基于LuGre模型的商用车原地转向阻力矩

商用车助力系统需要保证在原地转向时驾驶员能够转动转向盘,而此时的转向阻力矩最大,因此原地转向阻力矩是商用车助力系统设计的重要依据之一。该文对整车与转向系统进行了动力学分析,引入LuGre模型对轮胎与地面间摩擦阻力矩进行动力学分析,分别得到了重力回正力矩模型和转向摩擦阻力矩模型,从而构建了商用车原地转向阻力矩模型。借助该模型对商用车原地转向阻力矩及其与转向盘转角的关系规律进行了仿真分析,仿真与试验结果一致。结果表明:该模型能够反映出商用车原地转向阻力矩与转向盘转角之间的关系规律,可作为商用车助力系统设计的理论依据。     

实际流体中船体绕流流场的理论计算

对于无限水深非定常不可压缩粘性流体，计入非线性自由表面边界条件的船体绕流，根据薄边界层理论和Ｐｏｉｓｓｏｎ压力方程，应用有限差分数值方法，计算绕船体流场参数及其阻力。以ＳＳＰＡ７２０模型进行了考核；其结果表明同有关计算方法具有相同的精度量级，可作为低雷诺数下流场计算的数学模型和数值方法。     

绕圆盘空化器空化流动及阻力特性的数值分析

应用基于滤波器的湍流模型(FBM)对绕圆盘空化器空化非定常流动和阻力特性进行了数值计算和分析. 计算中雷诺数保持不变,通过改变来流压强获得不同的空化数;FBM模型通过二次开发嵌入至商业软件CFX中. 结果表明,随着空化数的减小,绕圆盘空化器的空化区域由与空化器分离转变为附着于空化器;大空化数时,尾迹中更明显的旋涡分布将增强空化器所受阻力的周期性和波动性;随着空化数减小,圆盘空化器所受阻力变得稳定.     

基于CFD方法的船体下水水动力分析

为给船体下水提供水动力参数,采用计算流体动力学(CFD)方法对船体从船台上纵向重力式下水过程进行动力学分析.计算每一时刻的流场压强和船体所受水作用力(矩),并通过求解船体运动方程获得船体运动的速度和滑程.数值预报结果与经验公式以及试验比较均表明,该方法计算所得运动参数与试验偏差较小,可满足工程精度要求.     

某潜艇模型不同潜深弹性形变阻力误差补偿理论

针对某型水密潜艇模型流体阻力进行研究。对该模型弹性体与刚性体结构流体阻力误差进行对比与分析。利用ANSYS对不同潜深工况下该弹性试验模型的结构形变量展开了分析;利用CFD计算流体力学k-ω湍流模型对该刚性体艇体水阻力特性进行了计算;通过ANSYS有限元与CFD流体分析相互结合,对该实际弹性体模型不同潜深水下变形量与水阻力进行了深入研究;通过数值分析高斯逼近方法建立了该弹性体模型试验阻力误差补偿理论。结果如下:①弹性体试验模型结构力学误差补偿能够较好地提高试验的准确性,在水深0～20 m工况下,最大误差减小1. 347%;②针对试验模型的弹性形变与刚性体的对比分析,首次提出了该弹性模型试验误差补偿理论,为CFD计算流体力学的准确性验证提供了更加准确的标准。     

计算压力注浆土钉峰值摩阻力的理论模型

为研究土钉的峰值摩阻力与一些主要参数的关联性,量化灌浆压力、上覆土压力以及土体剪胀角对土钉峰值摩阻力的影响,首先,利用小孔扩张理论提出土钉周围破坏面与土钉灌浆压力的关联性;其次,根据土体的摩尔破坏理论推导土钉峰值摩阻力与土体破坏面正应力的关系;然后,利用室内试验结果验证提出模型的有效性;最后,根据土钉峰值摩阻力的计算简化模型展开参数研究,深入分析不同参数对土钉峰值摩阻力的影响.参数分析证明:土钉的峰值摩阻力同时受到灌浆压力、上覆土压力以及破坏面距离的相互作用影响,且土钉峰值摩阻力的增加幅度在无注浆压力比存在注浆压力时要快.该模型较为简化且利于设计中进行考虑计算.     

端盘截齿切削海底块状硫化物载荷特性

为了探求高海水围压条件下端盘截齿切削海底块状硫化物(SMS)的载荷特性,研究不同切向安装角、轴向倾斜角和二次旋转角对截齿载荷的影响。基于ABAQUS平台,采用用户定义子程序方法,编制考虑损伤软化和压力强化的块状硫化物矿体本构模型,利用自定义的本构模型建立单个单元的三轴压缩仿真实验对模型可行性进行论证。基于自定义本构模型模拟不同安装参数下端盘截齿旋转切削SMS矿体的动态过程。研究结果表明:围压和端盘截齿安装参数对截齿所受三向阻力和波动系数均有较大影响;随着围压增加,截齿所受到三向阻力增大,载荷波动减小;当圆周切向安装角为45°,轴向倾斜角为10°,二次旋转角为5°时,截齿载荷波动较小,单侧截割效率较高。本研究可为端盘截齿结构改良和安装参数选取提供参考依据。     

静止方柱和圆柱绕流的二维数值分析

运用流体计算软件CFX模拟了静止方柱和圆柱在不同雷诺数条件下（层流区、亚临界区、超临界区）的绕流问题.采用层流和SST湍流模型,基于二维纳维斯-斯托克斯方程（N-S方程）,计算得到了相应的绕流参数：斯托罗哈数St和阻力系数Cd.将绕流参数与现有文献的绕流结果进行比较,验证了该数值模拟方法的正确性.分析了雷诺数Re对绕流参数的影响,获得了方柱和圆柱的St、Cd随Re的变化规律.通过对比方柱和圆柱的绕流参数,发现较大雷诺数时方柱的斯托罗哈数远低于圆柱的斯托罗哈数,但同时其阻力系数却高于圆柱的阻力系数,而在圆柱绕流中明显存在的阻力危机现象在方柱绕流中并不明显.     

用格子Boltzmann方法计算电磁场中圆柱绕流的减阻问题

利用格子Boltzmann方法,模拟电磁场中的圆柱绕流过程,研究电磁力对圆柱所受阻力的影响,并分析了曲线边界处理方法和曲线边界受力的计算方法;计算得到了不同强度的电磁力作用下圆柱绕流的流线、等涡线及阻力系数.结果表明,电磁力能改变圆柱绕流的边界层结构,延缓边界层的分离,同时还能有效抑制旋涡的脱落,减少阻力.     

基于Helmholtz速度分解的黏势流耦合方法

针对Navier-Stokes(N-S)方程,根据Helmholtz速度分解,将流场速度分解为势流部分和非势流部分,剥离势流部分后得到黏势流耦合的变形N-S方程.变形N-S方程求解的是非势流部分速度分量,其在远场的影响较弱,故较传统计算流体动力学(CFD)方法求解N-S方程计算区域小,计算效率较高.以圆柱绕流为例,势流部分速度分量采用解析解,并在OpenFOAM平台内实现了变形N-S方程的黏势流耦合计算.对不同雷诺数下圆柱绕流进行了计算模拟,并将耦合方法计算获得的流场中的速度、压力,与文献中的试验及传统CFD等计算的结果进行仔细比较和分析,相关结果吻合良好.研究表明,该方法适用于层流和湍流模型的计算模拟,为改善黏流计算效率提供了新的途径.     

基于自由变形技术的Ahmed模型气动减阻优化

针对目前汽车气动减阻中基于工程师经验的试凑法所存在的盲目性和低效率,以及气动优化设计中车身曲面难于参数化等问题,将自由变形方法引入汽车气动减阻优化设计中,为减阻优化设计提供一种快速、有效的参数化方法.文中以外形简单的Ahmed模型为研究对象,根据正交试验设计构建样本空间,采用FFD方法对各样本点模型进行参数化,通过CFD仿真获得各样本的气动阻力系数;建立3种常用的近似模型,选择可信度最高的RBF模型构建近似模型,采用多岛遗传算法求解近似模型的最优值,根据优化结果重新构建最优模型并采用CFD计算其气动阻力系数.计算结果显示优化后的Ahmed模型气动阻力系数减少了51.96%.      

基于CFD的液力变矩器等效参数性能预测模型

从保证冲击损失计算精度的角度出发,推导了一维束流理论性能预测模型中各参数基于计算流体力学(CFD)分析的等效表达式.从CFD分析结果中提取各叶轮的损失功率,运用最小二乘法确定各损失项的损失系数,进而得到液力损失的构成情况,为进一步改进设计提供依据.运用得到的等效参数与各项损失系数修正一维束流理论性能预测模型,修正后的等效参数性能预测模型的泵轮转矩系数与CFD分析最大偏差减小至3.2％以内.改变液力变矩器的叶形参数,使失速时泵轮转矩系数提高6.9％,最高效率降低2.5％.分别使用等效参数性能预测模型与CFD分析重新计算,等效参数性能预测模型的泵轮转矩系数与CFD计算结果偏差在7.3％以内,仍然保持较好的一致性.     

针刺起爆中针刺过程数学模型的建立

从基本原理出发,建立了尖头和平头两种击针在针刺过程中的力学模型、戳击速度模型和针刺功率模型,并导出了分析解。力学模型包含了炸药屈服应力和摩擦系数、击针形状和刺入深度;速度模型和功率模型中除含有前者的影响因素外,还含有击针质量和初速参数。     

甩挂运输对重型载货汽车气动性能的影响

甩挂运输已发展成为国家运输业节能减排的重要着力点,牵弓I车与不同挂车的组合方式对整车气动性能的影响不容忽视．以某重型载货汽车为研究对象,运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法,分析了甩挂运输中不同主挂车间隙对整车流场结构的影响;利用正交试验,研究了间隙、货箱高度与导流罩角度三者对整车气动阻力系数的影响．研究结果表明,间隙长度对无导流罩整车与带导流罩整车的气动特性影响各不相同,正交试验可有效分析不同因素对气动阻力系数的影响程度,优化模型与原始模型相比,减阻达2．5％．     

行人对人行桥三分力系数的影响

以风洞试验方法为主、计算流体力学(CFD)方法为辅,研究不同角度风嘴入流、行人密度和行人横向排列位置条件下的人行桥主梁断面三分力系数的变化规律.结果表明:桥上行人的存在会改变截面周围气流的流态,从而对桥梁断面的静力三分力系数产生显著影响;风攻角在-12°~12°范围内,阻力系数均呈现先增加后减小趋势,负风攻角范围内行人密度是阻力系数变化的主导因素,而正风攻角范围内阻力系数变化受风攻角主导;当风攻角由-12°变化到12°时,小风嘴入流状态下的升力系数和扭矩系数整体逐渐减小,而大风嘴入流状态下的升力系数和扭矩系数整体呈现先增大后减小的趋势,随着行人由迎风侧移动到背风侧,阻力系数略微增大,升力系数显著减小,扭矩系数几乎不变.     

螺旋桨多种工况敞水性能数值预报

为快速、简便、低成本地获取螺旋桨多种工况下推力系数和转矩系数,根据螺旋桨基本参数,推导并建立空间三维螺旋桨型值点数学模型,并采用Matlab语言进行编程,将计算得到的型值点导入前处理软件,建立光滑的三维螺旋桨模型.以某型AU桨为研究对象,运用计算流体动力学(CFD)方法对其在黏性流场中的正车前进、正车后退、倒车前进及倒车后退4种工况的敞水性能进行数值模拟,给出不同进速系数时的推力系数、转矩系数、桨叶表面压力分布.结果表明,绝大部分计算值与试验值吻合良好,可满足工程应用的要求.     

MIRA阶梯背模型尾部非光滑表面优化设计方法

为探索车身非光滑表面特征参数的优化设计方法,在MIRA阶梯背模型尾部分别布置凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面,进行计算仿真和风洞模型试验对比分析不同非光滑单元的减阻效果。以非光滑单元体间距与高度为设计变量,以模型气动阻力系数为优化目标,采用拉丁超抽样方法进行样本设计,建立Kringing近似模型并检验拟合精度,运用NSGA-II遗传优化算法分别对凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面特征参数进行优化。对比优化前后流场参数,分析车身非光滑表面减阻的机理。仿真结果和风洞试验数据表明优化后的凹坑、凸包及沟槽型非光滑表面模型的气动阻力均进一步减小,减阻率分别达到6.92%、4.03%、4.24%,减阻效果明显。     

Structural Optimization of Damping Groove Based on Valve Plate Dynamic Cavitation Response Model

To reduce cavitation occurring on valve plate of piston pump,an optimization design method was introduced to quantitively analyze the accurate relationship between structural jet groove parameters and cavitation. Using the computational fluid dynamics（ CFD） method,the absorbing and discharging processes in piston pump were simulated dynamically. The damping groove＇s structure effects on both jet angle and pressure shock were analyzed visually with a series of different parametrical grooves. By establishing parametrical damping groove model,the piston pumps＇ dynamic analysis was integrated with CFD analysis,experimental design and approximation model, etc. The mathematical model of plunger pressure during oil back period,jet angle and structural parameters of damping groove were established in the form of second-order response surface method（ RSM） model. The damping groove structure of valve plate was optimized on the basis of the RSM model. Test data shows that the anti-cavitation performance of optimized valve plate was obviously improved. And this method provides theoretical foundation for the structure design of damping groove.     

联轴器对大中型电机窜轴的影响

本文通过现场试验研究和理论分析,指出具有滑动轴承结构型式的大中型电机作为机械设备的拖动电机使用时,出现窜轴现象主要是由于联轴器在传递扭矩时柱销的可压缩性引起两半联轴器销孔不同心,使得柱销倾斜受挤压而对联轴器产生了一个可分解出轴向分力的反弹力所致。使用设计合理、制造精确的新弹性圈柱销联轴器传递扭矩时,能够基本消除轴向力,避免电机转子的轴向窜动。     

弹性变形对双座电动飞机模型气动特性的影响

与常规飞机相比,电动飞机在气动布局方面采用了更大的展弦比,在气动力作用下弹性变形更加明显.针对双座电动飞机风洞试验模型,采用计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamics/computational structural dynamics,CFD/CSD)流固耦合方法分别计算了机翼有无弹性变形的气动力特性,并与面元法和风洞试验结果进行比较.结果表明,受弹性变形影响后升力系数增加,阻力系数减小,相同升力系数下的升阻比几乎没有变化,弹性变形对俯仰力矩系数影响显著,变形后的纵向静安定裕度显著提高.采用面元法计算气动弹性变形的方法计算高效,升力系数误差在10％以内,能满足工程实际应用;CFD/CSD流固耦合计算与风洞试验结果更接近,升力线斜率较风洞试验低7％;变形后的纵向静安定性随迎角有增大趋势,与风洞试验结果一致;弹性变形对机翼扭矩影响较大.