电连接器微动磨损分析模型及失效机理的研究

本项目旨在确定电连接器微动环境条件下的微动磨损失效物理模型和相关失效机理，因此分别开展了基于非线性有限元法的微动磨损仿真技术、可移动元胞自动机自组织建模技术、基于电动振动台的电触点材料微动磨损测试分析系统设计、接触电阻高精密测量技术等研究工作。成果如下：（1）应用商用有限元软件ABAQUS实现了电连接器接触对宏观机械磨损过程的仿真，进而通过机—电耦合求解实现接触电阻退化过程的仿真。（2）自主开发设计了微动磨损测试分析系统，微动频率范围为10-2000Hz，微动加速度最高可达196m/s2，试验过程中可实时同步检测触点正压力、触点切向摩擦力、触点接触压降、触点相对位移等参数，采样频率500kHz，触点电流调整范围1mA—1A，接触电阻测试精度1mΩ，测试范围0-5Ω，环境温度调整范围25℃—125℃，真空度调整范围5kPa—100kPa。（3）创新地提出了基于电压—频率变换的接触电阻测量方法、积分式接触电阻测量方法、激励电流断续斩波方法、低噪低漂移弱信号调理和滑动窗口平均滤波等一系列技术以解决触点材料接触电阻真值小、不稳定、不易精确测量的难点。（4）实验综合研究了微动幅值、微动频率、微动周期、电流应力、环境温度等因素对于铜镀金触点材料微动磨损和电接触性能影响。确定了微动幅值与微动频率是影响触点间歇失效的关键因素，并建立了微动频率—微动幅值—失效模式的微动图谱。确定了使触点对间发生滑移的微动幅值是使得镀金层脱落的前提条件，且微动频率的增大导致触点间相对运动速度过大，无法保证表面间实时具有足够的接触面积，是导致间歇失效的根本原因。电流应力和环境温度应力均是影响触点表面间微观接触状态的关键因素，电流与环境温度的适量增加，可延长接触电阻退化速率。

持续的机械振动应力将引起电连接器中插针与插孔发生微动磨损，相应出现的电接触故障亦是导致电连接器功能失效的根本原因之一。本项目通过联合非线性有限元法与移动元胞自动机自组织技术建立电连接器接触对宏观、微观微动磨损分析模型，研究电连接器接触对微动条件下表面形貌、成分及电接触特性演化过程的分析技术。开发机械振动条件下电连接器微动特性综合测试分析系统，最终确定机械振动引起电连接器微动磨损的失效机理、关键影响因素及电接触性能退化规律。本研究的分析方法与所得的结论对于提高电连接器可靠性及耐环境能力具有重要的理论意义与实用价值，同时对于电连接器结构优化以及所用电接触材料优选亦将具有借鉴意义。

针对冲击荷载作用下网壳结构的失效机理与防御方法展开研究。主要内容包括：（1）研究网壳结构受冲击荷载作用的精细化建模及研究方法，通过对精确化本构模型、非线性单元类型、接触类型、求解策略等进行细致研究，实现数值模型的精确、高效求解；（2）研究冲击荷载作用下网壳结构的失效模式及失效机理，研究其动力失效性质及特征，以及结构在冲击荷载作用下的失效准则；（3）研究冲击荷载作用下网壳结构的失效规律，研究冲击结束时刻的局部响应与结构失效模式之间的作用规律；（4）研究冲击荷载作用下网壳结构的防御方法，提出合理有效的网壳抗冲击的防御设计方法，指导结构抗冲击防御设计。通过本项目的研究，形成冲击荷载作用下网壳结构的失效机理与防御方法研究的较完善的分析与设计理论，提升我国大跨空间结构突发灾害防御研究水平。

首先提出网壳结构冲击响应的分析方法，然后对冲击荷载下网壳结构的失效模式及其机理进行深入系统的研究，并通过大规模参数研究总结分析网壳结构的失效规律，此外，通过网壳结构缩尺模型的冲击试验验证了分析方法及分析结论的正确性，最后提出冲击荷载下网壳结构的防护设计建议。这些内容具体包括： 1. 网壳结构冲击响应分析方法 建立了实用有效的网壳结构冲击响应分析方法，首先确定了网壳结构冲击响应研究的特征指标，包括荷载作用、网壳结构的特征响应两方面内容，然后探讨了网壳结构冲击响应的分析流程，并建立了网壳结构冲击响应分析的精确数值计算模型； 2. 冲击荷载下网壳结构的失效模式与机理 通过大量的参数计算研究网壳结构的冲击响应特性，总结分析了网壳结构冲击失效的四个典型算例，详述了网壳结构冲击失效的全过程及其荷载作用与结构特征响应；然后定义了网壳结构的三类失效模式，并将冲击失效过程分为三阶段，同时揭示了每类失效模式对应的失效机理； 3. 网壳结构冲击失效规律分析 研究网壳结构的冲击失效规律，考察了结构最大响应/失效模式随网壳获取的总冲击能量的变化规律，并探讨了冲击物初动能对结构最大响应/失效模式的影响；此外，提出用整体倒塌失效系数作为结构抗冲击能力的评定指标，然后对网壳结构的冲击整体倒塌失效规律进行参数分析，确定了易于产生整体倒塌的初始冲击条件。 4. 网壳结构冲击试验研究 为验证网壳结构冲击响应分析方法及分析结论的正确性，对Kiewitt-6型单层球面网壳缩尺模型进行了系统的试验研究，试验内容包括模态分析、弹性冲击试验与破坏性冲击试验，通过试验与数值结果的对比分析，证明了本文提出的分析方法及分析结论的正确性，此外，通过对比分析探讨了冲击物初始偏转、支座约束条件、加工误差、阻尼力等因素对结构最大冲击响应的影响原因及影响程度。 5. 冲击荷载下网壳结构的防护设计方法及建议 以网壳结构的冲击失效机理与冲击失效规律为理论基础，以防止结构在冲击荷载下出现整体倒塌为防护目标，提出冲击荷载下网壳结构的三种防护设计方法：轻屋面、整体加强法和临界位置加强法，并分别对三种方法的防护效果进行对比分析；在此基础上，综合考虑防护效果与经济条件，提出冲击荷载下网壳结构的防护设计建议；与前文内容相结合，形成了完整的网壳结构抗冲击研究的理论框架。 2100433B

工程项目的可持续建设不仅需考虑复杂的技术问题，而且要解决成本增加引发的经济问题以及多主体参与和跨专业协作等涉及的管理问题。本研究将以中国的工程建设为背景，从工程建设企业和工程建设项目两个层面入手，对工程项目可持续建设的影响因素进行调研和分析，揭示工程项目可持续建设方案实施过程中由于成本增加、多主体间利益冲突、文化及法制环境等原因所造成的失效机理；建立基于工程项目生命周期的成本-可持续性优化模型；并通过非对称信息博弈分析，建立基于粗糙集的工程项目可持续建设参与各方冲突控制模型；在综合考虑工程项目可持续建设各种影响因素的基础上，建立工程项目可持续建设广义失效机理分析与控制的系统理论和方法，为促进工程项目的可持续建设提供参考和依据。