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快速拼装式防爆墙消波性能试验研究

振动与冲击 2019年第15期38卷 239-244页

作者：葛涛曹洪瑞张志刚空军工程大学航空工程学院西安710038 陆军工程大学野战工程学院南京210007

通过炮弹静爆试验,对快速拼装式防爆墙的消波性能进行了研究。对比了不同比例爆距下防爆墙前后的冲击波超压峰值,提出了反映防爆墙消波能力的超压消波效应系数,并结合试验数据分析了比例爆距、比例墙高和墙后比例距离对消波性能的影响... 详细信息

通过炮弹静爆试验,对快速拼装式防爆墙的消波性能进行了研究。对比了不同比例爆距下防爆墙前后的冲击波超压峰值,提出了反映防爆墙消波能力的超压消波效应系数,并结合试验数据分析了比例爆距、比例墙高和墙后比例距离对消波性能的影响。结果表明:作用于防爆墙迎爆面的反射超压一般比墙后的最大绕射超压大一个数量级,比例爆距和墙后测点距离对绕射超压影响较大;有防爆墙时墙后冲击波超压明显低于无墙时自由场超压,防爆墙的消波效应可达50%以上;比例爆距和比例墙高共同影响防爆墙的消波性能,随着墙后比例距离的增大,消波效应系数逐渐减小。

关键词：爆炸力学防爆墙消波性能试验研究

考虑三维运动和相对滑动的滚动球轴承局部表面损伤动力学建模研究

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机械工程学报 2015年第19期51卷 53-59页

作者：牛蔺楷曹宏瑞何正嘉西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

滚动体通过局部表面损伤时轴承的运动参数及动力学响应是轴承疲劳损伤分析和故障诊断的有效输入和重要依据。基于GUPTA轴承模型构建具有局部表面损伤的滚动球轴承的完整动力学模型。该模型中每个轴承元件(滚球、内圈及外圈)具有6个自由... 详细信息

滚动体通过局部表面损伤时轴承的运动参数及动力学响应是轴承疲劳损伤分析和故障诊断的有效输入和重要依据。基于GUPTA轴承模型构建具有局部表面损伤的滚动球轴承的完整动力学模型。该模型中每个轴承元件(滚球、内圈及外圈)具有6个自由度,并且考虑了元件之间的相对滑动和润滑牵引特性。在对局部表面损伤进行建模时,完整考虑了损伤出现后由于材料缺失而引入的额外间隙,以及损伤对赫兹接触刚度及接触载荷作用方向的影响。研究滚球在通过局部表面损伤时轴承的加速度与滚球/损伤之间冲击力的对应关系,以及轴承转速和损伤宽度对轴承振动响应的影响规律。仿真结果表明,由于考虑了相对滑动和滚球/损伤之间冲击力的影响,本模型能够对具有局部表面损伤的球轴承进行更为合理的动力学特性分析,可为滚动球轴承的疲劳损伤分析和故障定量诊断提供一定的理论依据。

关键词：动力学模型滚动轴承局部表面损伤定量诊断

保持架打滑对航空发动机主轴承故障特征频率的影响

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航空动力学报 2019年第5期34卷 1145-1152页

作者：景新曹宏瑞陈雪峰西安交通大学机械工程学院航空发动机研究所西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

通过理论推导,得到保持架打滑率与轴承内、外圈和滚动体故障特征频率之间关系。利用圆柱滚子轴承支承的转子实验台验证了推导公式的正确性,并研究保持架打滑率、实际故障特征频率与理论公式偏差随转速的变化规律。结果表明:随着转速升高... 详细信息

通过理论推导,得到保持架打滑率与轴承内、外圈和滚动体故障特征频率之间关系。利用圆柱滚子轴承支承的转子实验台验证了推导公式的正确性,并研究保持架打滑率、实际故障特征频率与理论公式偏差随转速的变化规律。结果表明:随着转速升高,滚动轴承保持架打滑率趋于增大,导致轴承实际故障特征频率与基于纯滚动假设的理论计算值的偏差也随之增大。研究结论对于航空发动机主轴承的故障诊断具有指导意义。

关键词：滚动轴承局部损伤保持架打滑故障特征频率故障轴承实验

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主轴-切削交互过程建模与高速铣削参数优化

机械工程学报 2013年第5期49卷 161-166页

作者：曹宏瑞陈雪峰何正嘉西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

高速切削参数的合理选择是困扰企业的一个难题,过于保守的切削用量限制了高速机床性能的发挥和生产效率的提高。以高速铣削加工为对象,考虑高速旋转主轴的离心力和陀螺力矩效应,基于Timoshenko梁单元和Jones轴承模型建立高速主轴-刀具... 详细信息

高速切削参数的合理选择是困扰企业的一个难题,过于保守的切削用量限制了高速机床性能的发挥和生产效率的提高。以高速铣削加工为对象,考虑高速旋转主轴的离心力和陀螺力矩效应,基于Timoshenko梁单元和Jones轴承模型建立高速主轴-刀具系统动力学模型。将主轴-刀具动态特性与高速铣削过程耦合,研究高速主轴-刀具系统动力学特性与切削过程之间交互机理,推导闭环动态铣削系统的特征方程。基于上述理论分析,提出基于主轴-切削交互过程模型的高速铣削切削参数优化方法,并应用于某型直升机的铝合金变速箱端盖加工中,通过选用最佳切削深度和主轴转速,使变速箱盖前端面内侧壁的加工效率提高了275%。

关键词：交互过程主轴高速铣削切削参数优化

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三点接触球轴承打滑动力学分析与验证

机械工程学报 2023年第1期59卷 123-130页

作者：彭城曹宏瑞朱玉彬陈雪峰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械系统与振动国家重点实验室西安710049

三点接触球轴承是航空发动机中的关键基础件。目前对三点接触球轴承的仿真分析多基于拟静力学模型,对于打滑、擦伤等特殊行为缺乏解释,而滚球打滑易引起滚道磨损、蹭伤等故障。在对轴承元件进行受力分析的基础上,引入滚球与左右半内圈... 详细信息

三点接触球轴承是航空发动机中的关键基础件。目前对三点接触球轴承的仿真分析多基于拟静力学模型,对于打滑、擦伤等特殊行为缺乏解释,而滚球打滑易引起滚道磨损、蹭伤等故障。在对轴承元件进行受力分析的基础上,引入滚球与左右半内圈的接触状态判断条件,采用动力学方法对三点接触球轴承进行了打滑分析。然后,分析了设计接触角及运行参数对轴承打滑率的影响。最后,通过实验研究了滚球通过内圈频率及滚球公转转速随轴向载荷及内圈转速的变化规律,并与动力学模型仿真值进行对比验证了方法的有效性。研究结果表明:轴向载荷越小或转速越高,打滑率越大;在转速和载荷工况条件相同的情况下,轴承打滑率随着设计接触角的增加而增加;而在不同转速工况下,轴承发生打滑的轴向载荷临界值不同,其数值随转速的升高而增加。

关键词：三点接触球轴承动力学模型打滑率轴向载荷

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数字化制造装备的主轴服役性能监测与诊断

机械工程学报 2009年第5期45卷 140-146页

作者：陈雪峰曹宏瑞何正嘉西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

数字化制造是先进制造的核心技术,实现制造过程的数字化定量描述是推进数字化制造的关键。主轴部件是数控装备的最重要部件之一,针对主轴中最易损伤的轴承,研究了新的时频分析方法S变换,获得主轴振动信号的时频分布,采用奇异值分解技术... 详细信息

数字化制造是先进制造的核心技术,实现制造过程的数字化定量描述是推进数字化制造的关键。主轴部件是数控装备的最重要部件之一,针对主轴中最易损伤的轴承,研究了新的时频分析方法S变换,获得主轴振动信号的时频分布,采用奇异值分解技术对所获得的时频矩阵进行数据压缩,从而定量提取振动信号的故障特征。数值仿真和试验研究结果表明该方法对于主轴轴承运行状态具有较高的识别精度,为数字化制造装备的主轴服役性能评估提供了新思路。

关键词：数字化制造 S变换主轴轴承

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滚动轴承接触疲劳裂纹建模与扩展规律研究

中国机械工程 2023年第16期34卷 1891-1899页

作者：郭伟曹宏瑞訾艳阳尉询楷西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077 北京航空工程技术研究中心北京100076

针对滚动轴承的疲劳剥落损伤演化问题,采用扩展有限元方法研究疲劳裂纹扩展机理,通过算例验证了扩展有限元方法的可靠性。运用断裂力学理论建立了包含次表面初始裂纹的滚动接触疲劳扩展有限元模型,分析了初始裂纹倾斜角度、所处深度和... 详细信息

针对滚动轴承的疲劳剥落损伤演化问题,采用扩展有限元方法研究疲劳裂纹扩展机理,通过算例验证了扩展有限元方法的可靠性。运用断裂力学理论建立了包含次表面初始裂纹的滚动接触疲劳扩展有限元模型,分析了初始裂纹倾斜角度、所处深度和初始裂纹长度对次表面裂纹生长到表面的扩展路径影响机制,通过分析应力强度因子变化研究了裂纹扩展机理。研究结果表明,次表面疲劳裂纹以滑开型裂纹扩展模式为主;初始裂纹角度对疲劳裂纹扩展路径影响较大,初始裂纹角度在15°~45°时裂纹会转向表面发展而形成疲劳剥落;初始裂纹尺寸和深度对裂纹扩展路径形貌的影响较小,但会影响裂纹扩展的难易程度。

关键词：扩展有限元方法裂纹扩展滚动接触疲劳机理

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智能主轴状态监测诊断与振动控制研究进展

机械工程学报 2018年第19期54卷 58-69页

作者：陈雪峰张兴武曹宏瑞西安交通大学高端制造装备协同创新中心西安710054 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710054

智能主轴兼具加工状态感知、决策与执行三大特征,可实现加工状态的自反馈与自控制,是智能制造的核心部件,是工业4.0和中国制造2025的基础支撑技术,是下一代主轴的技术发展方向。状态监测诊断与振动控制作为智能主轴三大功能特征的典型体... 详细信息

智能主轴兼具加工状态感知、决策与执行三大特征,可实现加工状态的自反馈与自控制,是智能制造的核心部件,是工业4.0和中国制造2025的基础支撑技术,是下一代主轴的技术发展方向。状态监测诊断与振动控制作为智能主轴三大功能特征的典型体现,是保障智能主轴高效运行的核心技术。因此,针对智能主轴的监测诊断与振动控制问题,以故障高发部件以及功能失效模式的监测、诊断与控制为线索,系统综述当前的国内外研究现状,归纳存在的问题并提出潜在的发展趋势。

关键词：智能主轴状态监测故障诊断振动控制

数字孪生驱动的航空发动机涡轮盘剩余寿命预测

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机械工程学报 2021年第22期57卷 106-113页

作者：付洋曹宏瑞郜伟强高文辉西安交通大学航空发动机研究所西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 中国燃气涡轮研究院强度技术研究室成都610500

为解决航空发动机涡轮盘剩余寿命在线预测难题,提出一种数字孪生驱动的涡轮盘剩余寿命预测方法。在建立数字孪生模型的过程中,首先,分析涡轮盘疲劳裂纹损伤机理,构建性能退化指标,建立涡轮盘性能退化过程的共性表征模型;其次,分析多种... 详细信息

为解决航空发动机涡轮盘剩余寿命在线预测难题,提出一种数字孪生驱动的涡轮盘剩余寿命预测方法。在建立数字孪生模型的过程中,首先,分析涡轮盘疲劳裂纹损伤机理,构建性能退化指标,建立涡轮盘性能退化过程的共性表征模型;其次,分析多种不确定性因素,采用状态空间模型建立涡轮盘性能退化过程的个性表征模型;然后,通过动态贝叶斯网络描述状态空间模型随时间的演化规律,建立涡轮盘性能退化过程的动态演化模型;最后,采用粒子滤波算法实现涡轮盘退化状态追踪和剩余寿命预测,从而完成涡轮盘性能退化数字孪生模型的建立。融合涡轮盘实时传感数据,通过贝叶斯推理实现对该数字孪生模型的动态更新。通过某型涡轮盘试验数据对该方法进行验证,结果表明该数字孪生模型能够较好地解决涡轮盘剩余寿命在线预测问题。

关键词：涡轮盘性能退化数字孪生剩余寿命预测