電連接器微動磨損分析模型及失效機(jī)理的研究

本項(xiàng)目旨在確定電連接器微動環(huán)境條件下的微動磨損失效物理模型和相關(guān)失效機(jī)理，因此分別開展了基于非線性有限元法的微動磨損仿真技術(shù)、可移動元胞自動機(jī)自組織建模技術(shù)、基于電動振動臺的電觸點(diǎn)材料微動磨損測試分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)、接觸電阻高精密測量技術(shù)等研究工作。成果如下：（1）應(yīng)用商用有限元軟件ABAQUS實(shí)現(xiàn)了電連接器接觸對宏觀機(jī)械磨損過程的仿真，進(jìn)而通過機(jī)—電耦合求解實(shí)現(xiàn)接觸電阻退化過程的仿真。（2）自主開發(fā)設(shè)計(jì)了微動磨損測試分析系統(tǒng)，微動頻率范圍為10-2000Hz，微動加速度最高可達(dá)196m/s2，試驗(yàn)過程中可實(shí)時同步檢測觸點(diǎn)正壓力、觸點(diǎn)切向摩擦力、觸點(diǎn)接觸壓降、觸點(diǎn)相對位移等參數(shù)，采樣頻率500kHz，觸點(diǎn)電流調(diào)整范圍1mA—1A，接觸電阻測試精度1mΩ，測試范圍0-5Ω，環(huán)境溫度調(diào)整范圍25℃—125℃，真空度調(diào)整范圍5kPa—100kPa。（3）創(chuàng)新地提出了基于電壓—頻率變換的接觸電阻測量方法、積分式接觸電阻測量方法、激勵電流斷續(xù)斬波方法、低噪低漂移弱信號調(diào)理和滑動窗口平均濾波等一系列技術(shù)以解決觸點(diǎn)材料接觸電阻真值小、不穩(wěn)定、不易精確測量的難點(diǎn)。（4）實(shí)驗(yàn)綜合研究了微動幅值、微動頻率、微動周期、電流應(yīng)力、環(huán)境溫度等因素對于銅鍍金觸點(diǎn)材料微動磨損和電接觸性能影響。確定了微動幅值與微動頻率是影響觸點(diǎn)間歇失效的關(guān)鍵因素，并建立了微動頻率—微動幅值—失效模式的微動圖譜。確定了使觸點(diǎn)對間發(fā)生滑移的微動幅值是使得鍍金層脫落的前提條件，且微動頻率的增大導(dǎo)致觸點(diǎn)間相對運(yùn)動速度過大，無法保證表面間實(shí)時具有足夠的接觸面積，是導(dǎo)致間歇失效的根本原因。電流應(yīng)力和環(huán)境溫度應(yīng)力均是影響觸點(diǎn)表面間微觀接觸狀態(tài)的關(guān)鍵因素，電流與環(huán)境溫度的適量增加，可延長接觸電阻退化速率。

持續(xù)的機(jī)械振動應(yīng)力將引起電連接器中插針與插孔發(fā)生微動磨損，相應(yīng)出現(xiàn)的電接觸故障亦是導(dǎo)致電連接器功能失效的根本原因之一。本項(xiàng)目通過聯(lián)合非線性有限元法與移動元胞自動機(jī)自組織技術(shù)建立電連接器接觸對宏觀、微觀微動磨損分析模型，研究電連接器接觸對微動條件下表面形貌、成分及電接觸特性演化過程的分析技術(shù)。開發(fā)機(jī)械振動條件下電連接器微動特性綜合測試分析系統(tǒng)，最終確定機(jī)械振動引起電連接器微動磨損的失效機(jī)理、關(guān)鍵影響因素及電接觸性能退化規(guī)律。本研究的分析方法與所得的結(jié)論對于提高電連接器可靠性及耐環(huán)境能力具有重要的理論意義與實(shí)用價值，同時對于電連接器結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及所用電接觸材料優(yōu)選亦將具有借鑒意義。

針對沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效機(jī)理與防御方法展開研究。主要內(nèi)容包括：（1）研究網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受沖擊荷載作用的精細(xì)化建模及研究方法，通過對精確化本構(gòu)模型、非線性單元類型、接觸類型、求解策略等進(jìn)行細(xì)致研究，實(shí)現(xiàn)數(shù)值模型的精確、高效求解；（2）研究沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效模式及失效機(jī)理，研究其動力失效性質(zhì)及特征，以及結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的失效準(zhǔn)則；（3）研究沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效規(guī)律，研究沖擊結(jié)束時刻的局部響應(yīng)與結(jié)構(gòu)失效模式之間的作用規(guī)律；（4）研究沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的防御方法，提出合理有效的網(wǎng)殼抗沖擊的防御設(shè)計(jì)方法，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)抗沖擊防御設(shè)計(jì)。通過本項(xiàng)目的研究，形成沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效機(jī)理與防御方法研究的較完善的分析與設(shè)計(jì)理論，提升我國大跨空間結(jié)構(gòu)突發(fā)災(zāi)害防御研究水平。

首先提出網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)的分析方法，然后對沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效模式及其機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，并通過大規(guī)模參數(shù)研究總結(jié)分析網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效規(guī)律，此外，通過網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)縮尺模型的沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證了分析方法及分析結(jié)論的正確性，最后提出沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的防護(hù)設(shè)計(jì)建議。這些內(nèi)容具體包括： 1. 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)分析方法 建立了實(shí)用有效的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)分析方法，首先確定了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)研究的特征指標(biāo)，包括荷載作用、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特征響應(yīng)兩方面內(nèi)容，然后探討了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)的分析流程，并建立了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)分析的精確數(shù)值計(jì)算模型； 2. 沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效模式與機(jī)理 通過大量的參數(shù)計(jì)算研究網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)特性，總結(jié)分析了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊失效的四個典型算例，詳述了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊失效的全過程及其荷載作用與結(jié)構(gòu)特征響應(yīng)；然后定義了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的三類失效模式，并將沖擊失效過程分為三階段，同時揭示了每類失效模式對應(yīng)的失效機(jī)理； 3. 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊失效規(guī)律分析 研究網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊失效規(guī)律，考察了結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)/失效模式隨網(wǎng)殼獲取的總沖擊能量的變化規(guī)律，并探討了沖擊物初動能對結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)/失效模式的影響；此外，提出用整體倒塌失效系數(shù)作為結(jié)構(gòu)抗沖擊能力的評定指標(biāo)，然后對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊整體倒塌失效規(guī)律進(jìn)行參數(shù)分析，確定了易于產(chǎn)生整體倒塌的初始沖擊條件。 4. 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊試驗(yàn)研究 為驗(yàn)證網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)分析方法及分析結(jié)論的正確性，對Kiewitt-6型單層球面網(wǎng)殼縮尺模型進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)內(nèi)容包括模態(tài)分析、彈性沖擊試驗(yàn)與破壞性沖擊試驗(yàn)，通過試驗(yàn)與數(shù)值結(jié)果的對比分析，證明了本文提出的分析方法及分析結(jié)論的正確性，此外，通過對比分析探討了沖擊物初始偏轉(zhuǎn)、支座約束條件、加工誤差、阻尼力等因素對結(jié)構(gòu)最大沖擊響應(yīng)的影響原因及影響程度。 5. 沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的防護(hù)設(shè)計(jì)方法及建議 以網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊失效機(jī)理與沖擊失效規(guī)律為理論基礎(chǔ)，以防止結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下出現(xiàn)整體倒塌為防護(hù)目標(biāo)，提出沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的三種防護(hù)設(shè)計(jì)方法：輕屋面、整體加強(qiáng)法和臨界位置加強(qiáng)法，并分別對三種方法的防護(hù)效果進(jìn)行對比分析；在此基礎(chǔ)上，綜合考慮防護(hù)效果與經(jīng)濟(jì)條件，提出沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的防護(hù)設(shè)計(jì)建議；與前文內(nèi)容相結(jié)合，形成了完整的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗沖擊研究的理論框架。 2100433B

工程項(xiàng)目的可持續(xù)建設(shè)不僅需考慮復(fù)雜的技術(shù)問題，而且要解決成本增加引發(fā)的經(jīng)濟(jì)問題以及多主體參與和跨專業(yè)協(xié)作等涉及的管理問題。本研究將以中國的工程建設(shè)為背景，從工程建設(shè)企業(yè)和工程建設(shè)項(xiàng)目兩個層面入手，對工程項(xiàng)目可持續(xù)建設(shè)的影響因素進(jìn)行調(diào)研和分析，揭示工程項(xiàng)目可持續(xù)建設(shè)方案實(shí)施過程中由于成本增加、多主體間利益沖突、文化及法制環(huán)境等原因所造成的失效機(jī)理；建立基于工程項(xiàng)目生命周期的成本-可持續(xù)性優(yōu)化模型；并通過非對稱信息博弈分析，建立基于粗糙集的工程項(xiàng)目可持續(xù)建設(shè)參與各方?jīng)_突控制模型；在綜合考慮工程項(xiàng)目可持續(xù)建設(shè)各種影響因素的基礎(chǔ)上，建立工程項(xiàng)目可持續(xù)建設(shè)廣義失效機(jī)理分析與控制的系統(tǒng)理論和方法，為促進(jìn)工程項(xiàng)目的可持續(xù)建設(shè)提供參考和依據(jù)。