磨損與沖擊耦合的隨機(jī)振動系統(tǒng)的可靠性與靈敏度研究

項(xiàng)目針對采煤裝備中截割傳動系統(tǒng)的重載、沖擊、磨損等惡劣工況，考慮了采煤機(jī)截齒的截割過程是連續(xù)的，是小塊碎屑崩落與大塊煤屑從煤體上崩落不間斷的交替過程。各煤塊單元連續(xù)隨機(jī)的崩落，引起截齒載荷的隨機(jī)波動，將該過程視為平穩(wěn)隨機(jī)過程，得到了截割力隨機(jī)載荷譜。研究了重載載荷和沖擊載荷對動力學(xué)參數(shù)的影響程度，提取變化較大的參數(shù)作為理論研究中的設(shè)計(jì)參數(shù)；針對重載條件下沖擊與摩擦磨損問題，應(yīng)用赫茲接觸理論與摩擦磨損理論，建立了多自由度齒輪摩擦磨損模型，討論了齒輪傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料特性參數(shù)與沖擊及摩擦磨損的關(guān)系。考慮結(jié)構(gòu)、載荷、材料相關(guān)的初始設(shè)計(jì)參數(shù)是隨機(jī)分布并且概率密度分布未知的情況下，基于Kriging方法和ANN方法，建立了具有隨機(jī)參數(shù)的齒輪磨損代理模型?；跐u變失效模式和表征功能函數(shù)，應(yīng)用以矩法為代表的解析法、以蒙特卡洛為代表的數(shù)值模擬法，建立了具有漸變參數(shù)的可靠性模型，對隨機(jī)過程系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性計(jì)算，描述了整個壽命階段系統(tǒng)的可靠性變化規(guī)律。結(jié)果表明，采煤機(jī)截割傳動系統(tǒng)的主要失效模式為沖擊疲勞和磨損，基于Kriging方法、Edgeworths級數(shù)、四階矩法可以快速準(zhǔn)確的得到可靠性的變化趨勢，并預(yù)測系統(tǒng)壽命。該項(xiàng)目進(jìn)一步豐富了機(jī)械振動系統(tǒng)可靠性模型的有關(guān)理論與方法，提出了一套切實(shí)可行的、對實(shí)際生產(chǎn)有指導(dǎo)意義的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 2100433B

針對磨損和沖擊耦合作用導(dǎo)致可靠性的動態(tài)演變行為，以齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象，在重載和沖擊等惡劣工況下，通過理論分析、系統(tǒng)仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究磨損與沖擊耦合作用對系統(tǒng)動力學(xué)行為漸變過程的影響規(guī)律，探索初始設(shè)計(jì)參數(shù)與磨損以及系統(tǒng)動力學(xué)特征的本質(zhì)關(guān)系，提取結(jié)構(gòu)部件的故障特征，揭示誘發(fā)磨損和沖擊失效的內(nèi)部機(jī)理；針對隨機(jī)參數(shù)的時變特性與累計(jì)漸變性，探索隨機(jī)變量的隨機(jī)分布規(guī)律，建立參數(shù)化的隨機(jī)分布動力學(xué)模型，提取動態(tài)響應(yīng)的隨機(jī)特征；基于隨機(jī)攝動技術(shù)、可靠性相關(guān)理論，研究非線性復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)可靠性靈敏度的高效計(jì)算方法，形成系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件動態(tài)漸變的可靠性定量分析理論，探索整個壽命周期內(nèi)可靠性變化趨勢，提出評價基本設(shè)計(jì)參數(shù)對隨機(jī)動態(tài)系統(tǒng)的可靠性影響指標(biāo)以及可靠性靈敏度設(shè)計(jì)方法，建立系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件可靠性增強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為保障機(jī)械產(chǎn)品安全可靠運(yùn)行提供科學(xué)理論支撐。

磨損過程十分復(fù)雜，有許多實(shí)際表現(xiàn)出來的磨損現(xiàn)象不能簡單地歸為某一種基本磨損類型，而往往是基本類型的復(fù)合或派生，如氣蝕磨損、沖蝕磨損和微動磨損等。

磨損氣蝕磨損和沖蝕磨損

當(dāng)零件與液體接觸并作相對運(yùn)動時，在接觸面附近的局部壓力低于相應(yīng)溫度液體的飽和蒸汽壓時，液體就會加速汽化而產(chǎn)生大量氣泡，與此同時，原混在或溶解于液體中的空氣也都游離出來形成氣泡；當(dāng)氣泡流到高壓區(qū)時，因壓力超過氣泡壓潰強(qiáng)度而使氣泡潰滅，瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫。氣泡的形成和壓潰的反復(fù)作用，使零件表面疲勞破壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)，隨后擴(kuò)展成海綿狀空穴，這種磨損稱為氣蝕磨損。氣蝕磨損嚴(yán)重者，其擴(kuò)展深度可達(dá)20mm。

當(dāng)小液滴以高速（如l000m/s）落到金屬表面時，會產(chǎn)生很高的應(yīng)力，往往一次沖擊就能造成塑性變形或破壞。如果應(yīng)力較小而反復(fù)作用，則會造成點(diǎn)蝕，這種由液體束沖擊固體表面所造成的磨損，稱為沖蝕磨損。含有硬質(zhì)顆粒的液體束沖擊固體表面所造成的磨損，也屬沖蝕磨損。

氣蝕磨損和沖蝕磨損都稱為侵蝕磨損。它們都可以看成疲勞磨損的派生形式。因?yàn)榫捅举|(zhì)上來說，都是由于機(jī)械力造成的表面疲勞破壞，但液體的化學(xué)和電化學(xué)作用加速了它們的破壞速度。

磨損微動磨損

名義上相對靜止的兩個接觸表面沿切向作微幅相對振動時所產(chǎn)生的磨損，稱為微動磨損。當(dāng)兩接觸表面受到法向載荷時，接觸微峰產(chǎn)生塑性流動而發(fā)生粘著，在微幅相對振動作用下，粘著點(diǎn)被剪切而破壞，并產(chǎn)生磨屑；磨屑和被剪切形成的新表面逐漸被氧化，在連續(xù)微幅相對振動中，出現(xiàn)氧化磨損。由于表面緊密貼合，磨屑不易排出而在接觸表面間起磨粒作用，因而引起磨粒磨損。如此循環(huán)不止，即是微動磨損會過程。當(dāng)振動應(yīng)力足夠大時，微動磨損處會形成疲勞裂紋，裂紋的擴(kuò)展會導(dǎo)致表面早期破壞。

可見，微動磨損是粘著磨損、腐蝕磨損、磨粒磨損以及疲勞、磨損復(fù)合并存的磨損形式，但起主要作用的是接觸表面間粘著處因微幅相對振動而引起的剪切以及其后的氧化過程，因此，有人將其稱為微動腐蝕磨損。

《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與補(bǔ)償耦合研究》以森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值理論為核心，以福利經(jīng)濟(jì)學(xué)、資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)等相關(guān)理論為依據(jù)，分析森林生態(tài)系統(tǒng)的社會經(jīng)濟(jì)屬性，為我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值補(bǔ)償研究提供相應(yīng)的科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)；采用經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等手段，系統(tǒng)梳理以經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估理論，對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值理論體系進(jìn)行成本與收益角度的方法梳理與系統(tǒng)評估，對北京市延慶縣（現(xiàn)延慶區(qū)）進(jìn)行案例研究，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與現(xiàn)有的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耦合與預(yù)測，提出對以森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估為基礎(chǔ)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)制定的對策建議，進(jìn)一步明確森林資源的權(quán)屬問題，探索森林保護(hù)的有效管理措施，為我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值補(bǔ)償政策的制定提供參考。

鋼鐵工業(yè)精細(xì)化、集成化、綠色化、可循環(huán)的發(fā)展趨勢對冶金過程控制與流程優(yōu)化的要求越來越高，迫切需要對鋼鐵冶金過程系統(tǒng)的可靠性問題進(jìn)行深入研究。目前，國內(nèi)外僅涉及對鋼鐵生產(chǎn)單體設(shè)備/工序或?qū)ζ淇刂葡到y(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究。本項(xiàng)目在分析現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程及其運(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，闡述煉鋼－連鑄過程系統(tǒng)可靠性的內(nèi)涵和特點(diǎn)，剖析煉鋼－連鑄生產(chǎn)過程中的不可靠性因素。依據(jù)可靠性工程理論，通過對典型煉鋼廠的調(diào)研，進(jìn)行工序與過程系統(tǒng)的可靠性研究，探求適合于鋼鐵冶金過程系統(tǒng)的可靠性評價模型。另外，從冶金流程工程學(xué)的角度，從時間、產(chǎn)量、能耗和質(zhì)量因素四個方面提出科學(xué)、簡便的可靠性評價指標(biāo)對煉鋼－連鑄過程系統(tǒng)進(jìn)行整體評價。最后，在研究煉鋼－連鑄過程系統(tǒng)可靠性及其評價模式的基礎(chǔ)上，形成鋼鐵冶金過程系統(tǒng)可靠性評價的方法，為推動可靠性理論在鋼鐵行業(yè)的系統(tǒng)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)過程運(yùn)行優(yōu)化、節(jié)能減排和提高經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B