变曲线可知,焊接接头的韧性断裂过程主要是晶界的破坏导致,焊接残余应力对焊接接头细观整体破坏机理没有影响,焊接残余应力主要会导致晶界更早出现破坏,结构更快出现破坏和失效。

关键词：数值模拟焊接残余应力断裂性能焊接方式细观断裂

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基于分形理论的人字齿接触特性研究

基于分形理论的人字齿接触特性研究

作者：石磊重庆交通大学

学位级别：硕士

课题来源于国家重点研发计划项目“高性能齿轮动态服役性能及基础试验”（项目批准号:2018YFB2001300）。人字轮由一个沿相反方向转动的对称斜轮所构成。因为它结构紧凑、承载力强大、轴向力互相抵抗、传动平稳,普遍用作航空、车辆、舰... 详细信息

课题来源于国家重点研发计划项目“高性能齿轮动态服役性能及基础试验”（项目批准号:2018YFB2001300）。人字轮由一个沿相反方向转动的对称斜轮所构成。因为它结构紧凑、承载力强大、轴向力互相抵抗、传动平稳,普遍用作航空、车辆、舰船等重载机械设备的传动系统。但由于现代制造业的迅速发展,对人字齿轮的接触承载能力也提出了更高的需求。国内外也有很多人对其进行研究,比如在加工、设计,啮合性能方面。但总的来说在接触强度方面的计算还是处于宏观层次,忽视了齿轮表面形貌对齿轮接触特性的影响。本文以一对人字齿为研究对象,研究表面形貌对人字齿接触应力、接触面积和接触刚度的影响。基于分形理论和经典Hertz接触理论,综合考虑宏观尺度和微观尺度上的接触行为,建立一个更为精确的人字齿面微凸体侧向作用分形接触模型。该模型在考虑人字齿接触变形的情况下,引入微凸体相互作用和微凸体侧接触共同作用下的微凸体变化情况。以下是本文具体的研究内容及创新点。（1）介绍了分形原理,基于分形理论处理齿面形貌数据对齿面形貌进行表征与重构,分析了分形维数对表面形貌的具体影响情况,表明分形理论在模拟齿面形貌上的优越性。（2）建立考虑微凸体侧向作用的分形接触模型。基于分形理论和Hertz接触理论,综合考虑微凸体侧接触及微凸体相互作用的影响,引入侧向接触时接触角度及侧向作用力的影响,并考虑相邻微凸体相互作用导致的局部变形。在考虑齿面弹性变形的基础上,得到微凸体变形情况,进而修正其弹塑性临界接触面积公式、单个微凸体接触面积与接触载荷的关系等,最后建立整个接触面上的分形接触模型。对其进行相应的数值仿真分析,得到分形维数、粗糙度幅值,微凸体侧向作用等因素对模型的影响情况。最后与其它模型进行对比,对模型间的不同进行分析比较。（3）建立人字齿分形接触模型。构建人字齿接触面修正系数,从而在建立的分形接触模型的基础上构建人字齿接触应力分形模型。再根据载荷分担原则,先研究微凸体的刚度特性根据人字齿轮接触应力分形模型得到的真实接触面积情况研究挤压油膜的刚度特性,从而建立混合润滑下的人字齿分形接触刚度模型。通过有限元分析及实验数据对比,验证模型的合理及准确性。（4）针对建立的人字齿分形接触模型,通过matlab编程对其进行仿真分析。分析人字齿面修正系数的合理性和对模型的影响情况,分形维数、微凸体侧向作用、油膜介质等对模型的影响规律,为人字齿的工作状态的研究及强度分析提供了理论依据。

关键词：人字齿分形侧向作用混合润滑接触特性

高温高压下管道焊接残余应力分析及其对蠕变寿命的影响

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高温高压下管道焊接残余应力分析及其对蠕变寿命的影响

作者：邓蒲实重庆交通大学

学位级别：硕士

锅炉蒸汽管道长期在高温高压下服役,高温高压工况会导致管道更易产生蠕变损伤,管道焊接产生的残余应力会引起蠕变变形加大并导致蠕变裂纹加快萌生。因此,在研究高温高压工况下的蠕变寿命不可忽略残余应力这一因素。本文采用基于应变的... 详细信息

锅炉蒸汽管道长期在高温高压下服役,高温高压工况会导致管道更易产生蠕变损伤,管道焊接产生的残余应力会引起蠕变变形加大并导致蠕变裂纹加快萌生。因此,在研究高温高压工况下的蠕变寿命不可忽略残余应力这一因素。本文采用基于应变的损伤模型与延性耗竭理论,二次开发表征管道损伤行为的CREEP与USDFLD子程序,建立实际工况下蒸汽管道蠕变裂纹萌生与扩展的数值模拟模型,求解管道蠕变裂纹萌生时间,对比三维空间裂纹扩展速率并找寻扩展速率不同的原因,分析蠕变过程中应力应变的演化规律,研究应力三轴度对蠕变损伤的影响,结果表明,蒸汽管道焊接接头发生蠕变损伤的根本原因是细晶区抗蠕变性能较差,使得蠕变过程细晶区的应力三轴度一直处于峰值,应力三轴度促进了蠕变孔洞的形核和长大,导致细晶区承载能力减弱,最终产生蠕变裂纹。裂纹萌生在粗晶区与细晶区的交界处,向母材区扩展,并且裂纹沿环向的扩展速率要远大于轴向和径向的扩展速率。通过数值模拟管道焊接接头的焊接过程,分析焊接温度场和应力场的演变规律,利用温度场云图确立焊接接头热影响区,结果表明,焊后残余应力场主要分布在焊缝周围,在焊缝的外壁区域呈现残余压应力,在焊缝的内壁区域呈现残余拉应力,焊接接头的热影响区宽度约2mm。基于微观蠕变孔洞长大机制的延性耗竭理论,将蒸汽管道所处的高温高压工况与焊接残余应力耦合,研究在该工作载荷下的蠕变损伤行为,分析残余应力对其蠕变寿命的影响。研究结果表明:蒸汽管道服役过程中会出现蠕变应力松弛现象,残余应力在前10h急速松弛,其中轴向残余拉应力松弛速率最快,下降了约91%,随后松弛速率趋于稳定;应力松弛状态下,残余应力会部分抵消材料的自身应力,在母材、粗晶区和焊缝区略微降低了蠕变应变,不改变管道蠕变应变的趋势,但残余拉应力加大了细晶区的蠕变应变;应力松弛过程中蠕变损伤快速累积,使得蒸汽管道的蠕变裂纹萌生时间加快约15%,并且残余拉应力改变了裂纹萌生位置,由细晶区与粗晶区的交界处转移到细晶区内初始残余拉应力峰值处。

关键词：蒸汽管道数值模拟延性耗竭理论焊接残余应力蠕变寿命

方钢车架焊接残余应力评估优化与疲劳性能研究

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方钢车架焊接残余应力评估优化与疲劳性能研究

作者：左进重庆交通大学

学位级别：硕士

农用车辆主要行驶于崎岖山路,这对车辆的综合性能要求较高。车辆在使用过程中,车架作为主要承受载荷的结构,以焊接方式形成的连接接头在承载时极易出现应力集中,其与焊接时产生的残余应力共同作用,会导致着车辆的使用性能发生变化。因此... 详细信息

农用车辆主要行驶于崎岖山路,这对车辆的综合性能要求较高。车辆在使用过程中,车架作为主要承受载荷的结构,以焊接方式形成的连接接头在承载时极易出现应力集中,其与焊接时产生的残余应力共同作用,会导致着车辆的使用性能发生变化。因此,本文在弹-塑-性基本理论的基础上采用数值模拟的方法,对三轮车整体车架进行静力分析,确定危险位置区域(T型接头)并截取,在考虑和未考虑固态相变的两种条件下,对接头处的焊接过程进行数值模拟,分析焊接产生的温度场和应力场分布规律,并在此基础上,通过优化焊接路径降低焊接残余应力,最后评估考虑和未考虑焊接残余应力情况下T型接头的疲劳寿命,并对不同焊接方案下接头处的疲劳寿命进行对比分析。得出如下结论:(1)在满载工况下,车架的危险处在第三横梁与纵梁连接处和主副车架的连接处,但仍在材料可承受强度范围内。(2)焊接温度场的峰值出现在热源中心,其邻近区域的等温线分布较为密集,其他区域的等温线分布较为稀疏;焊缝及其邻近区域的纵向残余应力呈较大的拉应力,远离焊缝的区域为压应力;考虑固态相变后,第二、四焊段的横向残余应力降低了约10%。(3)4种焊接方案下,焊段的两端可能会出现二次加热。两次加热间隔时间越长,焊段两端沿焊缝方向的纵向残余应力降低程度越大;对于X向应力分布,不同的焊接顺序情况类似;对于Y向应力分布,反向对称焊接顺序出现2处明显的压缩应力分布区域,反向焊接顺序有较小区域的压应力分布。对焊接顺序的依赖性来说,垂直于焊缝方向的纵向残余应力较小,合理的焊接顺序可降低横向拉伸残余应力。在优先考虑降低纵向残余应力的情况下,退焊顺序为最优焊接顺序。(4)在未考虑焊接残余应力的情况下,T型接头最短疲劳实际寿命处在焊缝的拐角处,其值为5.3E5左右。考虑焊接残余应力后,4种焊接方案的最危险区域均主要分布在焊缝区域,疲劳实际寿命均在3.0E4左右,发现比未考虑焊接时小了10倍多,其中退焊顺序的危险区域的面积最小,这说明考虑焊接残余应力时疲劳寿命会更短。

关键词：车架 T型接头焊接残余应力焊接顺序疲劳寿命

宏观和微观角度下钢材微切削过程仿真分析及切削参数优化研究

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宏观和微观角度下钢材微切削过程仿真分析及切削参数优化研究

作者：赵世泽重庆交通大学

学位级别：硕士

微切削技术相较于传统切削技术,具有能加工微小型复杂的零部件、加工精度高和加工效率高等特点。金属微切削加工后,表面会产生切削残余应力,影响切削残余应力的因素有很多,比如切削速度、切削深度、刀具前角和刀具刃口圆弧半径等。残余... 详细信息

微切削技术相较于传统切削技术,具有能加工微小型复杂的零部件、加工精度高和加工效率高等特点。金属微切削加工后,表面会产生切削残余应力,影响切削残余应力的因素有很多,比如切削速度、切削深度、刀具前角和刀具刃口圆弧半径等。残余应力会引起表面轮廓局部变化,进而影响加工精度。本文以45钢为研究对象,开展二维微切削过程数值模拟,分析最小切削深度模型和应力应变分布规律,且分析不同切削速度、切削深度、刀具前角和刃口圆弧半径对切削力、切削温度的影响。结果表明:微切削过程中产生的最小切削深度约为刀具刃口半径的20%;最大Mises应力主要分布在刀尖与材料接触区域和第一变形区;应变主要集中在刀具前刀面与材料接触区域和已加工表面。为了减小切削残余应力,通过微切削仿真模型,分析不同切削速度、切削深度、刀具前角和刃口圆弧半径对残余应力的影响,同时探究表面残余应力与表面轮廓之间的关系。并通过正交仿真试验,以残余应力最小为目标,优化切削速度、切削深度、刀具前角和刃口圆弧半径等参数,为后续微观角度下切削建模仿真分析提供了数据支撑。结果表明:表面的残余应力分布极不均匀,既有压应力,也有拉应力;表面残余应力越大,表面轮廓起伏就越大,对加工精度影响越大;最佳参数组合为切削速度2500mm/s、切削深度10μm、刀具前角9°、刀具刃口圆弧半径1μm。宏观切削模型只能求解出第一类残余应力,为进一步考虑第二类残余应力这一因素,建立微观角度下45钢微切削模型,在同等条件下,与宏观角度下的微切削模型分析结果进行对比分析,并探索分析微观角度下切削的机理和金相组织的破坏准则。结果表明:微观角度下的应力、应变分布极不均匀,出现断层现象,切屑形态随切削深度的增大由“羽毛”带状向连续带状发生逐步的转换;微观角度下切削的残余应力比宏观角度下切削的残余应力大,微观角度下的切削模型表面残余应力为第一类残余应力与第二类残余应力的叠加,说明微观角度下的切削仿真更为准确。在金相组织破坏过程中,主要是剪切破坏。

关键词：微切削残余应力参数优化宏观角度微观角度

残余应力对直升机尾减速器疲劳寿命及振动特性的影响

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残余应力对直升机尾减速器疲劳寿命及振动特性的影响

作者：李明学重庆交通大学

学位级别：硕士

弧齿锥齿轮因其重合度高,承载能力强,传动平稳,是直升机减速器关键零部件,该齿轮淬火工艺产生的残余应力与服役过程中齿根承受的复杂交变循环应力耦合作用下极易萌生裂纹。因此,在弧齿锥齿轮服役过程中残余应力是一个不可忽略的因素。... 详细信息

弧齿锥齿轮因其重合度高,承载能力强,传动平稳,是直升机减速器关键零部件,该齿轮淬火工艺产生的残余应力与服役过程中齿根承受的复杂交变循环应力耦合作用下极易萌生裂纹。因此,在弧齿锥齿轮服役过程中残余应力是一个不可忽略的因素。本文以某轻型直升机尾减速器为研究对象,分析分级淬火状态下弧齿锥齿轮温度场与应力场的演变规律。结果表明:淬火残余压应力主要分布在轮齿表面,齿芯及轮齿端面主要为残余拉应力,残余应力的存在会影响服役过程中齿轮的裂纹演变和承载变形。通过分析瞬态啮合与静态啮合对齿根裂纹的影响,探寻轮齿在变工况下齿根裂纹的扩展路径,对比有无残余应力下齿根处的应力强度因子,研究残余应力对疲劳寿命的影响。结果表明:存在残余应力时,齿根裂纹扩展速率加剧,且轮齿大端的裂纹扩展速率远大于小端的扩展速率,裂纹沿齿面方向的扩展速率大于沿深度方向的扩展速率。残余应力使得同等裂纹深度的循环次数降低41%。基于单节点啮合法求解弧齿锥齿轮啮合刚度,分析淬火残余应力与萌生裂纹对啮合刚度的影响,利用油膜刚度建立耦合关系,得到残余应力对综合啮合刚度的影响。结果表明:综合啮合刚度曲线变化趋势整体上与啮合刚度的曲线变化趋势相同,存在残余应力时,啮合刚度峰值增大25%,萌生裂纹时,啮合刚度峰值减小19.41%;且残余应力使得萌生裂纹时的啮合刚度峰值增大33%。考虑综合啮合刚度与齿侧间隙等非线性内部激励影响因素,采用集中参数法建立弧齿锥齿轮传动系统全自由度耦合动力学模型,分析有无残余应力对弧齿锥齿轮动力学系统振动特性的影响。结果表明:存在残余应力时,振动速度在一个啮合周期内幅值衰减速度很小,但动态啮合力幅值增大约3.3%,残余应力使得动态啮合力在啮频附近幅值谱密度增大约30%,存在残余应力且裂纹萌生时,啮合力幅值谱密度增大约33%。

关键词：残余应力裂纹扩展路径应力强度因子耦合啮合刚度时频响应

焊接与退火残余应力对深潜器耐压球壳疲劳寿命的影响

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焊接与退火残余应力对深潜器耐压球壳疲劳寿命的影响

作者：张宇翔重庆交通大学

学位级别：硕士

耐压球壳作为深海载人潜水器的重要组成部分,起着保障科研人员、设备安全以及承载海水压力的作用,其性能直接影响了深潜器整体的结构安全性。耐压球壳是复杂的焊接结构,焊缝区域存在较大的残余应力,在服役过程中,焊接残余应力与深海高... 详细信息

耐压球壳作为深海载人潜水器的重要组成部分,起着保障科研人员、设备安全以及承载海水压力的作用,其性能直接影响了深潜器整体的结构安全性。耐压球壳是复杂的焊接结构,焊缝区域存在较大的残余应力,在服役过程中,焊接残余应力与深海高压强耦合作用下,极易导致裂纹萌生。因此,评估耐压球壳焊接残余应力分布规律,优化退火工艺参数以消减残余应力,对提高耐压球壳疲劳寿命具有工程指导意义。为了保证焊接残余应力评估模型的准确性,本文采用锥形、双椭球组合热源模型,对TC4钛合金对接板电子束焊接过程进行模拟,结合实验数据对熔池样貌和残余应力分布曲线进行了对比,结果表明,该焊接模型可以准确模拟电子束焊接过程,且焊接残余应力计算结果较为准确。本文结合TC4钛合金耐压球壳焊接和去应力退火过程实际工况,对TC4钛合金耐压球壳焊接过程和去应力退火过程开展数值模拟,分析焊接过程中温度场变化规律及其对应力场分布的影响,探寻耐压球壳表面各焊缝焊接与退火后的残余应力分布规律,对比不同退火温度、升温速率、保温时间对焊接残余应力的消减效果,结合退火过程应变的演化规律探讨退火消减残余应力的机理。研究结果表明:焊接残余拉应力与压应力在耐压球壳表面沿焊缝交替分布,出入舱口焊缝处残余拉应力较大,其值约1100MPa,耐压球壳需采取应力消除措施;经过500℃保温2h的退火处理,最大残余拉应力下降了49.5%,退火温度对于残余应力的消减效果影响较大,升温速率和保温时间对于残余应力的消减效果影响不明显;残余应力发生消减主要在退火工艺中的两个阶段,在升温阶段材料屈服强度快速下降、弹性变形变化缓慢导致弹性应变转化为塑性应变,在保温阶段蠕变效应导致弹性应变转化为蠕变应变,弹性应变的减小致使残余应力得到消减。基于线性累积损伤理论,将耐压球壳退火后的残余应力与深海压强耦合,研究深潜器耐压球壳在该极限服役工况下的应力分布规律,分析残余应力对其疲劳寿命的影响。结果表明,耐压球壳最易出现裂纹的位置在出入舱口焊缝焊趾区域,焊接残余应力会导致耐压球壳疲劳寿命大幅下降,经过退火处理其疲劳寿命有明显提升,焊接残余应力降低耐压球壳疲劳寿命的影响不可忽略,退火消减焊接残余应力的工艺必不可少。

关键词：残余应力耐压球壳数值模拟退火疲劳寿命