【摘 要】
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超声振动系统是一种具有高可靠、工作稳定等特征的复杂机电耦合系统,广泛地应用于特种加工领域。然而在工作过程中,由于材料的非均质性可能存在切削力改变的情况,从而影响系统的工作稳定性。系统在工作运行期间,并非只存在正常和失效两种状态,更常见的是随着工作时间的推移系统的主要性能指标逐渐衰退达到系统的失效阈值,最终导致系统工作稳定性的丢失。系统的性能退化过程中包含了与系统稳定性紧密相关的信息。由于超声振动系
【基金项目】
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国家科技重大专项“04 专项”,航空蜂窝芯加工机床研制与示范应用；
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超声振动系统是一种具有高可靠、工作稳定等特征的复杂机电耦合系统,广泛地应用于特种加工领域。然而在工作过程中,由于材料的非均质性可能存在切削力改变的情况,从而影响系统的工作稳定性。系统在工作运行期间,并非只存在正常和失效两种状态,更常见的是随着工作时间的推移系统的主要性能指标逐渐衰退达到系统的失效阈值,最终导致系统工作稳定性的丢失。系统的性能退化过程中包含了与系统稳定性紧密相关的信息。由于超声振动系统工作过程中的性能退化情况具有不确定性,因此,利用可靠性分析的理论和方法进行超声振动系统工作状态下的失效概率估计,用概率的思想来研究超声振动系统的工作稳定性,对评价超声振动系统的工作稳定性具有重要的意义。本文的主要研究工作及成果如下:1、分析超声振动系统的失效机理。首先从超声加工系统的结构和功能上分析其工作特性,接着对超声振动系统的失效机理进行分析,判断其失效类型为退化型;提出表征超声振动系统工作稳定性的主要特征向量,包括频率、振幅;选取切削力作为加速应力并对超声振动系统的可加速性进行分析,结果表明其可以进行加速退化实验。2、研究超声振动系统工作稳定性建模与分析方法。详细阐述了进行超声振动系统一元加速退化建模所涉及的退化模型、分布模型和加速模型,在此基础上,引入Copula函数作为二元加速退化建模的连接函数,提出了一种包含加速信息、退化信息、双指标信息的超声振动系统工作稳定性评估方法。3、实验研究超声振动系统的工作性能变化过程。根据超声振动系统的失效机理和工作特点,采用恒定应力下加速退化实验方案;对超声振动系统Y向切削力负载进行分析;设计了超声振动系统的加速退化实验方案,并进行实验。4、建立超声振动系统工作性能退化模型,评估其工作稳定性。对超声振动系统的振幅和谐振频率分别进行一元工作稳定性建模,在此基础上,通过计算比较AIC、BIC、DIC值选取最佳的Copula函数,建立了超声振动系统二元加速退化模型;分析对比了只考虑一个退化量以及考虑两退化量独立与相关时的工作稳定性,完成对超声振动系统的工作稳定性评估。
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