磨損與沖擊耦合的隨機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)的可靠性與靈敏度研究結(jié)題摘要

項(xiàng)目針對(duì)采煤裝備中截割傳動(dòng)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(guò)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(guò)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(dòng)，將該過(guò)程視為平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)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(duì)動(dòng)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(duì)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(dòng)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。基于漸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(duì)隨機(jī)過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性計(jì)算，描述了整個(gè)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(dòng)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(jí)數(shù)、四階矩法可以快速準(zhǔn)確的得到可靠性的變化趨勢(shì)，并預(yù)測(cè)系統(tǒng)壽命。該項(xiàng)目進(jìn)一步豐富了機(jī)械振動(dòng)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(duì)實(shí)際生產(chǎn)有指導(dǎo)意義的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 2100433B

針對(duì)磨損和沖擊耦合作用導(dǎo)致可靠性的動(dòng)態(tài)演變行為，以齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，在重載和沖擊等惡劣工況下，通過(guò)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(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為漸變過(guò)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(dòng)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(duì)隨機(jī)參數(shù)的時(shí)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(dòng)力學(xué)模型，提取動(dòng)態(tài)響應(yīng)的隨機(jī)特征；基于隨機(jī)攝動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)漸變的可靠性定量分析理論，探索整個(gè)壽命周期內(nèi)可靠性變化趨勢(shì)，提出評(píng)價(jià)基本設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)隨機(jī)動(dòng)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(guò)程十分復(fù)雜，有許多實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的磨損現(xiàn)象不能簡(jiǎn)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(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)，液體就會(huì)加速汽化而產(chǎn)生大量氣泡，與此同時(shí)，原混在或溶解于液體中的空氣也都游離出來(lái)形成氣泡；當(dāng)氣泡流到高壓區(qū)時(shí)，因壓力超過(guò)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(shí)，會(huì)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(huì)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?zèng)_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(lái)說(shuō)，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(dòng)磨損

名義上相對(duì)靜止的兩個(gè)接觸表面沿切向作微幅相對(duì)振動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的磨損，稱為微動(dòng)磨損。當(dāng)兩接觸表面受到法向載荷時(shí)，接觸微峰產(chǎn)生塑性流動(dòng)而發(fā)生粘著，在微幅相對(duì)振動(dòng)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(duì)振動(dòng)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(dòng)磨損會(huì)過(guò)程。當(dāng)振動(dòng)應(yīng)力足夠大時(shí)，微動(dòng)磨損處會(huì)形成疲勞裂紋，裂紋的擴(kuò)展會(huì)導(dǎo)致表面早期破壞。

可見，微動(dòng)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(duì)振動(dòng)而引起的剪切以及其后的氧化過(guò)程，因此，有人將其稱為微動(dòng)腐蝕磨損。

《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與補(bǔ)償耦合研究》以森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(huì)經(jīng)濟(jì)屬性，為我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(jià)值評(píng)估理論，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(píng)估，對(duì)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(jià)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(cè)，提出對(duì)以森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估為基礎(chǔ)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)制定的對(duì)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(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(shì)對(duì)冶金過(guò)程控制與流程優(yōu)化的要求越來(lái)越高，迫切需要對(duì)鋼鐵冶金過(guò)程系統(tǒng)的可靠性問題進(jìn)行深入研究。目前，國(guó)內(nèi)外僅涉及對(duì)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(guò)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(guò)程中的不可靠性因素。依據(jù)可靠性工程理論，通過(guò)對(duì)典型煉鋼廠的調(diào)研，進(jìn)行工序與過(guò)程系統(tǒng)的可靠性研究，探求適合于鋼鐵冶金過(guò)程系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)模型。另外，從冶金流程工程學(xué)的角度，從時(shí)間、產(chǎn)量、能耗和質(zhì)量因素四個(gè)方面提出科學(xué)、簡(jiǎn)便的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)煉鋼－連鑄過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。最后，在研究煉鋼－連鑄過(guò)程系統(tǒng)可靠性及其評(píng)價(jià)模式的基礎(chǔ)上，形成鋼鐵冶金過(guò)程系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)的方法，為推動(dòng)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(guò)程運(yùn)行優(yōu)化、節(jié)能減排和提高經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B