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基于熵产理论的航空柱塞泵涡轮增压系统优化

航空学报 2024年第4期45卷 280-292页

作者：陈远玲陈家文潘越洋闫明洋广西大学机械工程学院南宁530004

在航空柱塞泵的进油端集成涡轮增压系统,有利于提高航空液压系统的集成度,并解决柱塞泵在高转速下因吸油不足而产生的空化、脱靴等难题。针对涡轮增压系统中叶片和压水室流道的优化设计问题,基于熵产理论对增压系统中的能量损失及其空... 详细信息

在航空柱塞泵的进油端集成涡轮增压系统,有利于提高航空液压系统的集成度,并解决柱塞泵在高转速下因吸油不足而产生的空化、脱靴等难题。针对涡轮增压系统中叶片和压水室流道的优化设计问题,基于熵产理论对增压系统中的能量损失及其空间分布进行了研究,构建了涡轮自增压轴向柱塞泵的流体域模型,探究压水室形式、断面形状、进口宽度、断面面积变化规律以及涡轮叶片形式与熵产率的关系,以熵产最小为目标优化涡轮增压系统的结构:涡轮采用扭曲叶片,压水室采用螺旋形、断面形状采用圆弧形、压水室进口宽度采用8 mm、断面面积变化规律为U型时,增压系统的总熵产下降约0.032 W/K,较优化前降低了13%,增压值上升约0.22 bar,较优化前增加7%。最后采用试制的样机搭建试验系统,测试了直叶片形式和扭曲叶片形式的涡轮增压值,试验结果与仿真结果基本一致。

关键词：航空柱塞泵涡轮增压熵产理论能量损失结构优化

节流槽结构参数对阀开启压力冲击及空化特性的影响研究

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振动与冲击 2024年第7期43卷 50-56,66页

作者：陈远玲欧阳崇钦彭卓陈承宗石浩王梦乔广西大学机械工程学院南宁530004

液压控制阀阀芯节流槽的结构对阀的动态特性影响强烈,不良节流槽结构将导致极大的液压阀开启瞬间压力冲击。针对某型号负载敏感多路阀在甘蔗联合收割机的应用中出现啸叫和液压冲击的问题,结合动网格与RNG-k-ε湍流模型,对U+T型节流槽和... 详细信息

液压控制阀阀芯节流槽的结构对阀的动态特性影响强烈,不良节流槽结构将导致极大的液压阀开启瞬间压力冲击。针对某型号负载敏感多路阀在甘蔗联合收割机的应用中出现啸叫和液压冲击的问题,结合动网格与RNG-k-ε湍流模型,对U+T型节流槽和V型节流槽的压力冲击及空化进行了对比分析,发现同等条件下V型槽的阀芯较U+T型槽的阀芯的压力冲击下降了19.37%,最大空化程度降低了43.7%。选取V型节流槽开展进一步研究,通过正交试验获取不同节流槽结构参数下的压力峰值;采用BP神经网络建立V型节流槽结构参数与压力冲击的代理模型,结合灰狼优化(GWO)算法得到节流槽结构参数的最优配置;依据优化结果制作阀芯并进行试验,结果显示,抑制压力冲击效果显著,系统压力超调下降至原来52.4%。

关键词：流场仿真 BP代理模型灰狼优化(GWO)算法节流槽优化冲击抑制

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卫星舱体振动能量传递特性分析

振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 60-66,197页

作者：崔征徐洋申妍尹显波东华大学机械工程学院上海201620

将结构声强法引入卫星振动传递分析领域,研究飞轮扰动下卫星舱体结构的振动能量传递规律,辨识主导传递路径和波形。根据等效板理论对舱体结构蜂窝板等效并建立有限元模型,通过测力平台获取飞轮扰动力和力矩进行激励加载,结合命令流进行... 详细信息

将结构声强法引入卫星振动传递分析领域,研究飞轮扰动下卫星舱体结构的振动能量传递规律,辨识主导传递路径和波形。根据等效板理论对舱体结构蜂窝板等效并建立有限元模型,通过测力平台获取飞轮扰动力和力矩进行激励加载,结合命令流进行数据提取,利用结构声强法获得振动能量并将其传递过程以流线云图方式呈现,实验也验证了蜂窝耦合结构振动能量流计算的正确性。通过对模型上能量流动分析,对振源到相机安装区域的传递路径进行划分,对比各路径不同波形的净传递比及振动总能量,分析不同路径上波形参与能量传递情况,确定主要传递路径及波形。结果表明:从左隔板传递到相机区域的总能量最大;4条路径中纵波的净传递比均大于0.68,为参与能量传递的主要波形;振源及相机安装区的弯曲波能量最大,纵波、剪切波起到能量传递及转化的作用。

关键词：卫星舱体振动能量结构声强传递路径振动波

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纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测方法

上海交通大学学报 2024年第3期58卷 400-410页

作者：徐蓉霞高建雄朱鹏年吴志峯新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830017

针对纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测问题,提出了一种将理论与仿真、单向板与多向层压板紧密结合预测疲劳寿命的方法.基于几组碳纤维/树脂基T300/QY8911单向板在循环应力加载下的疲劳试验数据,通过灰色系统GM(1, 1)模型,建立单向... 详细信息

针对纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测问题,提出了一种将理论与仿真、单向板与多向层压板紧密结合预测疲劳寿命的方法.基于几组碳纤维/树脂基T300/QY8911单向板在循环应力加载下的疲劳试验数据,通过灰色系统GM(1, 1)模型,建立单向板的疲劳寿命模型和损伤函数.与传统的最小二乘法拟合相比,该方法提高了预测精度.通过有限元方法对层压板进行应力分析、失效分析和材料性质退化.将失效分析的结果与建立的单向板疲劳寿命模型和损伤函数结合,从而来计算多向层压板的疲劳寿命和损伤.通过与实验数据及其他预测方法的结果对比,该预测方法降低了疲劳寿命预测相对误差,且与实验结果吻合较好.

关键词：碳纤维复合材料灰色系统有限元分析多向层压板疲劳寿命

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湍流风况顺桨风力机叶片气动阻尼特性研究

力学学报 2024年第5期56卷 1366-1376页

作者：唐新姿李可翔何文双胡聪芳彭锐涛湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105

当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电... 详细信息

当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电叶片气弹失稳特性规律,以NERL 5 MW风力机叶片为研究对象,基于修正叶素动量理论、欧拉-伯努利梁模型和气动阻尼计算方法,建立顺桨叶片气动阻尼计算模型,采用Kaimal湍流风模型进行瞬态分析,获得风况参数对风力机叶片气动稳定性的影响规律及叶片的气动失稳概率,为大型风力机叶片气弹稳定性设计与控制提供参考.结果表明:顺桨叶片气动阻尼在全周风向上呈180°周期特性,且25°风向为相对危险工况;风速越大气动阻尼负值越显著,气动不稳定风向范围越大,失稳概率越大;湍流强度增加,一阶挥舞气动阻尼下限降低幅度明显,气动不稳概率增加;湍流风况下顺桨叶片平面外方向的失稳概率较平面内方向更大,且两个方向失稳概率曲线呈相似周期性规律.

关键词：风力机叶片停机顺桨气弹耦合湍流强度气动阻尼

二级减速器故障系统建模及SVD-MMSE劣化评估

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振动．测试与诊断 2024年第3期44卷 580-588,624页

作者：解开泰章翔峰周建星余满华王胜男姚俊张旭龙新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

为检测故障齿轮劣化程度并进行有效的程度评估,通过有限元法建立含有正常、裂纹和断齿等3种齿轮状态的二级直齿轮减速器系统模型。首先,分别计算3种状态的齿轮时变啮合刚度,并综合考虑轴承支撑刚度,得到了3种不同状态下的轴承振动响应;... 详细信息

为检测故障齿轮劣化程度并进行有效的程度评估,通过有限元法建立含有正常、裂纹和断齿等3种齿轮状态的二级直齿轮减速器系统模型。首先,分别计算3种状态的齿轮时变啮合刚度,并综合考虑轴承支撑刚度,得到了3种不同状态下的轴承振动响应;其次,引入多元多尺度样本熵(multivariate multiscale sample entropy,简称MMSE)对故障齿轮的劣化程度进行分析;最后,引进奇异值分解(singular value decomposition,简称SVD)算法进行预处理,以达到更好的诊断效果来综合评定故障齿轮生命周期的劣化程度。结果表明:齿轮发生故障时,主要导致时频域信号发生转频调制,时域存在有规律的冲击,频域出现边频带,且分布在输入轴的转频及其倍频和啮频及其倍频处;随着故障程度的增加,劣化越发明显,频率成分也发生改变,致使MMSE值也随之变化,且整体呈单调递减趋势;SVD-MMSE算法能有效地对齿轮故障程度进行判别,降低了噪声对于劣化程度检测准确性的影响。

关键词：性能劣化有限元分析时变啮合刚度奇异值分解多元多尺度样本熵

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金属超疏水涂层制备及其耐腐蚀性能研究进展

中国有色金属学报 2024年第3期34卷 703-724页

作者：尤航彭毅杨冲关小雅李婷贵州大学机械工程学院贵阳550025

金属腐蚀不仅对经济和环境带来严重影响,甚至可能威胁人类生命安全。近年来,超疏水表面因其特殊结构在防腐蚀应用中具有巨大前景,调控超疏水表面也作为一种新型耐腐蚀方法引起研究者的关注。本文介绍了超疏水模型及其表面防腐蚀的基本理... 详细信息

金属腐蚀不仅对经济和环境带来严重影响,甚至可能威胁人类生命安全。近年来,超疏水表面因其特殊结构在防腐蚀应用中具有巨大前景,调控超疏水表面也作为一种新型耐腐蚀方法引起研究者的关注。本文介绍了超疏水模型及其表面防腐蚀的基本理论,重点综述了不同方法在不同金属基底所制备出的超疏水表面在防腐蚀方面的应用,不过目前所制备的超疏水表面仍面临着实际应用的挑战,为此本文归纳总结了具有持久耐腐蚀性超疏水表面的发展趋势。

关键词：超疏水金属腐蚀涂层制备耐腐蚀表面防腐蚀

基于U-Net卷积神经网络的织物压力传感阵列串扰解决方法

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纺织学报 2024年第7期45卷 86-93页

作者：王小东陈俊鹏裴泽光东华大学机械工程学院上海201620

为解决压阻式柔性压力传感阵列中存在的异常传感单元与串扰现象导致采集到的压力数据不准确的问题,构建了具有32×32个传感单元的压阻式柔性织物压力传感阵列系统,对传感单元检测值出现异常的原因进行了分析,采用中值滤波算法对系统获... 详细信息

为解决压阻式柔性压力传感阵列中存在的异常传感单元与串扰现象导致采集到的压力数据不准确的问题,构建了具有32×32个传感单元的压阻式柔性织物压力传感阵列系统,对传感单元检测值出现异常的原因进行了分析,采用中值滤波算法对系统获取的压力分布云图中的异常值进行处理;针对串扰现象,构建了U-Net卷积神经网络模型,采用机器学习方法对织物压力传感阵列系统生成的压力云图进行修正,设计了模型输入、输出数据集的采集方法。结果表明,经中值滤波算法处理后的压力云图的峰值信噪比处于30~40 dB之间,反映出中值滤波算法对异常值处理的效果较为理想;U-Net卷积神经网络模型训练过程中的均方根误差最终达到7.1,表明模型获得了较好的训练效果,通过与无串扰效应的柔性压力传感阵列采集的压力云图进行对比,表明U-Net模型能够有效消除串扰现象对织物压力传感阵列压力云图显示结果的影响。

关键词：织物压力传感阵列中值滤波 U-Net卷积神经网络足底压力监测串扰

外加载荷对热弹性马氏体正-逆相变影响机制的相场模拟研究

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材料导报 2024年第8期38卷 222-228页

作者：王丽红满蛟姜一鸣刘庚根周建平新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830000

本工作建立了一种新的马氏体逆相变的相场模型,以Cu-Al-Ni合金为例,研究了热弹性马氏体正相变和逆相变的演化规律,揭示了热弹性马氏体的形状记忆效应。同时模拟了拉伸释放弹性应变能这种机制对热弹性马氏体相变和热弹性马氏体逆相变的作... 详细信息

本工作建立了一种新的马氏体逆相变的相场模型,以Cu-Al-Ni合金为例,研究了热弹性马氏体正相变和逆相变的演化规律,揭示了热弹性马氏体的形状记忆效应。同时模拟了拉伸释放弹性应变能这种机制对热弹性马氏体相变和热弹性马氏体逆相变的作用,研究了外加载荷对马氏体逆相变温度As的影响。模拟结果表明:应变能是形状记忆合金马氏体相变的阻力,是其逆相变的驱动力。在马氏体正相变过程中,拉伸载荷释放了应变能,降低了相变阻力,从而对马氏体相变起促进作用;在马氏体的逆相变过程中,由于拉伸载荷降低了马氏体所储存的应变能,因而降低了逆相变过程的驱动力,使合金逆相变As温度升高,进而提高了热弹性马氏体的低温稳定性。模拟结果与实验结果相一致。

关键词：相场模拟弹性应变能 Cu-Al-Ni合金马氏体逆相变逆相变起始温度