基于小样本量的航空发动机材料高低周复合疲劳P-S-N曲线优化方法

1

作者 蔡培 袁辉 +2 位作者 徐鹤鸣 张屹尚 侯乃先 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期117-126,共10页

航空发动机材料的高低周复合疲劳P-S-N曲线是评估转子部件寿命的重要依据。然而,P-S-N曲线的确定对实验时间和材料成本均有较高的要求。基于物理信息机器学习方法,提出了基于小样本量的高低周复合疲劳P-S-N曲线的优化处理方法。该方法... 航空发动机材料的高低周复合疲劳P-S-N曲线是评估转子部件寿命的重要依据。然而,P-S-N曲线的确定对实验时间和材料成本均有较高的要求。基于物理信息机器学习方法,提出了基于小样本量的高低周复合疲劳P-S-N曲线的优化处理方法。该方法将等效寿命原理及寿命分布一致性判据通过损失函数引入极限学习机(ELM)模型,并考虑了上层输入变量和下层ELM模型参数的双层优化策略。随后通过应用疲劳实验数据,对比分析该方法与数据驱动机器学习方法以及传统P-S-N曲线拟合方法进行。结果表明:该方法不仅有效地解决了拟合过程中应力水平与高低周复合疲劳寿命标准差不呈线性关系的问题,且拟合得到的概率疲劳寿命分布与母体真值更为接近,具有较高的准确性。 展开更多

关键词 疲劳 P-S-N曲线 小样本 数据处理

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单晶冷却叶片气膜孔附近的蠕变持久寿命分析 被引量：3

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作者 侯乃先 虞跨海 岳珠峰 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期625-628,共4页

从单晶冷却叶片中取出一个包含气膜孔的单胞模型,在流体和传热分析的基础上,给出了含气膜孔模型的气动载荷和温度分布。建立了一个晶体有限元模型,根据不同取向的蠕变参数,对单胞模型进行蠕变及持久寿命分析。结果表明,气膜孔附近存在... 从单晶冷却叶片中取出一个包含气膜孔的单胞模型,在流体和传热分析的基础上,给出了含气膜孔模型的气动载荷和温度分布。建立了一个晶体有限元模型,根据不同取向的蠕变参数,对单胞模型进行蠕变及持久寿命分析。结果表明,气膜孔附近存在一个明显的温度梯度。温度梯度使模型的位移和等效应力的分布产生梯度。温度梯度对气膜孔周围蠕变持久寿命的影响比较大,且对[111]取向的蠕变持久寿命的影响要大于[001]方向。 展开更多

关键词 镍基单晶 温度梯度 气膜孔 蠕变持久寿命

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轴流式涡轮增压器涡轮叶片的优化设计 被引量：1

3

作者 侯乃先 李立州 岳珠峰 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期937-940,共4页

对轴流式涡轮增压器涡轮叶片进行参数化建模,针对叶片设计提出一种基于多学科的优化方法,并建立一个优化平台。优化平台采用多学科优化设计工具iSIGHT集成NUMECA、ANSYS以及自编的离心应力分析程序,在气动、结构以及振动三个学科内对轴... 对轴流式涡轮增压器涡轮叶片进行参数化建模,针对叶片设计提出一种基于多学科的优化方法,并建立一个优化平台。优化平台采用多学科优化设计工具iSIGHT集成NUMECA、ANSYS以及自编的离心应力分析程序,在气动、结构以及振动三个学科内对轴流式增压器涡轮叶片进行化设计。优化的实例表明,这种方法提高了增压器涡轮的整体性能,可以应用在叶片设计以及整个增压器的设计中。 展开更多

关键词 优化设计 涡轮叶片 气动 结构 振动

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温度梯度下薄壁圆管试件拉伸性能的试验与理论研究

4

作者 侯乃先 岳珠峰 +2 位作者 于庆民 虞跨海 朱振涛 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期36-39,共4页

开发了一个温度梯度试验系统,在不同温度以及温度梯度下对薄壁圆管试件进行拉伸试验。采用有限元软件模拟得到不同温度下材料的真实应力应变关系,采用计算流体软件对冷却薄壁圆管试件进行流固耦合传热分析,并将得到的温度载荷通过温度... 开发了一个温度梯度试验系统,在不同温度以及温度梯度下对薄壁圆管试件进行拉伸试验。采用有限元软件模拟得到不同温度下材料的真实应力应变关系,采用计算流体软件对冷却薄壁圆管试件进行流固耦合传热分析,并将得到的温度载荷通过温度插值程序传递到有限元模型中。根据拟合得到的不同温度的材料性能,模拟温度梯度下拉伸过程,模拟结果与试验结果相吻合,结果表明:在目前的温度梯度下,温度梯度对材料的拉伸性能有一定的影响,但影响较小,可以采用通用的数值方法研究存在温度梯度的拉伸性能。 展开更多

关键词 温度梯度 薄壁圆筒 数值模拟

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镍基单晶合金CT试样裂纹尖端应力结构及晶体滑移特性 被引量：5

5

作者 温志勋 岳珠峰 +1 位作者 于庆民 侯乃先 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期964-970,共7页

针对3种不同晶体取向([001],[011],[111])的镍基单晶合金DD3紧凑拉伸(CT)试样,利用考虑有限变形和晶格转动效应的率相关晶体滑移有限元程序对其裂纹尖端三维应力场进行了弹塑性模拟计算分析,深入考察了裂尖等效应力和滑移系分切应力分... 针对3种不同晶体取向([001],[011],[111])的镍基单晶合金DD3紧凑拉伸(CT)试样,利用考虑有限变形和晶格转动效应的率相关晶体滑移有限元程序对其裂纹尖端三维应力场进行了弹塑性模拟计算分析,深入考察了裂尖等效应力和滑移系分切应力分布以及滑移系激活规律,并对裂纹扩展路径进行了理论预测和试验研究。结果表明,裂纹尖端应力结构有较大的变化,呈现复杂的变化规律,对此试样的晶体取向有较大的影响;裂纹尖端自由表面形成具有特定矢量方向的滑移带,裂纹启裂和扩张途径与该滑移带有关,晶体学结构分析表明其特征敏感于晶体取向。裂纹尖端的等效应力、最大分切应力沿厚度方向分布均为在试样心部较为均匀,而在外表面处则下降较快,有限元计算和实验测定结果证实这两部分分别与试样断口上的纤维区和剪切唇区相对应。 展开更多

关键词 单晶体 CT试样 裂纹 生长路径

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考虑两种晶界的各向异性双晶和三晶体晶界附近弹塑性应力场分析 被引量：3

6

作者 杜正兴 温志勋 +1 位作者 侯乃先 岳珠峰 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期627-633,共7页

采用率相关的晶体滑移有限元程序对具有不同晶体取向的双晶体晶界附近及三晶体三晶粒交汇处的弹塑性应力场进行了计算,考虑了几何晶界和物理晶界的影响。计算结果表明:双晶体及三晶体考虑几何晶界和物理晶界时,这两种晶界具有相同的应... 采用率相关的晶体滑移有限元程序对具有不同晶体取向的双晶体晶界附近及三晶体三晶粒交汇处的弹塑性应力场进行了计算,考虑了几何晶界和物理晶界的影响。计算结果表明:双晶体及三晶体考虑几何晶界和物理晶界时,这两种晶界具有相同的应力分布趋势,只是物理晶界比几何晶界的应力集中程度小,双晶体晶界附近有较大的应力梯度,存在应力集中现象。三晶体三晶粒交汇处可能是应力集中之地也可能不造成应力集中,这主要取决于晶粒晶体取向及加载方向。由此可见,要准确理解金属材料的断裂过程,还需要从细观的角度对晶界的力学响应进行细致和深入的研究。 展开更多

关键词 晶体滑移有限元 双晶体 三晶体 几何晶界 物理晶界

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带圆孔层合板孔边层间应力分析、失效研究及软件开发 被引量：2

7

作者 李磊 王毅 +1 位作者 侯乃先 岳珠峰 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期633-637,共5页

依据边界层理论分析的带圆孔对称复合材料层合板的应力解析解,开发相应的软件,计算铺层交界处的层间应力。进一步增加Hashin失效判据,得到层合板各个铺层不同失效形式下的区域分布。该软件是基于Matlab开发的,非常适用于带圆孔复合材料... 依据边界层理论分析的带圆孔对称复合材料层合板的应力解析解,开发相应的软件,计算铺层交界处的层间应力。进一步增加Hashin失效判据,得到层合板各个铺层不同失效形式下的区域分布。该软件是基于Matlab开发的,非常适用于带圆孔复合材料层合板结构打样阶段的分析。 展开更多

关键词 含孔复合材料层合板 孔边层间应力分布 孔边失效区域

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镍基单晶涡轮冷却叶片力学性能表征技术研究新进展 被引量：3

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作者 温志勋 侯乃先 +1 位作者 王佰智 岳珠峰 《航空制造技术》 2010年第20期26-29,共4页

镍基单晶涡轮叶片作为20世纪80年代以来航空发动机重大技术之一,近几年的发展相当迅速,相继开发了几代单晶合金,目前被广泛应用于先进的在役和在研的航空发动机,为大幅度提高发动机性能作出了重大贡献。

关键词 单晶涡轮叶片 表征技术 力学性能 冷却叶片 镍基 航空发动机 发动机性能 单晶合金

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3DSS结合逆向工程技术建立上颌第一磨牙非线性三维有限元模型 被引量：1

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作者 曾照斌 段银钟 +3 位作者 侯乃先 王瑞 刘岚 陈学鹏 《第四军医大学学报》 北大核心 2008年第9期840-842,共3页

目的:建立上颌第一磨牙及其牙周支持组织非线性三维有限元模型.方法:运用3DSS对上颌第一磨牙标准模型进行扫描;运用逆向工程软件Geomagic Studio8生成三维实体模型;有限元软件ANSYS10.0中生成三维有限元模型.结果:建立了包含上颌第一磨... 目的:建立上颌第一磨牙及其牙周支持组织非线性三维有限元模型.方法:运用3DSS对上颌第一磨牙标准模型进行扫描;运用逆向工程软件Geomagic Studio8生成三维实体模型;有限元软件ANSYS10.0中生成三维有限元模型.结果:建立了包含上颌第一磨牙、牙周膜、硬骨板、松质骨及密质骨的非线性三维有限元模型,共96875个10节点四面体单元,132838个节点.结论:建立的三维有限元模型有很高的几何相似性,并且结构完整,网格质量较好,为进一步的生物力学研究奠定了基础. 展开更多

关键词 磨牙 有限元分析 三维扫描仪 逆向工程

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夹杂对粉末冶金CT试样断裂性能影响的计算研究 被引量：1

10

作者 崔伟华 温志勋 侯乃先 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 2007年第4期39-42,共4页

采用GURSON本构方程对含夹杂粉末冶金材料紧凑拉伸试样进行了有限元分析,模拟了裂尖与夹杂的相互作用对基体的损伤及裂纹扩展性能的影响.圆形夹杂对基体材料的损伤及裂纹扩展性能是最保守的形状,对于椭圆形夹杂,硬夹杂在椭圆横向受力较... 采用GURSON本构方程对含夹杂粉末冶金材料紧凑拉伸试样进行了有限元分析,模拟了裂尖与夹杂的相互作用对基体的损伤及裂纹扩展性能的影响.圆形夹杂对基体材料的损伤及裂纹扩展性能是最保守的形状,对于椭圆形夹杂,硬夹杂在椭圆横向受力较为安全,而软夹杂则相反,在椭圆纵向受力对基体的损伤更小. 展开更多

关键词 夹杂 GURSON本构方程 损伤 裂纹扩展

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高温下薄壁圆筒拉伸试样的应力-应变关系研究 被引量：1

11

作者 朱振涛 侯乃先 +2 位作者 岳珠峰 温志勋 李磊 《强度与环境》 2007年第6期22-26,共5页

采用试验和有限元相结合的方法对不同温度下薄壁圆筒拉伸试样的颈缩问题进行了研究。试验结果表明,薄壁圆筒试样颈缩时,其内外径均有变化,并且外径的变化比内径的变化要大。采用有限元法对薄壁圆管拉伸试件进行应力应变分析,对最小颈缩... 采用试验和有限元相结合的方法对不同温度下薄壁圆筒拉伸试样的颈缩问题进行了研究。试验结果表明,薄壁圆筒试样颈缩时,其内外径均有变化,并且外径的变化比内径的变化要大。采用有限元法对薄壁圆管拉伸试件进行应力应变分析,对最小颈缩面上的应力分布的分析表明:沿着薄壁圆筒的内壁到外壁的径向方向,应力呈减小的趋势,这与试验中薄壁圆筒首先从内壁开始破坏的结果是相符合的。比较试验所得的不同温度下的拉伸曲线与采用计算机模拟的方法得到不同温度下的应力应变关系,二者符合性较好,得出了试样在特定温度下的真实应力-应变曲线。 展开更多

关键词 薄壁圆筒 有限元 真实应力-应变曲线

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风扇叶片结冰对航空发动机不平衡响应的影响 被引量：4

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作者 侯乃先 郑李鹏 +1 位作者 余放 杨坤 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第2期363-366,共4页

航空发动机风扇叶片结冰对转子不平衡具有显著的影响;并导致发动机推力的损失。针对风扇叶片结冰对转子不平衡的影响问题,采用结冰软件详细分析了商用航空发动机风扇叶片结冰情况。基于隐式动力学模型研究了风扇叶片结冰引起的整机转子... 航空发动机风扇叶片结冰对转子不平衡具有显著的影响;并导致发动机推力的损失。针对风扇叶片结冰对转子不平衡的影响问题,采用结冰软件详细分析了商用航空发动机风扇叶片结冰情况。基于隐式动力学模型研究了风扇叶片结冰引起的整机转子不平衡。通过整机有限元模型研究了风扇叶片结冰对不同支撑轴承载荷和位移的影响;进一步研究了不平衡条件下转子和静子的间隙。研究结果表明风扇叶片结冰质量的最大工况为地面慢车状态,对一号轴承和二号轴承有一定的影响。提出的分析方法可以为风扇叶片防冰设计和验证提供指导。 展开更多

关键词 航空发动机 风扇叶片结冰 转子不平衡 转子动力学

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含硬α缺陷钛合金风扇盘失效风险影响因素研究 被引量：2

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作者 侯乃先 陈健 +1 位作者 杨坤 曾海军 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第11期71-74,共4页

对于民用航空发动机而言,限寿件对发动机的结构完整性以及整机安全水平有着极其重要的影响,对限寿件进行概率风险评估是发动机适航取证过程中面临的重要问题之一。文章基于国际通用断裂力学的限寿件概率风险评估方法,利用该方法对含硬... 对于民用航空发动机而言,限寿件对发动机的结构完整性以及整机安全水平有着极其重要的影响,对限寿件进行概率风险评估是发动机适航取证过程中面临的重要问题之一。文章基于国际通用断裂力学的限寿件概率风险评估方法,利用该方法对含硬α缺陷的钛合金轮盘进行失效风险分析,并就影响风险值的载荷、断裂韧度以及缺陷等三个重要参数进行了敏感性分析。分析结果表明,相对于缺陷和材料的断裂韧度而言,载荷的变动对盘的失效风险值影响最为显著,缺陷大小次之,而断裂韧度在10%范围内变动对失效风险值的影响几乎可以忽略。 展开更多

关键词 发动机限寿件 缺陷分布 断裂力学 概率风险评估 敏感性分析

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航空发动机轮盘概率风险评估方法 被引量：3

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作者 毕苏艺 孙有朝 +4 位作者 李龙彪 陈健 杨坤 侯乃先 曾海军 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期389-395,共7页

建立了一种基于概率损伤容限的航空发动机压气机轮盘风险评估方法,考虑了缺陷发生率、缺陷分布、应力与缺陷检测概率对涡轮盘失效风险的影响。基于适航规章与咨询通告的要求,建立了考虑检查与不考虑检查两种不同的概率风险评估流程。结... 建立了一种基于概率损伤容限的航空发动机压气机轮盘风险评估方法,考虑了缺陷发生率、缺陷分布、应力与缺陷检测概率对涡轮盘失效风险的影响。基于适航规章与咨询通告的要求,建立了考虑检查与不考虑检查两种不同的概率风险评估流程。结合有限元应力分析和断裂力学方法计算了压气机轮盘失效风险随循环变化曲线,与咨询通告AC 33.14-1给出的案例进行了对比,验证了本文提出方法的准确性与合理性。 展开更多

关键词 航空发动机 轮盘 裂纹扩展 蒙特卡洛仿真 风险评估

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航空发动机振动应力测量的贴片可靠性及优化分析 被引量：10

15

作者 蔡宁泊 侯乃先 张成成 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1964-1969,共6页

为了评估航空发动机应变片粘贴误差对振动应力测量结果的影响程度,利用有限元计算与蒙特卡洛分析方法对压气机转子叶片的贴片方案进行了研究,并提出基于可靠度的贴片方案优化准则。分析结果表明:当贴片位置由应变梯度较小的B点移动至应... 为了评估航空发动机应变片粘贴误差对振动应力测量结果的影响程度,利用有限元计算与蒙特卡洛分析方法对压气机转子叶片的贴片方案进行了研究,并提出基于可靠度的贴片方案优化准则。分析结果表明:当贴片位置由应变梯度较小的B点移动至应变梯度较大的A点时,相对应变误差增加了0.5倍,贴片可靠度降低了0.3倍;当贴片方向与最大主应变方向之间的夹角由0°增加至30°时,相对应变误差增大了0.6倍,贴片可靠度降低了0.4倍;根据可靠度准则,所选贴片方案可同时对两阶模态的振动应力进行有效测量,其可靠度达到限制值0.9以上,表明将该准则用于贴片方案寻优是合适的。 展开更多

关键词 航空发动机 振动测量 贴片方案 可靠性 寻优准则

原文传递

基于Cosserat连续体理论的疲劳寿命概率可靠性分析

16

作者 任远 尹进 +3 位作者 张成成 侯乃先 张盛 陈飙松 《计算机辅助工程》 2017年第1期45-51,共7页

基于Cosserat连续体理论建立考虑应变梯度效应的粉末高温合金弹塑性模型.该模型考虑微尺度长度效应,并能消除缺陷局部化问题求解时的网格依赖性.基于参变量变分原理提出一种高效的求解方法,该方法将原非线性问题转化为互补问题求解,可... 基于Cosserat连续体理论建立考虑应变梯度效应的粉末高温合金弹塑性模型.该模型考虑微尺度长度效应,并能消除缺陷局部化问题求解时的网格依赖性.基于参变量变分原理提出一种高效的求解方法,该方法将原非线性问题转化为互补问题求解,可大大提高求解效率和收敛性.针对一种假想涡轮盘模型,将Cosserat尺度参数和Basquin斜率作为随机变量,分别采用蒙特卡洛法与二阶矩法进行疲劳寿命概率可靠度计算.结果表明二阶矩法在保证精度的情况下具有较高的效率. 展开更多

关键词 应变梯度理论 粉末合金 尺度效应 弹塑性 参变量变分原理 涡轮盘 不确定性 可靠度方法

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航空发动机控制系统线缆电磁耦合仿真研究 被引量：4

17

作者 佘云峰 侯乃先 杨坤 《航空计算技术》 2018年第2期66-69,74,共5页

为了获取航空发动机控制系统线缆在电磁辐照下的骚扰电压,选取某全权限数字电子发动机控制(FADEC)系统典型线缆结构为对象,确定了控制系统线缆电磁耦合仿真方法。采用多导传输线理论对控制系统线缆在电磁辐照下的骚扰电压进行数值分析,... 为了获取航空发动机控制系统线缆在电磁辐照下的骚扰电压,选取某全权限数字电子发动机控制(FADEC)系统典型线缆结构为对象,确定了控制系统线缆电磁耦合仿真方法。采用多导传输线理论对控制系统线缆在电磁辐照下的骚扰电压进行数值分析,并在全尺寸发动机模型上进行了试验验证。试验结果表明,控制系统线缆电磁耦合仿真方法能够有效模拟线缆在电磁照射下的骚扰电压,为控制系统线缆防护设计和试验提供参考。 展开更多

关键词 航空发动机 控制系统线缆 电磁耦合 数值仿真

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基于SiPESC平台的弹塑性多尺度有限元分析程序系统

18

作者 任远 尹进 +3 位作者 张成成 侯乃先 张盛 陈飙松 《强度与环境》 2016年第6期13-23,共11页

针对典型的非均质材料的弹塑性分析问题,基于Cosserat连续体弹塑性理论模型,采用参变量变分原理和多尺度有限元法耦合求解方法,研发了多尺度有限元分析程序系统。该程序系统基于SiPESC软件平台的大规模工程数据库系统和开放式结构有限... 针对典型的非均质材料的弹塑性分析问题,基于Cosserat连续体弹塑性理论模型,采用参变量变分原理和多尺度有限元法耦合求解方法,研发了多尺度有限元分析程序系统。该程序系统基于SiPESC软件平台的大规模工程数据库系统和开放式结构有限元分析框架,采用"算法+模型"的设计模式,研发了相关的数据类和分析任务类。在多尺度单元的实施方面,采用控制阵方法研发了多点约束模块,实现多种复杂的多点约束关系处理。并通过多点约束模块的处理,把多尺度数值基函数引入到控制阵中,使总刚度阵集成、总载荷向量计算以及单元和节点信息的计算(即升尺度和降尺度)都与常规有限元相同,体现了软件设计中的代码重用思想。数值计算表明,程序分析系统具有较高的精度和计算效率,可在此基础上开展粉末合金材料寿命预测的相关研究。 展开更多

关键词 SiPESC软件平台 非均质材料 弹塑性分析 多尺度有限元程序设计

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粉末高温合金涡轮盘初始缺陷概率模型研究 被引量：1

19

作者 白国娟 侯乃先 +1 位作者 杨坤 陈健 《机械设计与制造》 北大核心 2021年第2期252-256,共5页

粉末高温合金是发动机涡轮盘的最佳材料,但由于其制造工艺的特点,使其强度和寿命对缺陷十分敏感。基于概率损伤容限评估思想,文中针对国内FGH96粉末高温合金涡轮盘制造工艺水平下的涡轮盘初始缺陷通过试验进行统计,并分析得出初始缺陷... 粉末高温合金是发动机涡轮盘的最佳材料,但由于其制造工艺的特点,使其强度和寿命对缺陷十分敏感。基于概率损伤容限评估思想,文中针对国内FGH96粉末高温合金涡轮盘制造工艺水平下的涡轮盘初始缺陷通过试验进行统计,并分析得出初始缺陷的面积概率模型、缺陷圆度概率模型、椭圆缺陷短轴/长轴比值和长轴长度概率模型。试验分析结果表明,初始缺陷面积大部分都处于(1~5)μm2;缺陷圆度大部分都处于(0.3~0.7)左右;如果缺陷形状拟合为近似椭圆,椭圆短轴/长轴比值大部分都处于(0.5~1),长轴尺寸处于(1~7)μm。 展开更多

关键词 初始缺陷 缺陷形状 缺陷大小 概率模型

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发动机燃油系统部件温度耐久试验测试系统设计 被引量：1

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作者 赵旭东 侯乃先 +1 位作者 张屹尚 张建华 《测控技术》 2020年第10期9-12,18,共5页

根据航空发动机适航规定33.91条要求,发动机燃油系统部件需要开展高低温耐久试验。针对温度耐久试验系统设计开发了相应的测试系统。系统采用工控机和PLC作为核心控制,传感器将检测到的数据传到PLC,实现试验设备运行控制功能。上位机试... 根据航空发动机适航规定33.91条要求,发动机燃油系统部件需要开展高低温耐久试验。针对温度耐久试验系统设计开发了相应的测试系统。系统采用工控机和PLC作为核心控制,传感器将检测到的数据传到PLC,实现试验设备运行控制功能。上位机试验监视软件采用力控组态软件进行设计,对接收到的试验数据进行存储、显示和数据处理。针对温度控制延时的难点,采用了模糊PID算法实现了较好的控制效果。实际应用结果表明,该系统架构合理、使用方便、可靠性高,能够满足燃油系统部件温度耐久试验的要求。 展开更多

关键词 燃油部件 温度耐久 测试系统 PLC 模糊PID

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