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直齿锥齿轮精锻模具CAD/CAE技术研究

直齿锥齿轮精锻模具CAD/CAE技术研究

作者：张弘斌山东大学

学位级别：硕士

精锻齿轮,是指齿轮的轮齿直接模锻成形且无需切削加工的齿轮。直齿锥齿轮,以其结构上的可锻性,成为国内外研制最早、发展最快、应用最多的精锻零件之一。同利用切齿加工相比,精锻齿轮在提高寿命、节能、节材等方面具有显著效果。传统直... 详细信息

精锻齿轮,是指齿轮的轮齿直接模锻成形且无需切削加工的齿轮。直齿锥齿轮,以其结构上的可锻性,成为国内外研制最早、发展最快、应用最多的精锻零件之一。同利用切齿加工相比,精锻齿轮在提高寿命、节能、节材等方面具有显著效果。传统直齿锥齿轮热精锻模具设计过程中存在设计周期过长、对经验依赖过重、信息共享程度低等问题,以致废模率高、风险性大、效率低、耗资大、其结果难以预测、难以保证质量的要求。因此,如何缩短模具设计周期、提高模具生产效率、保证模具质量,是促进模具企业及齿轮行业发展的重要课题。而在直齿锥齿轮精锻模具的设计中采用CAD/CAE技术,是齿轮工业发展的必然趋势。针对当今精锻齿轮行业的现实情况,结合美国EDS公司的UG软件,开发了一套在功能上实用、可行的直齿锥齿轮热精锻模具CAD系统,并以体积成形有限元分析软件Deform-3D为平台,实现了直齿锥齿轮热精锻模具CAD/CAE一体化。总结了直齿锥齿轮热精锻模具CAD一般流程,开发了基于UG的直齿锥齿轮热精锻模具CAD系统,主要包括齿形部分建模、齿形内部实体建模、热精锻模具的模架建模、热精锻模具装配4个功能模块。对直齿锥齿轮成形CAE技术进行了研究,阐述了直齿锥齿轮锻造过程模拟的关键技术,以行星齿轮为例,从计算模型的建立、模拟参数的设定、仿真结果及成形性分析几个方面总结了利用Deform-3D进行直齿锥齿轮数值模拟的方法。最后以后半轴齿轮为例,对直齿锥齿轮热精锻模具CAD/CAE一体化技术的应用进行了研究。

关键词：直齿锥齿轮精锻二次开发 Deform-3D CAD/CAE

采用多通道样本和深度卷积神经网络的轴承故障诊断方法

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西安交通大学学报 2020年第8期54卷 58-66页

作者：张弘斌袁奇赵柄锡牛广硕西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室西安710049

提出了一种新的多通道样本构造方法,结合深度卷积神经网络来提高轴承故障诊断的效果。首先采用连续小波变换,分别提取了转子两端轴承振动信号的时频域特征,基于所得结果分别构造了针对两端轴承的单通道二维图形样本,并取上述两类单通道... 详细信息

提出了一种新的多通道样本构造方法,结合深度卷积神经网络来提高轴承故障诊断的效果。首先采用连续小波变换,分别提取了转子两端轴承振动信号的时频域特征,基于所得结果分别构造了针对两端轴承的单通道二维图形样本,并取上述两类单通道样本的均值构造了第3类单通道样本;将得到的3类单通道样本融合,得到用于故障诊断的三通道样本;建立不同结构的深度卷积神经网络,分别采用单通道样本和三通道样本对滚动轴承故障类型和故障严重程度进行诊断,并将所得结果进行对比分析。结果表明:在多种不同网络结构下,基于三通道样本的轴承故障诊断准确率均明显优于单通道样本,证明了提出的多通道样本构造方法在轴承故障诊断中有着更好的效果,可以为轴承故障诊断方法和样本构建提供参考。

关键词：轴承故障诊断三通道样本深度卷积神经网络连续小波变换

基于动态再结晶动力学方程的镍基高温合金热变形流变应力预测（英文）

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稀有金属材料与工程 2018年第11期47卷 3329-3337页

作者：周海萍张弘斌刘杰秦升学吕玉廷山东科技大学山东青岛266590 青岛RTP工程技术中心山东青岛266590

采用等温热压缩实验,研究了1种典型镍基高温合金在1010～1160℃及0.001～1 s^(-1)条件下的高温流变行为。结果表明,在合金的高温变形过程中发生了动态回复(DRV)以及动态再结晶(DRX)现象。通过深入分析不同变形条件下合金的高温流变行为... 详细信息

采用等温热压缩实验,研究了1种典型镍基高温合金在1010～1160℃及0.001～1 s^(-1)条件下的高温流变行为。结果表明,在合金的高温变形过程中发生了动态回复(DRV)以及动态再结晶(DRX)现象。通过深入分析不同变形条件下合金的高温流变行为,分别建立了合金在加工硬化-动态回复阶段以及动态再结晶阶段的流变应力本构方程。其中,在动态再结晶阶段,流变应力本构方程的建立是基于一种新型的动态再结晶动力学方程,该方程中引入了最大软化速率应变。此外,采用线性拟合的方法,建立了本构方程中材料常数与Zener-Hollomon参数间的函数关系。同时,通过对比分析流变应力的实测值和预测值,并计算两者之间的相关系数(R)和平均相对误差绝对值(AARE),验证了所建立本构方程的准确性,它可以精确预测所研究合金的高温流变应力。

关键词：镍基高温合金本构方程加工硬化动态回复动态再结晶

某型火箭发动机涡轮转子流热固耦合强度及疲劳寿命分析

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西安交通大学学报 2022年第8期56卷 73-84页

作者：黄朝晖袁奇张弘斌李浦王振黄道琼西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室西安710049 中航科技集团航天六院西安航天动力研究所西安710100

针对某国产型号液体火箭发动机涡轮泵在试车时转子叶片产生裂纹的问题,采用ANSYS流热固耦合方法,对叶片进行三维有限元仿真计算,提出了叶片顶部加围带的改型设计方案。对原始模型进行强度计算时考虑了启停工况各关键时间点的流动、传热... 详细信息

针对某国产型号液体火箭发动机涡轮泵在试车时转子叶片产生裂纹的问题,采用ANSYS流热固耦合方法,对叶片进行三维有限元仿真计算,提出了叶片顶部加围带的改型设计方案。对原始模型进行强度计算时考虑了启停工况各关键时间点的流动、传热、瞬态温度场、转速的影响,计算出叶片运行过程中的应力分布,确定产生裂纹的原因是启动过程中部分进气的气流冲击应力过高,且叶片型底前缘应力集中区域的高周疲劳安全系数过低。对改型设计方案进行仿真计算,结果表明:稳态综合加载时改型方案叶片最大等效应力比原模型下降了2 MPa,位置是叶片的型底背弧处;启动0.35 s时改进模型叶片最大等效应力下降2.73%,停机过程中最大等效应力降幅为0.53%;改型方案叶片高周疲劳安全系数均大于1.4的要求,叶片低周疲劳循环次数为22次,与原始模型相比降低了1次,仍满足要求。改型后发动机已安全飞行数次,证明改型方案符合设计要求。

关键词：涡轮转子火箭发动机流热固耦合高低周疲劳寿命围带

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固溶处理对GH99合金组织的影响

金属热处理 2020年第8期45卷 173-178页

作者：秦升学王艳张弘斌周海萍刘杰山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266510

通过电子背散射衍射技术(EBSD)分析了不同固溶温度和时间下GH99合金的晶粒尺寸及晶界特征分布。结果发现:GH99合金的晶粒经固溶处理后逐渐变成等轴状晶粒,晶粒内存有大量孪晶界,且绝大多数为较平直的Σ3晶界;晶粒尺寸随固溶温度升高和... 详细信息

通过电子背散射衍射技术(EBSD)分析了不同固溶温度和时间下GH99合金的晶粒尺寸及晶界特征分布。结果发现:GH99合金的晶粒经固溶处理后逐渐变成等轴状晶粒,晶粒内存有大量孪晶界,且绝大多数为较平直的Σ3晶界;晶粒尺寸随固溶温度升高和时间延长而逐渐增大,其在不同温度和时间下的长大速度不尽相同,而孪晶随晶粒的长大而长大;Σ3晶界比例随固溶温度的升高和时间的延长先增大后减小,而Σ9和Σ27晶界比例则呈现逐渐减小的趋势。

关键词：固溶处理 GH99合金晶粒尺寸特殊晶界晶界分布

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马车螺栓冷镦成形有限元模拟及模具设计

塑性工程学报 2022年第2期29卷 76-81页

作者：丛兵兵孔明张弘斌王刚秦升学山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266400 山东腾达紧固科技股份有限公司山东枣庄277500

利用有限元软件Deform-3D建立了马车螺栓冷镦成形工艺过程的有限元模型并进行模拟,获得了成形过程中的场量分布,分析了各工步毛坯材料在模具内的流动情况,得到了零件成形的基本规律,预测了零件的成形缺陷,进行了模具结构的优化设计;针... 详细信息

利用有限元软件Deform-3D建立了马车螺栓冷镦成形工艺过程的有限元模型并进行模拟,获得了成形过程中的场量分布,分析了各工步毛坯材料在模具内的流动情况,得到了零件成形的基本规律,预测了零件的成形缺陷,进行了模具结构的优化设计;针对马车螺栓成形过程中坯料出现台阶、模具填充不满和模具寿命短的问题,分析了各工步毛坯成形缺陷与模具结构的相关性,提出了改进的模具设计方案,并进行了有限元模拟。结果表明,优化后的模具尺寸能够保证零件的形状要求,且方颈部位成形质量得到改善,没有出现毛刺和裂纹,模具受力情况得到改善,模具的使用寿命得到提高。

关键词：马车螺栓冷镦成形有限元模拟模具设计

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对初中数学教学与“素质教育”的思考

中学数学月刊 1998年第9期 7-8页

作者：张弘斌黑龙江省泰来县大兴镇综合中学 162408

随着义务教育的普及,我国的基础教育已从“应试教育”向“素质教育”转轨,数学教育的目标是:使学生掌握数学基础知识和基本技能,发展数学能力,提高学生的数学素质和他们的心理素质。下面我就结合义务教育初中数学教材的教学体会,来谈... 详细信息

随着义务教育的普及,我国的基础教育已从“应试教育”向“素质教育”转轨,数学教育的目标是:使学生掌握数学基础知识和基本技能,发展数学能力,提高学生的数学素质和他们的心理素质。下面我就结合义务教育初中数学教材的教学体会,来谈一谈初中数学教学与“素质教育”的几点想法。 1义务教育初中数学教材,体现了“素质教育”

关键词：初中数学教学素质教数学思想方法数学教育数学能力义务教育数学素质应试教育心理素质数形结合

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时效热处理对GH99中强化相γ'相的影响

材料热处理学报 2017年第2期38卷 55-60页

作者：秦升学赵蕊蕊张弘斌刘杰娄淑梅山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266510

采用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了不同时效热处理制度下镍基GH99高温合金中γ'相的尺寸、形貌变化,采用维氏硬度计测试不同时效热处理制度下的合金硬度。结果表明:γ'相随着时效温度的升高和保温时间的延长而明显粗化,其粗化符... 详细信息

采用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了不同时效热处理制度下镍基GH99高温合金中γ'相的尺寸、形貌变化,采用维氏硬度计测试不同时效热处理制度下的合金硬度。结果表明:γ'相随着时效温度的升高和保温时间的延长而明显粗化,其粗化符合沉淀相粗化理论(LSW理论);随着γ'相的不断长大,部分γ'相的形貌由球形转变为立方形。经计算得到γ'相长大激活能约为248.8 k J/mol。此外发现硬度随γ'相尺寸的增大而逐渐增大,但当γ'相尺寸超过37.2 nm时,硬度随γ'相长大呈下降趋势,在750℃时得到合金的最大硬度为395.16 HV。

关键词：时效热处理 GH99高温合金 γ'相长大方程硬度

激光熔化沉积成形新型多组元Ni3Al合金的组织与力学性能

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材料热处理学报 2024年第3期45卷 140-147页

作者：韩志豪张弘斌周海萍刘学山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 中国工程物理研究院材料研究所四川绵阳621908

设计了一种新型多组元Ni_(3)Al合金Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12),并采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了合金。使用X射线衍射、扫描电镜、万能试验机等研究了沉积态合金的微观组织和室温力学性能。结果表明:LMD制备的Ni_(45)Co_... 详细信息

设计了一种新型多组元Ni_(3)Al合金Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12),并采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了合金。使用X射线衍射、扫描电镜、万能试验机等研究了沉积态合金的微观组织和室温力学性能。结果表明:LMD制备的Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12)合金的晶粒为沿沉积方向外延生长的粗大柱状晶,晶粒由无侧向分枝的胞状枝晶组成,枝晶内部和枝晶间区域均由网状FCC基体和块状γ′相组成,且枝晶间区域的γ′相尺寸大于晶内。LMD成型的Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12)合金具有良好的室温性能,其屈服强度达到879 MPa,抗拉强度为1160 MPa,断裂伸长率为9.5%,综合力学性能远优于同类合金,其屈服强度的显著提高可能与高密度γ′相有关。

关键词：多组元合金高熵合金金属间化合物增材制造力学性能