发动机冷却液流动与传热的数值模拟

为了提高发动机的冷却效率、降低高温零件的热负荷、实现整机的热量合理分配与利用,针对冷却水套优化设计中存在的冷却液三维流动与传热问题,以直列4缸发动机为研究对象,利用流固耦合的方法确定冷却水套壁面的传热边界条件,采用计算流体动力学软件AVL-FIRE对发动机冷却系统进行三维数值模拟,并对冷却水套内冷却液的流场分布、温度分布、壁面换热系数、各缸冷却均匀性和压力损失进行了分析.在此基础上,为了实现发动机冷却水套三维流场形态的可视化,构建了与实际冷却水套三维尺寸成1:1的水套试验件模型,结合其结构特点讨论了试验件的制备方案,并对模拟工况下试验件的强度与管路系统的压力损失进行了验证计算,从而进一步为冷却水套的优化设计提供了理论与试验依据.     

偏心叶片式潮汐能发电装置的设计及其仿真

设计了一种新型的利用潮汐能发电的偏心叶片式潮汐能发电装置,介绍了该装置的基本组成,确定了叶片装置各部分的尺寸,完成了该潮汐能发电装置的结构设计,介绍了装置的工作原理。建立潮汐能发电装置叶片的流体动力学模型,应用ANSYS软件进行流体力学分析,获得计算机模拟结果。结合流体力学理论、机械设计知识及ANSYS仿真结果,计算装置的功率与功率系数。通过理论推导,计算出该发电装置在来流速度为2、3、5、7 m/s时,该发电装置的功率与功率系数。结果表明,来流速度为5 m/s时,功率系数最大。     

光固化快速成型过程中零件变形的数值模拟

在对光固化快速成型过程中零件层间相互作用的力学行为进行分析后,提出了以固态降温收缩来模拟液－固收缩伯思想,据此建立的逐层累加的等效力学模型用作有限元分析,可借助ANSYS软件进行加工零件的应力、变形分析和预测,试验结果表明：以该力学模型计算出的结果与试验结果一致,可以很好地模拟光固化快速成型零件的翘曲变形,并由此改进零件的制作方案,如生长方向的选定,支撑的添加等。     

利用打印条码的转子轴向位移径向监测方法

针对转子轴向空间受限等特殊工况下常规的轴向位移测量方法难以适用的情况,提出了一种基于时间延迟原理的转子轴向位移径向测量方法,通过在径向监测转子表面打印条码位置,实现转子轴向位移的测量。首先提出了轴向位移时间延迟测量原理,确定了基于打印条码和光学传感器的监测方案,通过仿真分析了条码参数等对测量误差的影响规律,最后搭建实验台对所提出的位移测量方法进行实验验证。结果表明:在转子1 000 r/min的实验条件下,轴向位移测量误差小于5μm,初步验证了方法的可行性;此外,条码倾角越大测量误差越大,条码宽度的变化对误差影响较小。该方法解决了常规轴向位移测量中存在的轴向空间受限、通用性差等难题,为转子系统的轴向位移监测提供了一种新思路。     

螺栓被连接件刚度理论的计算方法

为了更准确地计算螺栓被连接件的刚度,引入了假设垂直螺栓轴线的受压层在径向位置压应力的4次关系式,推导了被连接件刚度的计算公式.结合有限元分析及插值计算方法,获得了不同材料、不同尺寸所对应被连接件的刚度,反算出了相应的半顶角,进而拟合出了半顶角的解析式.同时,采用I-Scan压力测量系统测得了被连接件结合面的压力分布数据,得到了实际的半顶角.实验结果表明,半顶角解析解的误差小于2°,与有限元分析结果相比,被连接件刚度的计算误差小于6％,因此所推公式可准确地计算被连接件的刚度.     

螺栓被连接件轴向刚度高精度计算的半解析方法

以圆盘形螺栓被连接件为研究对象,结合有限元分析与理论解析,提出了一种精确计算被连接件刚度的半解析方法.利用精细的有限元分析模型,分析了不同弹性模量、泊松比、总厚度、装配间隙、厚度比对被连接件刚度的影响规律,构建了同材质上、下被连接件刚度的半解析模型.同时,结合不同材质上、下被连接件的等效方法,求解出上、下被连接件的压应力半顶角,实现了不同材料组合所对应被连接件刚度的精确计算.与有限元分析结果相比,被连接件刚度的相对误差小于3％,绝对误差小于0.02 GN/m.     

用于机械系统精度预测的理想表面法

为了实现复杂机械系统的精度预测,提出了一种能够综合考虑尺寸、形位公差的精度预测方法.将零部件的实际配合面抽象为理想配合面,用单位法矢量表示位置和方向,在刚体条件下从设计信息中获取理想配合面的单位法矢量.采用齐次转换矩阵的方法,得到各零件坐标系之间的转换矩阵,根据系统末端功能面在基准坐标系下单位法矢量的变动范围,分析系统末端功能面的空间位置分布范围和分布规律,从而实现了对机械系统的精度预测.以某型圆柱磨齿机的砂轮修整器为例,进行了3 000次的模拟公差分析计算,得到了工作点位置分布云图和概率密度曲线,与不考虑形位公差精度预测结果的对比表明,该方法能够综合考虑尺寸和形位公差,得到的公差分析结果更接近实际生产情况.     

高速精密角接触球轴承旋转精度创成机理研究

从角接触球轴承内部的几何关系入手,建立了用于分析高速精密角接触球轴承旋转精度的五自由度拟静力学模型.考虑了离心力、陀螺力矩、润滑以及加工误差等,如波纹度的影响,并通过数值迭代方法的求解,着重分析了分布于内外圈沟道及球上的波纹度对角接触球轴承非重复性跳动的影响规律.研究发现,轴承套圈上只有特定阶数的径向和轴向波纹度组合才会使角接触轴承产生十分明显的径向非重复性跳动.对于单一球上存在波纹度的情况,只有当波纹度阶数为偶数时才会对轴承的旋转精度产生十分明显的影响,而奇数阶波纹度几乎不会使轴承产生径向非重复性跳动,并且非重复性跳动值随着球数的增多而减小.     

有载分接开关驱动轴转动位置的闭环反馈抗扰控制策略

针对有载分接开关在实现切换工作时驱动轴存在传动不稳定、转动位置不精确的问题,提出了一种以有载分接开关驱动轴转动位置为被控量的闭环反馈抗扰控制策略。首先,根据在电动机构作用下有载分接开关工作状态对驱动轴的转动位置需求,建立了驱动轴期望位置的误差动态控制系统;其次,设计了两个跟踪微分器以计算驱动轴位置信号的光滑跟踪信号,进而可通过调节参数来控制驱动轴位置轨迹的过渡过程;然后,设计了两个扩张状态观测器去估计误差动态控制系统中的状态值及由于有载分接开关在工作中受负载变化、切换方向改变等因素引起的总和扰动值;最后,利用驱动轴位置误差信号及误差动态控制系统的状态估计值设计非线性反馈控制器,并在控制器中补偿扩张状态观测器估计的总和扰动值来实现抗扰控制效果。应用Matlab仿真软件对所提控制策略进行了验证,仿真结果表明,所提控制策略可实现有载分接开关驱动轴的期望位置控制,与传统PID控制策略相比,所提抗扰控制策略将有载分接开关驱动轴闭环反馈控制下位置误差减少了85%。     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为：水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为：水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。