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水分侵入高温硫化硅橡胶扩散行为的仿真研究(一):数值建模与计算

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 341-352,I0028页

作者：左周周颖梁曦东罗兵王婷婷刘书棋王乾刘书明新型电力系统运行与控制全国重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084 南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510663

硅橡胶复合绝缘子在高湿多雨环境下容易发生劣化,但由于受到实验方法和观测表征技术的限制,难以判断硅橡胶复合材料中水分的来源及侵入路径。借助数值建模与可视化仿真,通过两篇系列论文分别研究液态水和气态水在高温硫化硅橡胶内部的... 详细信息

硅橡胶复合绝缘子在高湿多雨环境下容易发生劣化,但由于受到实验方法和观测表征技术的限制,难以判断硅橡胶复合材料中水分的来源及侵入路径。借助数值建模与可视化仿真,通过两篇系列论文分别研究液态水和气态水在高温硫化硅橡胶内部的扩散行为,该文是系列论文第一篇。首先,基于Langmuir扩散模型研究水分侵入过程的数值建模方法,结合时域有限差分法和牛顿–拉夫逊法实现精确建模与高效解算。然后,使用MATLAB软件编程,对高温硫化硅橡胶内部的液态水扩散行为开展仿真,实现对自由态水分和结合态水分的解耦,获得液态水侵入过程的时空分布及质量演变规律。通过硅橡胶样品吸水增重实验,验证数值模型和仿真的正确性。最后,研究氢氧化铝和温度两种因素对水分扩散行为的影响,揭示亲水性氢氧化铝填料和温度对水分侵入过程的影响规律。所提出的数值仿真方法可为研究水分侵入复合绝缘子提供新的思路。

关键词：外绝缘硅橡胶水分扩散行为数值建模

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多唇往复滑环式组合密封数值模拟与分析

润滑与密封 2024年第4期49卷 35-42页

作者：王跃明刘丽丽吕晓仁项冲黄乐郭飞沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 西安航天神舟建筑设计院有限公司北京分公司北京100040 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 广州机械科学研究院有限公司广东广州510700

构建一种适用于多唇往复滑环式组合密封的数值模型,数值模型中包含固体力学分析、流体力学分析、接触力学分析、流固耦合分析。以含有3段密封唇的PS封为例,基于数值模型求解得到密封面油膜厚度分布、油膜压力分布、粗糙峰接触压力分布,... 详细信息

构建一种适用于多唇往复滑环式组合密封的数值模型,数值模型中包含固体力学分析、流体力学分析、接触力学分析、流固耦合分析。以含有3段密封唇的PS封为例,基于数值模型求解得到密封面油膜厚度分布、油膜压力分布、粗糙峰接触压力分布,以及内外行程的流量和密封界面的摩擦力。该数值计算方法解决了多唇密封中边界条件难确定的问题,通过迭代计算可得到稳态运行时各密封唇的边界条件。明确多唇PS封的密封机制,分析不同往复速度对密封性能的影响。结果表明:多唇PS封内外行程中各唇边界条件差异较大,外行程中,两唇之间的空隙处存在一定压力,内行程中空隙压力为0;外行程的密封面接触压力要小于内行程;增大往复速度会使多唇PS封净泄漏增加,摩擦力减小。

关键词：液体密封泄漏率多唇密封往复式密封密封性能

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姿控飞轮轴承供油器设计与精准供油分析

计算力学学报 2024年第3期41卷 499-505页

作者：刘玉浩武洪凯张宇翔吴承伟大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

姿控飞轮转子系统是飞行器飞行姿态的重要控制部件,对轴承精准润滑与供油可靠性提出了严格要求。基于固体间隙密封的反向设计原理,本文设计了一种依靠离心力自动调节轴承供油率的微型供油器,充分利用两个轴承之间的狭小空间,结构简单且... 详细信息

姿控飞轮转子系统是飞行器飞行姿态的重要控制部件,对轴承精准润滑与供油可靠性提出了严格要求。基于固体间隙密封的反向设计原理,本文设计了一种依靠离心力自动调节轴承供油率的微型供油器,充分利用两个轴承之间的狭小空间,结构简单且可靠性高。首先建立了供油速率的流固耦合理论分析模型,得到了供油速率的半解析解,研究了供油器过盈接触面的几何参数等对供油速率的影响规律,发现供油器的供油速率与供油量可以通过优化过盈配合界面的几何尺寸、表面粗糙度和过盈配合压力等来实现精确控制,供油速率与过盈接触界面名义间隙的立方和周向长度成正比,与润滑油粘度和接触面轴向宽度成反比。供油率与轴承转速的平方成正比,使得轴承在高速运转时可以自动得到足够的润滑油。此技术可以应用于航天航空器的精密姿控飞轮系统以及其他各类精密轴承转子系统的供油设计。

关键词：飞行器轴承润滑供油器姿控飞轮

航空发动机用摩擦副CrMo铸铁/38CrMoAlA瞬态磨损-摩擦热耦合仿真分析

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铸造技术 2024年第6期45卷 523-531页

作者：魏建林田鑫杨勇李永健西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 西北工业大学先进润滑与密封材料研究中心陕西西安710072 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084

为探究航空发动机用摩擦副CrMo铸铁/38CrMoAlA的摩擦磨损特性,利用ANSYS有限元软件建立了面-面接触的摩擦副模型,开展了瞬态磨损-摩擦热耦合仿真分析,阐明了摩擦副的磨损性能演化规律。仿真计算发现,静环-CrMo铸铁摩擦面的外径侧温度和... 详细信息

为探究航空发动机用摩擦副CrMo铸铁/38CrMoAlA的摩擦磨损特性,利用ANSYS有限元软件建立了面-面接触的摩擦副模型,开展了瞬态磨损-摩擦热耦合仿真分析,阐明了摩擦副的磨损性能演化规律。仿真计算发现,静环-CrMo铸铁摩擦面的外径侧温度和体积磨损量较高。接触压力对摩擦应力的影响更为显著,在接触压力为0.02~0.10 MPa,摩擦线速度10~30 m/s时,体积磨损量随接触压力的增大而增大,随摩擦线速度的增大而减小。体积磨损率的计算值与实验值有相同的变化规律,且数值差异较小,说明磨损模型能较好预测摩擦副的磨损情况。

关键词： CrMo铸铁 ANSYS 瞬态仿真 Archard 摩擦磨损

基于T-S模糊故障树和剩余寿命的离心泵健康评估方法

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机电工程 2024年

作者：王语嘉李金波侯继洁马波北京化工大学机电工程学院清华大学机械工程系中国石化工程建设有限公司北京化工大学高端压缩机及系统技术全国重点实验室北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室

针对现有离心泵健康评估方法只考虑单部件，无法客观反映离心泵真实健康状态的问题，提出了一种考虑多部件的基于T-S模糊故障树和剩余寿命的离心泵健康评估方法。首先，对离心泵故障进行了T-S模糊故障树建模，在故障树中用T-S门连接了... 详细信息

针对现有离心泵健康评估方法只考虑单部件，无法客观反映离心泵真实健康状态的问题，提出了一种考虑多部件的基于T-S模糊故障树和剩余寿命的离心泵健康评估方法。首先，对离心泵故障进行了T-S模糊故障树建模，在故障树中用T-S门连接了部件与离心泵，用T-S门规则表征了部件失效概率与离心泵失效概率的影响关系；然后，根据部件的劣化可监测性，采用了基于Wiener过程或Weibull分布的寿命预测方法，根据部件的状态监测数据或历史失效记录，计算了部件的失效概率；最后，根据部件失效概率和T-S门算法，计算了离心泵失效概率和健康因子，得到了离心泵健康状态及其使用和维修建议，并将该健康评估方法应用于离心泵试验台数据集和XJTU-SY数据集。研究结果表明：离心泵试验台中离心泵健康因子为0.789，健康状态为比较健康，该方法综合考虑多部件对离心泵进行状态评估；采用XJTU-SY数据集进行验证可知，相较于基于单部件的健康评估方法，该方法评估健康因子始终低于0.6，且降至0.4的时间明显提前于基于单部件的健康评估方法，评估结果更准确。该方法可为离心泵健康评估方法的改进提供参考。

关键词：离心泵 T-S模糊故障树健康状态评估健康因子失效概率计算 T-S门算法

AZ91D熔体浸渗Ti-6Al-4V金字塔型点阵结构制备Ti/Mg双金属复合材料(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：吴远兵赵建华魏超辜诚王亚军重庆大学材料科学与工程学院重庆大学国家镁合金工程研究中心重庆大学高端装备铸造技术全国重点实验室

钛合金/镁合金双金属复合材料具有良好的轻量化应用前景。本研究通过AZ91D熔体浸渗Ti-6Al-4V点阵材料制备了Ti/Mg双金属复合材料。对比分析了双金属复合材料、Ti-6Al-4V点阵材料和AZ91D基体的拉伸和压缩性能。复合材料的抗拉强度（95.9 ... 详细信息

钛合金/镁合金双金属复合材料具有良好的轻量化应用前景。本研究通过AZ91D熔体浸渗Ti-6Al-4V点阵材料制备了Ti/Mg双金属复合材料。对比分析了双金属复合材料、Ti-6Al-4V点阵材料和AZ91D基体的拉伸和压缩性能。复合材料的抗拉强度（95.9 MPa）与Ti-6Al-4V点阵材料（94.4 MPa）相当，但低于AZ91D的抗拉强度（120.8 MPa），归因于双金属界面上的间隙在拉伸过程中阻碍了载荷的传递。复合材料的延伸率为1.7%，大于AZ91D基体的延伸率（1.4%），但低于Ti-6Al-4V点阵材料的延伸率（2.6%）。复合材料的压缩性能优于Ti-6Al-4V点阵材料，表明AZ91D在压缩变形过程中起到了重要作用。断口分析表明，点阵结构节点处的应力集中导致杆断裂是复合材料和点阵材料的主要失效原因。

关键词： Ti-6Al-4V点阵材料 Ti-6Al-4V/AZ91d双金属复合材料熔体浸渗力学性能断口形貌

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变电设备状态信息光纤/光学传感研究

高电压技术 2024年第8期50卷 3354-3386页

作者：马国明王思涵张晓星杨庆李军浩庄池杰曾福平张伟超江军周宏扬江俊杰王渊秦炜淇王玉昆李佳名新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206 湖北工业大学电气与电子工程学院武汉430068 输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学电气工程学院) 重庆400044 电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 西安710049 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 电网环境保护全国重点实验室(武汉大学) 武汉430072 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 南京航空航天大学自动化学院南京211106 厦门理工学院电气工程与自动化学院厦门361024 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 北京大学工学院北京100871

准确感知输变电设备的运行状态,及时采取有效的运维检修策略,对保证新型电力系统安全高效运行意义重大。光纤/光学传感具有绝缘性能好、抗电磁干扰、可分布式测量、测量精度高等优点,在变电设备领域发展迅速。该文介绍了包括基本电气量... 详细信息

准确感知输变电设备的运行状态,及时采取有效的运维检修策略,对保证新型电力系统安全高效运行意义重大。光纤/光学传感具有绝缘性能好、抗电磁干扰、可分布式测量、测量精度高等优点,在变电设备领域发展迅速。该文介绍了包括基本电气量(电压、电流)、设备状态量(温度、湿度、压力、振动)、绝缘状态量(分解产物、局放)的光纤/光学感知原理与主要研究进展,对比讨论了不同监测方法的优缺点。并在此基础上,重点分析了现有技术尚未攻克的难点问题与发展趋势,期望对新型电力系统全息感知能力的提升提供参考。

关键词：光纤布喇格光栅光纤分布式传感光纤干涉传感状态信息传感变电设备

恢复热处理对镍基高温合金锯齿流变行为和断裂机制的影响(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：王家健韩哲文王智春彭波左月康举北京石油化工学院机械工程学院华北电力科学研究院有限责任公司钢铁研究总院焊接研究所北京石油化工学院氢能研究中心清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室

通过拉伸试验和显微结构表征，研究了恢复热处理（RHT）对镍基高温合金（R26）锯齿流变行为和断裂方式的影响。计算获得RHT前后R26合金锯齿流变活化能分别为41–72 kJ/mol和65–81 kJ/mol。动态应变时效是由碳原子在镍基体中向位错通道... 详细信息

通过拉伸试验和显微结构表征，研究了恢复热处理（RHT）对镍基高温合金（R26）锯齿流变行为和断裂方式的影响。计算获得RHT前后R26合金锯齿流变活化能分别为41–72 kJ/mol和65–81 kJ/mol。动态应变时效是由碳原子在镍基体中向位错通道扩散引起的。在RHT前，碳化物聚集在晶界，裂纹起源于碳化物并沿晶界扩展；RHT会溶解晶界上的碳化物，使启裂源转移到晶内沉淀相。RHT增加了基体碳原子浓度，从而增强了动态应变时效和锯齿流变行为。

关键词：恢复热处理镍基高温合金锯齿流变行为:断裂活化能

CH-（HG）亲水基团对无烟煤润湿影响的实验和分子模拟

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煤炭学报 2024年

作者：张江石贾宏福任晓锋王亚南张琪佟林全王彦辉中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室清华大学安全科学学院国家卫生健康委粉尘危害工程防护重点实验室

表面活性剂被广泛应用于水基降尘技术，其润湿煤尘的主控因子为亲水基团（HG）。为明确表面活性剂中HG对煤尘润湿性的影响，通过宏观润湿性能测试、量子化学计算（DFT），并结合分子模拟，探究了十二烷基型表面活性剂(C12H25-[HG])常见... 详细信息

表面活性剂被广泛应用于水基降尘技术，其润湿煤尘的主控因子为亲水基团（HG）。为明确表面活性剂中HG对煤尘润湿性的影响，通过宏观润湿性能测试、量子化学计算（DFT），并结合分子模拟，探究了十二烷基型表面活性剂(C12H25-[HG])常见亲水基团(SO4-、PO4H、OH、COO-)在无烟煤表面润湿差异及固-液界面调控机制。结果表明：亲水基团对无烟煤的润湿效果排序为：SO4-> COO-> PO4H > OH；HG吸附至无烟煤表面，相对增加了疏水位点C-O含量，易形成氢键，有助于改善无烟煤润湿性；无烟煤中大部分正负电势区域都小于水分子之间的正负电势极值是无烟煤润湿性差的内在原因，HG与水分子的极值差（ΔESP）与接触角呈线性负相关，可作为评价表面活性剂润湿性能的参考指标；表面活性剂溶液-煤微观润湿界面中，根据径向分布函数（RDF）判断含不同HG的表面活性剂在无烟煤界面的吸附能力依次为：SO4-> COO-> OH > PO4H；相比于其他亲水基团，HG(SO4-)，煤与水的相互作用能最大，氢键数目最多，水分子扩散系数提高了46.3%，吸附量增加了27.43%；HG一方面与水分子具有较强的相互作用，易形成强氢键，另一方面其吸附于煤-水界面，增强了水分子向煤表面的扩散系数，导致水分子吸附量增大，进而强化了煤尘润湿性；筛选或设计降尘剂时，可考虑引入强极性HG(SO4-)以提高无烟煤润湿效率。研究结果为矿井粉尘治理中表面活性剂的应用提供理论依据和参考。

关键词：无烟煤润湿性表面活性剂亲水基团分子模拟