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涡轮叶片裂纹方位角的三维叶尖间隙动态响应特性研究

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西安交通大学学报 2024年第7期58卷 170-178页

作者：范博超张小栋熊逸伟黄鑫戴飞西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049

针对叶尖定时故障诊断方法在检测叶片裂纹时仅关注一维信息、提取故障特征有限的不足,利用叶尖间隙具有三维特征的特点,提出了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统的三维叶尖间隙(3D-BTC)有限元模型。以该模型为基础,分析了航空发动机涡轮... 详细信息

针对叶尖定时故障诊断方法在检测叶片裂纹时仅关注一维信息、提取故障特征有限的不足,利用叶尖间隙具有三维特征的特点,提出了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统的三维叶尖间隙(3D-BTC)有限元模型。以该模型为基础,分析了航空发动机涡轮叶片裂纹方位角对三维叶尖间隙的影响规律。首先,建立了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统有限元模型;其次,在叶片尾缘处引入贯穿裂纹,通过瞬态动力学分析计算了在不同横滚角、俯仰角裂纹作用下叶片的变形;最后,采用三维叶尖间隙计算方法获取了叶片三维叶尖间隙时域波形及频谱,研究了航空发动机涡轮叶片裂纹方位角的三维叶尖间隙动态响应特性。计算结果表明:裂纹的出现会降低叶片刚度,从而影响叶片的三维叶尖间隙;叶片三维叶尖间隙随裂纹横滚角的增大而减小,随裂纹俯仰角的增大先减小后增大;随着裂纹两类方位角变化,不同测点位置的叶尖径向间隙基本谐波分量峰值变化率的差值最大为6.1%,周向滑移角和轴向偏转角基本谐波分量峰值变化率的差值小于0.12%,可见综合三维叶尖间隙能够更准确地反映裂纹信息。

关键词：涡轮叶片裂纹三维叶尖间隙动态响应特性有限元分析

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双波导辐射对岩石裂纹扩展机理的影响

工程科学与技术 2024年第2期56卷 108-117页

作者：温森杜林王倩张敏邓珂河南大学土木建筑学院河南开封475004

通过微波辐射能够使岩石迅速升温并产生扩展裂纹,从而大幅降低岩石强度,有助于解决全断面隧道掘进机(TBM)在破碎高强度硬岩地层时面临滚刀磨损严重、破岩效率低下、工程成本剧增等问题。为此,本文采用离散元软件PFC2D建立玄武岩的三相矿... 详细信息

通过微波辐射能够使岩石迅速升温并产生扩展裂纹,从而大幅降低岩石强度,有助于解决全断面隧道掘进机(TBM)在破碎高强度硬岩地层时面临滚刀磨损严重、破岩效率低下、工程成本剧增等问题。为此,本文采用离散元软件PFC2D建立玄武岩的三相矿物(斜长石、橄榄石、辉石)模型,并进行双波导辐射模拟,探究波导间距(60、70、80、90及100 mm)、辐射时间(0、0.04、0.06、0.08及0.10 s)和围岩压力(5、10、15及20 MPa)对岩石损伤裂纹扩展的影响规律。结果表明:采用微波功率密度1×1010W/m3对玄武岩进行辐射加热时,为达到辅助破岩的效果,辐射时间不宜低于起裂时间(0.04 s)。微波辐射导致强吸波矿物(辉石)和弱吸波矿物(斜长石)间形成较大的温度梯度和热应力且最易产生损伤裂纹,所以裂纹产生的位置主要与岩石矿物的位置分布具有重要关系。在微波辐射岩石过程中,裂纹首先在辐射区域产生,继而在热膨胀和热应力作用下扩展延伸并在波导间的岩石区域形成裂纹贯通;随着波导间距的增加,波导间岩石裂纹贯通时所需要的微波辐射时间逐渐增加。围岩压力对裂纹的产生和扩展具有抑制和约束作用,其变化对岩样损伤裂纹的生成位置和扩展路径无明显影响,通过延长微波辐射的时间可以弥补因围压增加而减少的裂纹。

关键词：微波辅助 PFC2D 裂纹辐射时间波导间距围压

含裂纹声子晶体能带分析的改进局部径向基函数配点法

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力学学报 2024年第7期56卷 2063-2076页

作者：徐杰郑辉石承志闫雪豹文丕华南昌大学工程建设学院航空航天研究院南昌330031

基于直接法局部径向基函数配点法(local radial basis function collocation method,LRBFCM)提出了含裂纹声子晶体反平面弹性波的能带结构计算方法,分析了其能带结构特性,并通过有限元法计算对比验证该数值结果的准确性和有效性.在边界... 详细信息

基于直接法局部径向基函数配点法(local radial basis function collocation method,LRBFCM)提出了含裂纹声子晶体反平面弹性波的能带结构计算方法,分析了其能带结构特性,并通过有限元法计算对比验证该数值结果的准确性和有效性.在边界上采用直接法沿方向取局部节点,解决了边界求解不稳定问题,讨论了数值方法的处理技巧对结果的影响.并通过考虑不同声阻抗比、散射体形状(方形、圆形)和裂纹情况,验证了该方法计算含裂纹声子晶体能带结构的适用性.研究了形状参数、配点数对计算结果的影响.最后深入分析了不同长度和位置的裂纹对声子晶体能带结构的影响特性,并进行了对比分析.文章的创新性在于用直接法局部径向基函数配点法解决了含裂纹声子晶体能带结构计算的问题,极大增加了声子晶体的应用价值.研究结果显示:随着裂纹的扩展,能带结构带隙逐渐变窄;当裂纹扩展到一定程度时,金散射体的声子晶体带隙数量会增加,且新增带隙会随着裂纹扩展而变宽,但铝散射体的声子晶体带隙数量会减少;直接法局部径向基函数配点法可以大大提高含裂纹声子晶体能带结构的计算效率和计算精度.

关键词：径向基函数反平面弹性波应力强度因子裂纹有限元法

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PBX内部裂纹水浸超声全聚焦成像方法研究

含能材料 2024年第4期32卷 353-359页

作者：甘仁杰禹利达李海宁张伟斌李卫彬杨占锋中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999 厦门大学航空航天学院福建厦门361102 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

高聚物粘结炸药(PBX)的内部裂纹检测对其使用安全性和结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为了提高PBX内部裂纹缺陷的成像检测精度和图像质量,研究了曲面修正水浸超声全聚焦成像方法,并在此基础上进一步结合了延迟乘和波束形成(... 详细信息

高聚物粘结炸药(PBX)的内部裂纹检测对其使用安全性和结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为了提高PBX内部裂纹缺陷的成像检测精度和图像质量,研究了曲面修正水浸超声全聚焦成像方法,并在此基础上进一步结合了延迟乘和波束形成(DMAS)技术,通过水浸法对Φ100.0 mm的半圆柱PBX的底部裂纹缺陷进行了超声成像检测研究,实现了对曲面构形PBX底部裂纹缺陷的高精度成像表征。实验结果表明,传统全聚焦成像算法的裂纹缺陷高度测量误差为12.0%,图像信噪比为1.37 dB;曲面修正后的裂纹缺陷高度测量误差为3.6%,图像信噪比为2.13 dB;而曲面修正结合DMAS算法成像的裂纹缺陷高度测量误差仅为0.4%,图像信噪比为5.32 dB。

关键词：高聚物粘结炸药(PBX) 曲面修正成像算法延迟乘和波束形成(DMAS)技术裂纹

适用于激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的裂纹控制与成分设计研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第10期51卷 3-24页

作者：史淑静李卓杨晨曾子恒程序汤海波王华明北京航空航天大学宁波创新研究院浙江宁波315800 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191

γ'相强化镍基高温合金以其良好的高温组织与性能稳定性被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车能源等领域,激光增材制造可满足现代工程领域对零部件内部结构优化与自身轻量化的要求,成为镍基高温合金复杂结构零部件制造与修复的新兴技... 详细信息

γ'相强化镍基高温合金以其良好的高温组织与性能稳定性被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车能源等领域,激光增材制造可满足现代工程领域对零部件内部结构优化与自身轻量化的要求,成为镍基高温合金复杂结构零部件制造与修复的新兴技术。然而,传统牌号的高强镍基高温合金的成分及强化机制与激光增材制造快速非平衡凝固及固态相变过程不适配,较宽的凝固温度区间和失衡的高温强韧性易引起微裂纹缺陷,难以保证合金的组织完整性和力学性能,严重制约了激光增材制造技术在高性能高温合金中的应用推广。基于此,本文综述了激光增材制造γ'相强化镍基高温合金裂纹的形成原因和影响因素,根据开裂机理从成分修正、成形工艺参数优化、后处理制度调控等方面总结了裂纹控制相关研究进展,探讨了当前能从根源上抑制裂纹的专用合金成分开发策略,并对激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的未来发展方向进行了展望。

关键词：激光技术增材制造高温合金裂纹优化与设计

储气库注采管柱屈曲后表面半椭圆裂纹力学分析

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塑性工程学报 2024年第6期31卷 208-216页

作者：张强张罡郭爽赵栋吕磊东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318

采用有限元方法,研究了注采管柱屈曲后表面半椭圆裂纹的应力强度因子K_(Ι)和J积分。首先,由于储气库注采管柱是长直圆管结构,通过建立含外表面裂纹直管的有限元模型,对其进行有限元验证。然后,基于子模型法,建立了管柱屈曲后裂纹力学... 详细信息

采用有限元方法,研究了注采管柱屈曲后表面半椭圆裂纹的应力强度因子K_(Ι)和J积分。首先,由于储气库注采管柱是长直圆管结构,通过建立含外表面裂纹直管的有限元模型,对其进行有限元验证。然后,基于子模型法,建立了管柱屈曲后裂纹力学计算模型,计算了屈曲后不同裂纹形状参数、裂纹相对深度和轴线夹角下的应力强度因子K_(Ι)和J积分,分析了管柱不同螺距数对K_(Ι)和J积分的影响规律。结果表明,有限元法在计算应力强度因子时精度较高,造成有限元法误差明显的主要因素是网格尺寸和裂纹前缘网格划分份数;管柱螺旋屈曲后,K_(Ι)和J积分随裂纹形状参数的增加而减小,随裂纹相对深度的增加而增大;随着注采管柱屈曲螺距数以及轴线夹角的增加,K_(Ι)和J积分均呈增长趋势,且裂纹为周向裂纹时的增长速率最大。

关键词：有限元注采管柱裂纹螺旋屈曲应力强度因子 J积分

裂纹位置对推进剂贮箱壳体失效评定曲线的影响研究

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载人航天 2024年第4期30卷 486-494页

作者：范凯韩冲上海空间推进研究所上海201112 上海空间发动机工程技术研究中心上海201112

为获取准确的临界裂纹尺寸2c_(c)以实现可重复使用推进剂贮箱LBB设计及评定,构建了2种裂纹类型5组典型裂纹位置的贮箱壳体失效评定曲线(FAC),并分析了裂纹位置对FAC的影响。结果表明:随着裂纹从圆柱段中心向封头移动(y的增加),2种裂纹... 详细信息

为获取准确的临界裂纹尺寸2c_(c)以实现可重复使用推进剂贮箱LBB设计及评定,构建了2种裂纹类型5组典型裂纹位置的贮箱壳体失效评定曲线(FAC),并分析了裂纹位置对FAC的影响。结果表明:随着裂纹从圆柱段中心向封头移动(y的增加),2种裂纹类型壳体极限载荷PL均先保持不变,再显著增加,最后小幅增加,FAC总体上逐渐升高,壳体的安全性增加。工程上采用选择1和选择2曲线确定的临界裂纹尺寸2c_(c)仅能对极少数的载荷工况下特定裂纹位置的贮箱壳体进行准确的LBB分析。建立裂纹位置相关的FAC,可以提高贮箱壳体的结构完整性。

关键词：失效评定曲线推进剂贮箱壳体裂纹 LBB分析结构完整性

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燃气轮机转子裂纹扩展及刚度特性研究

热能动力工程 2024年第1期39卷 174-182页

作者：王祥和张楠回翔李辉中国船舶集团有限公司第七○三研究所黑龙江哈尔滨150078

燃气轮机转子工作环境恶劣,转子结构易出现裂纹故障,为了解决燃气轮机转子裂纹难以被识别的问题,以某型燃气轮机高压转子为研究对象,通过三维建模以及ABAQUS仿真模拟其工作状态。首先,对易产生裂纹的位置进行了仿真计算;然后,在转子三... 详细信息

燃气轮机转子工作环境恶劣,转子结构易出现裂纹故障,为了解决燃气轮机转子裂纹难以被识别的问题,以某型燃气轮机高压转子为研究对象,通过三维建模以及ABAQUS仿真模拟其工作状态。首先,对易产生裂纹的位置进行了仿真计算;然后,在转子三维模型中对易产生裂纹的位置预置大小不同的裂纹模型,得到转子裂纹拓展情况;最后,在裂纹拓展后的转子模型上施加一定载荷,测量转子在不同裂纹状态下的拉压刚度、扭转刚度以及弯曲刚度。结果表明:某型燃气轮机高压转子的高压涡轮封严轮盘区域易出现裂纹故障,且转子刚度伴随裂纹增大呈下降趋势。

关键词：燃气轮机转子裂纹 ABAQUS

碳纤维增强复合材料加固柏木轴压裂纹演化规律的研究

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森林工程 2024年第2期40卷 102-116页

作者：谢玉强佘艳华黄俊杰李猛何佳明长江大学城市建设学院湖北荆州434023

为研究2层不同角度碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic, CFRP)加固柏木的受压裂纹演化规律,对分别粘贴2层30°、60°、90°CFRP的柏木进行单轴压缩试验,利用声发射(Acoustic Emission, AE)技术和数字图像相关(... 详细信息

为研究2层不同角度碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic, CFRP)加固柏木的受压裂纹演化规律,对分别粘贴2层30°、60°、90°CFRP的柏木进行单轴压缩试验,利用声发射(Acoustic Emission, AE)技术和数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术对试件的裂纹演化过程进行监测,最后结合数值模拟对试件的荷载位移曲线进行验证并提供加固木材的方法指导。结果表明,声发射信号可以反映试件裂纹的萌生规律及力学特性,CFRP包裹角度越大,试件裂纹扩展越平缓,延性越高,最大承载力越高;RA-AF分析法和DIC表面云图的结合可以反映试件裂纹类型、萌生的位置及扩展过程,试件的裂纹均以张拉型裂纹为主,且CFRP包裹角度越大,裂纹就越容易在端部产生;AE技术、RA-AF分析法、DIC技术和数值模拟的结合为进一步研究CFRP包裹角度与裂纹演化规律的影响关系提供参考。

关键词：柏木 CFRP 声发射数字图像相关技术数值模拟裂纹