液压波动激励下的充液管道动力学特性

为了对充液管道的振动加以利用,研究其在非定常流激励下的动态特性,构建了以激波器为液压波动发生器的管道激振系统,建立管道液压激振的流-固耦合有限元数学模型,并求解了管道的动态响应.数值模拟结果表明:管内流体压力呈周期性冲击压力,其峰值压力是系统压力的数倍,且随系统压力的增大而增大;管道振动也呈现出周期冲击振动特性,并伴有高频谐波,冲击频率受控于激波器,振幅受控于系统压力,沿管道轴向两端振幅较大而中间较小,冲击振动主要由水击效应和固-液耦合的复合作用引起.设计了液压波动激振试验系统,仿真结果与实测数据符合较好,揭示了充液管道波动激励下的振动响应特性,为系统的振动主动控制提供了理论和数据支持.     

涡激振动对管道液固两相流流场的影响

采用以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型和计算流体动力学(CFD)技术模拟涡激振动下的管道内部液固两相流流动,研究了涡激振动对深海采矿矿物颗粒水利提升的影响.通过对3种涡激振动工况下液固两相流流场计算分析,发现管道的涡激振动会改变颗粒轴向速度分布和颗粒浓度分布.在涡激振动作用下颗粒轴向速度分布发生"波动"现象,颗粒浓度分布发生周期性的变化,局部浓度明显提高.     

旋挖钻机钻杆轴向与横向耦合振动研究

为了更准确地预测旋挖钻机钻杆的振动特性,在分析钻杆振动机理的基础上,文章基于Hamilton变分原理和有限元理论,建立了钻杆的轴向和横向耦合振动的动力学模型,采用Newmark-β法仿真分析了钻杆的振动响应。结果表明,钻杆横向振动的位移比轴向振动位移大很多,并且第5节钻杆的振动位移和耦合振动幅值波动都比第1节钻杆大。同时,对旋挖钻机第1节钻杆工况进行了试验,对比试验结果和仿真结果,发现试验曲线与耦合模型的仿真曲线的位移响应历程变化趋势相似,验证了钻杆耦合振动仿真模型的可行性,说明考虑轴向与横向耦合振动能更好地反映钻杆的动力学特性。     

多绳摩擦提升系统钢丝绳横向振动分析与试验

将平衡钢丝绳的质量等效在提升容器上,利用哈密顿方程建立了塔式多绳摩擦提升系统变长度提升钢丝绳偏微分横向振动方程.应用修正伽辽金方法对振动方程离散化处理,以某矿副立井提升系统运行状态曲线作为运动参数输入,分析不平度和激励对提升钢丝绳横向振动的影响.进行了现场测试,并将实测曲线和仿真曲线进行快速傅里叶变换,与获取的幅频特性曲线进行对比,发现仿真结果与试验结果基本一致.研究表明:在外界干扰激励作用下,摩擦提升系统易产生横向振动,上端激励对钢丝绳横向振动的影响会超过罐道不平度的影响,上行工况比下行工况钢丝绳振动剧烈.     

轴向运动体系非线性振动分析的多元L-P方法

采用多元L-P方法分析轴向运动体系的非线性振动.根据哈密顿原理建立梁的横向运动微分方程,利用Galerkin方法离散运动方程.研究了轴向运动梁在强迫力作用下的内部共振问题,获得了反映内部共振复杂的频率-振幅响应曲线.算例表明推广的多元L-P法是一个适合于轴向运动体系非线性振动分析的好的定量方法.     

隔热屏辊压成型作业中压下系统力学特性

为验证辊压机压下系统新型方案的可行性,建立主、从动辊垂直振动系统非线性动力学模型,并对主、从动辊垂直振动系统非线性动力学方程进行建立及求解.运用Matlab软件对主、从动辊垂直振动动力学模型进行幅频特性仿真分析.研究结果表明:在主共振的情况下,刚度系数与阻尼系数的改变并不会影响主、从动辊垂直振动系统幅频特性曲线的整体变化趋势;在超谐波共振的情况下,刚度系数与阻尼系数对主、从动辊垂直振动系统幅频特性曲线变化规律的影响与主共振的情况大致相同.研究结论为新型辊压机压下系统进行动力学特性分析及疲劳分析提供理论依据.     

变形对夹层圆板非线性振动影响及其周期解

为了解决载荷作用下夹层圆板非线性振动的大挠度方程求解问题,采用基于空间模态假设和变分法,导出时间模态的控制方程.采用伽辽金法推导出静挠度和动挠度耦合作用下夹层圆板的非线性动力方程,从而求解出解的时间模态的渐进表达式.最后采用Lindestedt-Poincare摄动法求解中心点附近的周期解并绘制出幅频特性曲线.结果表明:当横向激扰使夹层圆板产生较大幅度的受迫振动的同时,由于载荷作用下变形的存在,其产生的附加动挠度就会与变形产生非线性耦合现象,因而由此产生的变形必将影响夹层圆板的动力学特性.该成果对非线性振动问题的研究具有一定的参考价值和指导意义.     

液压脉振注射成型过程的能耗分析

为降低液压脉振注射成型过程的总体能耗,文中对成型过程中螺杆轴向振动对熔体注射充模各阶段能耗的影响进行了研究,建立了振动力场作用下熔体流经圆管形流道的数学模型,推导出了相应的能耗表达式;并讨论了螺杆轴向振动振幅对注射成型总体能耗的影响.理论分析和实验结果表明:振动力场的引入使得注射过程总体能耗减小;螺杆轴向振动振幅在一定范围内变化时,能耗随振幅的增加而减小,振幅存在一个使得能耗最小的最佳值.     

超声导波在充液埋地管道结构传播特性的理论研究与试验验证

目的针对内部载有液体并且埋置地面以下某一深度或者水下管道健康监测的难点问题,推导出充液埋地管道超声导波频散曲线方程,用来确定管道健康监测的激发频率和模态.方法利用Navier-Stokes方程在势函数中耦合一个附加的位移场方程并引进第二类Hankel函数,推导出充液埋地管道的频散曲线方程并进行试验验证.结果通过埋地充液状态下管道试验系统测得的群速度和衰减值与推导出的频散曲线方程的理论值相差1.05%,基本符合.结论附加位移场方程可以模拟超声导波在土中传播情况,第二类Hankel函数可以表征波的能量从管中扩散到很远距离并且逐渐衰减消失的这种特性进而推导出超声导波在充液埋地管道中传播的频散和衰减曲线,根据频散曲线可以确定管道健康监测激发频率和模态.     

外加横向激励对固-铰支承管道流固耦合振动的影响

首先, 由Hamilton 原理推导外侧施加横向激励的输液管道流固耦合弯曲振动微分方程, 针对固-铰支承管道提出一种新的振型函数, 利用Galerkin 法求得前五阶固有频率表达式, 并且通过对比验证了新振型函数的正确性. 其次, 在一阶截断情况下求得这类管道的挠度、弯矩和剪力表达式, 讨论了流速、液压和外激频率变化对固-铰支承管道中点挠度和最大弯矩的影响. 结果表明, 由新振型函数确定的前五阶固有频率不仅计算简便而且具有很高的精度, 同时验证了输液管道固有频率对液压和流速的依赖性, 也证实了对于流固耦合问题, 结构发生共振与外激频率接近结构固有频率有关同样适用.     

飞机液压管道流固耦合振动特性及动响应分析

通过对输流管道的动力特性进行研究,利用有限元法对管道及流体单元建立运动方程;采用Hermite插值函数,利用里茨-伽辽金法将求解微分方程问题得到输流管道的动特性方程。在有限元方程的基础上,对某飞机上的一段液压管道进行有限元仿真分析,得到管道结构各阶固有频率、特征点处位移、压力变化规律,分析了流固耦合作用对管道系统的影响。另外,讨论了不同阻尼比对管道结构动态响应的影响,为飞机液压管道的设计及优化提供了依据和参考。     

流体参数对航空发动机液压管路振动特性的影响

考虑了黏弹性系数和脉动流因素,采用牛顿法建立了航空发动机液压管路在基础激励下的非线性流固耦合振动数学模型,并将方程进行了无量纲化.根据梁模型横向弯曲振动模态函数,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用Matlab和Mathematica软件数值仿真,分析研究了航空发动机液压管路的流体压力、流速、轴向力等参数对振动特性的影响.最后通过实验验证了所得结论与理论相符合.     

中间支承输流管道自由振动的有限元分析

基于Euler梁模型研究中间支承输流管道的动力学特性。首先,利用虚功原理,建立系统动力学有限元方程。然后,分析了支承刚度、流体离心力、预应力等因素对管道振动的影响。结果表明:支承刚度对管道系统动力学特性有重要影响,管路设计时须着重考虑;揭示了流体离心力是造成固有频率随流速增大而降低的根本原因;流体科氏力对各阶固有频率影响较小;预应力对振动的影响不可忽略,尤其是第一阶固有振动。     

轴向运动正六边形板的自由振动

本文研究了在轴向运动激励下正六边形薄板的横向自由振动问题。应用Reddy三阶剪切变形板理论刻画板的力学状态,采用6节点三角形单元离散求解域,利用虚功原理建立系统的动力学有限元方程。数值算例选取2种典型布置形式,并分别考虑固支和简支2种边界条件。通过求解系统方程得到了前四阶固有频率,经与ANSYS计算结果对比,验证了本研究方法的准确性。研究发现,速度通过离心力和科氏力影响系统固有振动,且速度与各阶频率反相关。正六边形板的第二和第三阶振动分别有2种模态,速度为零时其固有频率相同,但随着速度的增大逐渐分离。本文揭示的若干动力学现象可为轴向运动正六边形薄板的设计和优化提供参考。     

滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别

针对滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别问题,提出在装配状态下辨识滚动结合部参数的新方法.首先,将左、右轴承副和丝杠螺母副简化为集中弹簧-阻尼单元,滚珠丝杠简化为弹性杆件,建立简谐激振力作用下系统的轴向刚度和阻尼参数辨识方程组.然后,根据激振力幅值、频率、各支撑点之间的距离和测量处的振幅等参数建立优化目标函数,采用粒子群遗传混合算法识别出轴向动态特性参数.研究结果表明,进给系统刚度和阻尼参数的辨识误差在2.56%以内,从而验证了该方法的正确性和有效性.     

高压高产气井油管柱强度安全分析

随着越来越多的深层油气资源进行勘探开发，油气井管柱所处的工作环境也急剧恶化，尤其是高温、高压、高产井等“三高”油气井。为研究高压高产气井油管柱强度安全，本文建立高压高产气井油管柱动力学模型，通过高压高产气井油管柱安全系数法和高压高产气井油管柱三轴应力法对高压高产气井油管柱强度进行校核，对高压高产气井油管柱基本应力和管柱尺寸对管柱应力的影响进行分析。研究结果表明，随着产量的增加，管柱的横向位移不断增大；在0~20 s内管柱(H300 m、H600 m)的横向振动应力幅值比管柱(H1 660 m和H2 540 m)大，管柱横向应力振动幅值较大，随后振动应力趋于稳定；在0~10 s内，管柱纵向应力振动幅值较大，且越靠近管柱下部管柱的纵向振动应力越大；管柱在井口位置处轴向力最大；大尺寸管柱有利于降低高速流体诱发管柱的振动问题。研究成果可为高压高产气井管柱设计提供理论指导。     

Modeling and Simulation of a Gas-Liquid Coupling Excitation-Induced Cavitation Bubble

A gas-liquid coupling excitation mode is proposed and the gas-liquid excitation experimental system is developed. Air from pulse generator is mixed with liquid,through which the generated cavitation bubbles can strip contaminants adhered to the pipe inner wall rapidly. The kinematics equation of the bubble inside the hydraulic oil is established and the numerical simulations are carried out. The influential factors such as gas pressure, excitation frequency,initial bubble radius and fluid viscosity are analyzed.The results show that the cavitation will evolve from steady state to transient state with the increasing gas pressure and initial bubble radius. The pulse generator frequency has a slightly effect on the growth of the bubble radius,and the breakup time of the bubble is shortened with the rising frequency. Similarly, the increasing viscosity of liquid has minimal impact on cavitation effect,which can weaken the growth and the collapse of the bubble. Moreover,the temperature inside the cavitation bubble is investigated,indicating that the instantaneous temperature inside the bubble increases with the rising gas pressure. Once the gas pressure is raised to a certain value greater than the fluid static pressure, the instantaneous temperature inside the bubble will rise sharply. So, it can be concluded that the gas-liquid coupling excitation-induced cavitation process is controllable, and some theoretical basis of the new excitation mode is presented,which is expected to be applied in the online cleaning of the complex hydraulic system.     

液压基座平台的振动控制方程与动力响应

将液压基座平台上部装置简化为一个质量单元，考虑平台的刚体运动和液压控制系统的耦合，建立了平台系统的运动控制方程。根据平台受迫后运动的稳定条件和工程控制理论，提出了液压系统反馈流量系数的计算条件，应用Laplace变换，提出了时域和频域内平台动力响应计算方法。应用该方法设计了平台的控制系统并计算了平台的动力响应。结果表明，该方法可以有效提高平台动力 稳定性和减小平台振动。     

固定锥形阀特性参数及流动特征的仿真分析

固定锥形阀应具备良好的水力特性以满足管线系统中不同工况的调流和消能要求,以DN1200锥形阀为研究对象,利用计算流体力学(computional fluid dynamics,CFD)方法分析不同开度下的稳态工况及开、关阀过程的瞬态工况,通过对比流量系数、流阻系数、排放系数、汽蚀系数、消能率等阀门特性参数及套筒闸的动静态不平衡力和阀内流场分布等,全面分析了固定锥形的水力特性。结果表明,流量系数和排放系数具有较好的线性特性,其过流能力随开度增大而线性增加。流阻系数和消能率曲线的变化趋势相同,小开度时对水流的流动阻碍和能量损耗作用明显,开度增大后流阻系数和消能率迅速减小。汽蚀系数表征实际工况中的汽蚀可能程度,在设计流量工况下,各开度对应的汽蚀系数呈抛物线变化趋势。另外,由于流动和启闭同在轴向,故套筒闸主要受到轴向的不平衡力;稳态不平衡力与水流方向相同,而开关阀过程的瞬态不平衡力均与水流方向相反,且关阀力略大于开阀力。最后,分别以各开度下的压力、流速、湍动能和湍流耗散率等流场分布对固定锥形阀的流动规律进行说明。