柴油发电机变转动惯量飞轮的仿真

为了提高柴油发电机受负荷冲击时的稳定性能,设计一种转动惯量可变的飞轮,通过增大柴油发电机的转动惯量来提高其转速稳定性。利用飞轮旋转产生的离心力使飞轮质量块产生位移,质量块位置的变化改变了飞轮的转动惯量,使得飞轮的转动惯量随转速而变化。对该变转动惯量飞轮进行建模和仿真,仿真结果表明:该变转动惯量飞轮使柴油发电机在低转速时具有良好的速度响应性能,在额定转速时具有更好的抗负荷扰动性能。该变转动惯量飞轮有效地提高了柴油发电机的供电质量,与固定转动惯量的柴油发电机相比,安装了变转动惯量飞轮的柴油发电机启动时的转速超调量较小,并且具有更好的转速稳定性能。     

飞轮电池转子偏移对磁轴承性能的影响

由于飞轮电池转子在高速运转时避免不了会产生一定的偏移,偏移会对飞轮电池磁轴承的刚度产生影响,为了更加清楚地知道其具体影响,本文介绍了自归位轴承的模型和磁力计算理论,同时借助有限元法,描述了转子在不同方向偏移下,磁轴承产生自归位磁力和磁轴承刚度的变化,最终得:随着转子偏移量的增大,磁轴承所受到自归位磁力也随之增大,其自归位效果良好;在转子刚刚发生偏移时,磁轴承刚度变化较大,随着转子偏移量增大磁轴承刚度逐步趋向稳定;转子产生径向位移时磁轴承刚度远小于产生轴向位移时的磁轴承刚度.     

飞轮储能转子强度和模态有限元分析

高速飞轮储能系统需要解决的关键问题之一是飞轮高速运行过程中飞轮转子的强度、振动等问题.为了对比金属飞轮和碳纤维飞轮在材料方面的影响，基于ANSYS Workbench仿真平台，采用有限元方法对功率为75 kW、转速为28 000 r/min的飞轮储能内嵌式永磁电机转子进行静强度分析；并对转子进行模态分析，分析转子的主要振型，绘制Campbell图，计算临界转速，结果表明：所设计的两种材料的飞轮储能系统转子满足强度要求，其工作转速在安全范围内，与金属飞轮转子相比，碳纤维飞轮转子强度安全系数和转速安全裕量高，为飞轮储能系统转子设计和安全运行提供了理论依据.     

大学生方程式赛车复合材料单体壳车身优化

采用碳纤维和铝蜂窝板为车身主材,对大学生方程式(FSAE)赛车进行了单体壳车身的设计.对比选择了合适的碳纤维复合材料,对单体壳车身的铺层设置先后进行了自由尺寸优化、尺寸优化和铺层优化仿真,并进行了剪切强度和弯曲刚度校核.结果表明,所设计的碳纤维单体壳车身总重24.3kg,比钢制车架车身质量降低34%,同时车身扭转刚度和弯曲强度达到参考钢制车身指标.通过铺层方向、铺层顺序和铺层数量的合理匹配,可使碳纤维复合材料拥有超过钢制产品的力学性能.     

分支结构参数变化对柔性转子动力特性的影响

针对动力涡轮转子中存在的悬臂分支结构,研究了柔性转子动力学特性随分支结构参数的变化。建立了带分支转盘系统的转子动力学模型,利用拉格朗日方程推导了其运动微分方程,采用数值方法对不同法兰盘偏置量、分支轴长度、弹性支承刚度下转子系统的临界转速、振型和不平衡响应进行了计算和比较。研究表明,改变分支结构参数对系统不同振型临界转速的影响不同,通过降低法兰盘偏置量、增大分支轴长度,可以显著地减小转子的弯曲临界转速,同时降低转子的抗弯刚度,造成涡轮盘处的不平衡响应增大。     

含螺栓联接的转子系统轴向刚度不确定性分析

转子系统中螺栓联接结构轴向联接刚度的不确定性对转子系统动力学特性具有重要影响,为此,在构建螺栓联接结构有限单元基础上,建立了转子系统整体有限元模型,采用非嵌入多项式混沌展开法分析轴向联接刚度不确定性对转子系统动力学特性的影响.结果表明:轴向联接刚度在一定范围内变化会导致临界转速及临界转速对应的稳态响应幅值偏离预期,随着轴向刚度不确定性的标准差增大,盘竖直方向稳态响应均值降低.研究结果可为螺栓联接转子的设计提供理论参考.     

拉剪多轴载荷作用下的弹性梁弯曲变形

为设计海洋柔性管缆装备多轴加载试验工况,通过建立解析模型和有限元数值模型研究了弹性梁在轴向拉伸载荷与横向多集中载荷共同作用下的弯曲变形,以及拉伸载荷、横向剪力、弯曲刚度等对变形的影响规律,拟合了弹性梁跨中曲率与多轴载荷的近似关系式。结果表明：解析模型结果与有限元结果吻合较好,可见解析模型的正确性。轴向拉力使得跨中区域曲率呈现“凹”形态;梁跨中曲率随拉力增大或剪力减小而迅速减小同时曲率分布更平滑,但随弯曲刚度的下降呈现先增大后减小;拟合的弹性梁跨中曲率与多轴载荷关系式满足工程精度要求。     

带两道加强层变截面框-核心筒的振动特性

假定核心筒的弯曲刚度与外排柱的轴向刚度在加强层处遵循相同的变化规律,忽略剪切变形与转动惯量的影响,同时认为加强层与外排柱铰接、与核心筒刚接,核心筒承担弯矩,外排柱内仅有轴力作用而不承受弯矩．在此基础上,运用结构动力学关于分布参数体系的振动理论,考虑核心筒和外排柱变刚度以及加强层弯曲变形的影响,对带有两道水平加强层的高层框架-核心筒结构进行了动力分析,编制了计算机算法程序．根据核心筒与外排柱刚度之比、核心筒与水平加强层刚度之比、核心筒和外排柱沿高度变化的刚度之比的不同取值,得出了该体系前3阶自振频率与加强层位置的关系,为合理设计加强层提供了参考．     

带两道加强层变截面框架-核心筒的振动特性

假定核心筒的弯曲刚度与外排柱的轴向刚度在加强层处遵循相同的变化规律,忽略剪切变形与转动惯量的影响,同时认为加强层与外排柱铰接、与核心筒刚接,核心筒承担弯矩,外排柱内仅有轴力作用而不承受弯矩.在此基础上,运用结构动力学关于分布参数体系的振动理论,考虑核心筒和外排柱变刚度以及加强层弯曲变形的影响,对带有两道水平加强层的高层框架-核心筒结构进行了动力分析,编制了计算机算法程序.根据核心筒与外排柱刚度之比、核心筒与水平加强层刚度之比、核心筒和外排柱沿高度变化的刚度之比的不同取值,得出了该体系前3阶自振频率与加强层位置的关系,为合理设计加强层提供了参考.     

复合材料单层飞轮转子模态分析

临界转速是衡量转子构件设计水平的一个重要指标,与转子的固有频率有关,因此正确设计飞轮转子基于强度的极限转速,并使之与临界转速保持协调显得非常关键。需要在其静力分析的基础上通过有限元软件ANSYS对高速旋转的单层复合材料飞轮转子进行有预应力的模态分析,检验复合材料飞轮转子在工作过程中是否会引起共振.     

薄铺层复合材料薄壁管轴压屈曲行为研究

在薄壁结构的应用中,屈曲稳定性是影响其承载性能的关键因素,为研究减薄铺层厚度对复合材料薄壁结构局部屈曲行为的影响,本文采用不同厚度(0.125、0.055和0.020 mm)的预浸料制备复合材料薄壁管,实验测试了其在轴压下的局部屈曲行为.实验结果表明,随着铺层厚度减薄,实验采用的正交和均衡两种铺层方式的复合材料薄壁管局部屈曲载荷均随之提高,而屈曲失效模式没有发生改变.力学分析表明,铺层厚度减薄后,管壁弯曲刚度的改变和层间剪切应力分布对薄壁管局部屈曲载荷提高有重要影响.采用薄铺层制备复合材料薄壁结构件能够有效提高其局部屈曲能力.     

CFRP对称铺层环形法兰连接拉伸刚度计算方法

为计算碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)对称铺层环形法兰连接的拉伸刚度，基于圆板对称弯曲和经典层合板理论提出一种考虑环向支撑、材料各向异性和撬力作用系数的计算方法。在制备过程中，采用预浸料手工铺设和模压成型的方法成型试件，而后开展了3组不同法兰板厚度（2.2，3.0，3.8 mm）连接件轴向拉伸试验。通过对比理论计算值与试验结果，验证了计算方法的正确性，误差均不大于13.61%。通过理论模型分析影响因素，结果表明：拉伸刚度随法兰板厚度、外径和内径的增大而增大，随螺栓所在的半径变大而减小；改变螺栓位置对于拉伸刚度的提升比改变法兰板内外径更显著，当螺栓位置由90 mm调整至85 mm时，拉伸刚度提升59.54%。     

复合材料薄壁轴转子系统动力学特性的有限元分析

采用有限元软件ANSYS建立了复合材料薄壁轴的有限元模型,通过模态分析得到系统的固有频率和临界转速,将结果与相关文献的结果进行比较,说明了模型的正确性。然后建立了包含轴承、转盘在内的复合材料薄壁轴转子系统的有限元模型,研究了转子系统的动力学特性。讨论了复合材料铺层角度、铺层顺序、长径比、轴承刚度和转盘安装位置等因素对转子系统固有频率和临界转速的影响,随后分析了转盘质量、转盘安装位置、轴承刚度和轴承阻尼对转子系统不平衡响应的影响。该分析方法为复合材料薄壁轴转子系统的动力学研究与设计,提供一种可供选择的分析方法。     

含复合材料结构的非黏结柔性立管弯曲特性

非黏结柔性立管常用于将海底油气资源输送到平台,有时因设计需要会包含复合材料圆柱壳层结构.以一类8层的非黏结柔性立管为研究对象,分析了含有复合材料圆柱壳层结构的非黏结柔性立管的弯曲特性.提出了一种作用于非黏结柔性立管的轴对称载荷和弯曲载荷联合作用的理论模型,同时建立了计及详细几何特性的非黏结柔性立管数值模型进行了验证.分析了两种典型复合材料及其纤维体积分数对非黏结柔性立管弯曲特性的影响.理论与数值结果吻合较好,计算结果表明：非黏结柔性立管的弯曲特性受复合材料圆柱壳层轴向弹性模量影响较大,轴向弹性模量较大的复合材料会较大地增强完全滑移阶段的非黏结柔性立管的弯曲刚度.非黏结柔性立管的轴向抗拉刚度和完全滑移阶段的弯曲刚度都随着复合材料圆柱壳层的纤维体积分数增大,接近线性增强.     

预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响

以滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,建立考虑预紧的高速角接触球轴承动力学模型.依据赫兹接触理论,给出考虑预紧的轴承径向刚度、轴向刚度和角刚度计算表达式.以7012/CD轴承为例,分析预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响.分析结果表明,定位预紧下轴承的径向刚度随转速的增大而增大,而轴向刚度和角刚度随转速的增大,先增大后减小;定压预紧下,轴承径向刚度受转速影响较小,而轴向刚度和角刚度随转速增大急剧下降.当轴承转速较高时,采用定位预紧较定压预紧可获得更高的刚度.     

不同孔隙度中心受压圆形薄板试样渗透特性试验研究

通过控制砂粒粗细的方法自制不同孔隙度的圆形薄板试样,利用RSM-SY7基桩多跨孔超声波自动循测仪测量其孔隙度值并进行标记。利用自主研发的渗透试验装置,在DDL600电子万能试验机上进行中心受压圆形薄板试样弯曲变形过程中的渗透特性试验;研究孔隙度对圆形薄板试样轴向抗压强度、初始渗透率的影响及其对圆形薄板试样弯曲变形过程中轴向载荷与渗流量出现峰值时间差的影响,并研究圆形薄板试样弯曲变形过程中渗透率的变化规律。研究结果表明:不同孔隙度中心受压圆形薄板试样弯曲变形过程中,其渗透率均在整体上呈现先增大后减小的趋势;试样的孔隙度越大,其轴向载荷峰值Fmax、初始渗透率整体越趋于减小;当试样孔隙度较大时,其弯曲变形过程中轴向载荷F峰值先于流量Q峰值出现,反之,其流量Q峰值先于轴向载荷F峰值出现。     

高速电机转子临界转速计算与振动模态分析

采用3D有限元方法,计算磁力轴承转子系统临界转速并分析振动模态,利用磁悬浮转子系统自身悬浮特性进行激振实验,确定有限元模型中磁力轴承支承刚度,有限元法计算的临界转速与转子系统实际运行临界转速相一致.研究表明,磁力轴承刚度对转子临界转速影响很大,可以通过改变磁力轴承刚度和转子材料来调整临界转速;为了避免转子超越弯曲模态的临界转速,转子轴伸长度应控制在安全范围内.     

飞轮动力学分析及其特殊要求下的结构参数优化

简要介绍某大型破碎设备及其飞轮结构的特点,建立其飞轮的动力学模型和优化数学表达式,设计并运用飞轮动力学分析与结构优化Matlab程序,研究飞轮在不同速度波动率下的结构尺寸和转动惯量,利用飞轮质量、转动惯量与结构参数之间的内存关系,获得能够满足机器转速平稳性要求的最优飞轮结构尺寸。     

环境载荷对碳纤维电热复合材料电热性能的影响

 考查了碳纤维电热复合材料在通电加热和力学载荷下的电热性能。结果表明,碳纤维电热复合材料的电阻值随温度的升高成线性减小关系,但其变化范围较小;拉伸或弯曲载荷下的变形,碳纤维电热复合材料的电阻值均随着形变量的增加而增大,但环境载荷对2 种载荷的影响有所区别。其中,电阻值随拉伸载荷的增大成线性增大关系,但在初始加载和即将拉断时电阻会有较大波动;对于弯曲载荷,初始加载时电阻值并没有发生明显变化,当加载达到某一临界值时,电阻值随弯曲载荷的增大成线性增大关系。     

铺层角度对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度的影响

为了准确计算复合材料等效刚度,指导复合材料设计过程中铺层角度的选择。该文基于经典层合板理论,建立了考虑拉剪耦合效应的三维层合板等效刚度计算方法。基于该方法对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度随铺层角的变化趋势进行了分析,结果显示:随着铺层角θ_1的增加,铺层方式为(θ_1)_(25)/(θ_2)_(25)的层合板的面内轴向刚度E_x、横向刚度E_y的变化曲线包含变化率显著不同的两个阶段;法向刚度E_z呈正弦变化趋势且当正交铺层时有最大值;面内剪切刚度G_(xy)在θ_1=45°且θ_2=135°时有最大值;面外剪切刚度G_(xz)和G_(yz)变化曲线关于θ_2=90°对称。通过比较层合板与单向板等效刚度发现,选择合适的铺层角度组合能够有效提高结构的法向刚度和面内剪切刚度。