数字开关液压系统中流体惯性效应分析与实验

以数字开关液压系统中的流体惯性效应为研究对象,基于高速开关阀动力学模型与动态管路传输模型,结合管路中压力波传播特性,构建两位两通高速开关阀匹配惯性管的阀控缸液压系统分析模型,实现高速开关阀输出特性与惯性管内流体动态压力变化的实时耦合,分析了两者之间的耦合作用,并通过实验验证了流体惯性效应的存在.实验结果与分析模型Ⅱ(包含阀芯动力学模型与流体惯性效应)结果一致性较好,表明分析模型Ⅱ下的压力波传播过程可以表征惯性管内的流体惯性效应与寄生液感效应,高速开关阀的动态特性直接影响惯性管内压力波传播特性,可为数字开关惯性液压系统的设计提供依据.     

摩托车双轮同时跌落的冲击响应研究

目的 分析摩托车双轮同时跌落工况的瞬态冲击响应,以确定摩托车的强度设计指标。方法 以轮胎跌落速度为自变量,根据摩托车减震器的工作状况,分段分析摩托车簧上和簧下质量所对应的位移、速度、加速度的瞬态冲击响应及最大冲击惯性载荷的变化规律。结果与结论 以ＪＨ１２５摩托车的实际参数进行的仿真计算,确定了不同冲击阶段所对应的摩托车跌落速度及其最大冲击惯性载荷,给摩托车各部件的静强度设计提供了理论依据。     

火箭弹引信MEMS后坐保险机构

针对现有小口径弹药引信MEMS后坐保险机构只能在高发射过载下解除保险,在火箭弹引信上使用受限制,提出了一种能够在低发射过载下作用的MEMS后坐保险机构。该后坐保险机构结构参数与小口径榴弹引信后坐保险机构的最大区别在于Z型齿齿数和弹簧刚度。仿真结果表明,该后坐保险机构能够保证火箭弹引信在勤务处理过程中遇到意外跌落时的安全,并能在火箭弹引信所受低过载的发射环境力作用下可靠解除保险。     

T形微流控芯片液滴成形与细胞封装的理论

连续相与离散相的速度取值是影响T形微流控芯片产生液滴的关键因素.细胞在T形微流通道的液滴包裹和细胞封装成为基因测序的研究热点,因此本文结合水平集与流体动力学方法,分析了液滴尺寸与红细胞封装的动态输运问题.在离散相和连续相通道宽度分别为50μm和80μm的T形微流控芯片内部,以水和正十二烷油为目标溶液进行计算仿真.计算结果表明水溶液初始速度0.012m/s,表面张力5mN/m,接触角165°时,毛细数C_a从0.008增大至0.1,会使液滴的尺寸降低,液滴成形频率加快.同时,黏滞力大于两相流表面张力会导致直径5μm红细胞的封装效率变低,使其紧贴通道墙壁作直线运动.     

基于ANSYS/LS-DYNA的某型训练弹跌落强度流固耦合仿真分析

为分析某型训练弹发射后的跌落强度,该文采用了基于ANSYS/LS-DYNA的流固耦合方法。通过霍普金森压杆试验系统获取所选材料的非线性本构关系,建立了弹体、水、空气耦合的多物质仿真模型。基于Euler/Lagrange罚函数耦合算法建立约束方程,实现力学参数的传递。对训练弹发射后跌落入水的整个过程进行了数值模拟和仿真分析,得出训练弹在流体冲击载荷下产生的应力应变。计算结果表明:训练弹水平跌落入水瞬间,与流体接触的部位出现微小弹性瘪凹;入水后,应力迅速减小并趋于稳定,弹性变形消失;在训练弹距水面10 m高度自由落体平溅入水的工况下,弹体强度满足要求。该方法同样适用于其它具有大变形和非线性性的流体冲击问题。     

航空航天返回过程的轻质能量吸收器

采用精确控制的多种高孔隙率泡沫铝作为轻质能量吸收器,解决航空航天器返回地面及空降、空投着陆瞬间人员和装备的冲击过载问题.研究了轻质能量吸收器在航空航天返回和空降、空投应用中的阻尼减振和能量吸收性能.建立了带轻质能量吸收器的着陆系统与地面撞击的有限元模型,采用非线性动态仿真软件MSC.Dytran进行了仿真计算.在试验台上进行了试件的冲击试验,并将理论计算与试验结果进行了对比分析,两者基本吻合.结果表明:利用高孔隙率泡沫铝作为轻质能量吸收器可以一次降低返回载荷着陆动载超过30g,并可获得较长的塑性变形延时时间以平稳吸收返回载荷冲击能量,从而有效保护人员和设备的安全.     

非对称阀控非对称缸系统仿真与优化研究

文章建立非对称阀控非对称缸系统数学模型,针对较大弹性冲击载荷的工况构造仿真框图,并对支重轮试验台的阀控缸系统进行仿真验证。通过与台架试验效果比较,证明所建仿真模型能较准确地指导此类阀控缸系统的优化设计。     

离心力作用下流体在矩形微通道中的瞬态流动特性

为预测离心力作用下单位时间内流体在矩形微通道中的流动位移,对离心力作用下流体在矩形微通道中的流动机理进行理论分析.基于N-S方程建立了微流体的瞬态流动模型,得到矩形微通道内流体的压力分布、速度分布及其流动前端的位移变化规律,并对所建立的瞬态流动模型进行仿真分析,在仿真结果的基础上分析截面尺寸以及转速对流体的流动位移和横向速度的影响.结果表明,所建立的瞬态流动模型的计算结果与其仿真结果较吻合,能够较好地预测离心力作用下流体在矩形微通道中的位移变化规律.     

高过载环境下弹载器件结构动态响应研究

弹载器件的抗高过载设计是新型信息化弹药设计中的一大难点,也是制约各国信息化炮弹快速发展的主要瓶颈之一.目前,弹载器件抗高过载机制的研究主要采用将火炮发射载荷和减载结构简化为线性系统的方法,其研究结论与实弹试验结果存在较大差异.本文针对火炮实际发射载荷和减载结构材料的非线性特性,在建立强冲击条件下弹载器件一维动力学模型的基础上,通过数值拟合方法分别对外界载荷曲线和材料性能实验测得的减载结构材料力-位移曲线进行拟合,然后采用精细积分法递推出弹载器件的相对位移和相对加速度计算模型,并以某型特种弹为例,对其弹载器件的动态响应进行仿真计算,实弹试验验证了计算结果的合理性,文中有关研究方法可为各类弹载器件的抗高过载设计提供理论参考和方法依据.     

微流控芯片通道壁面润湿性对微滴生成的影响

液滴微流控中芯片微通道的壁面润湿性是决定微滴生成的重要因素之一。为研究环烯烃共聚物芯片微通道表面润湿性对通道内微滴生成以及流体流动行为的影响,利用流体体积(volume of fluid, VOF)模型对聚焦流微通道中水和氟油两相流动行为进行数值模拟,并制备了接触角为30°、90°、120°梯度下的芯片微通道壁面开展实验研究,模拟与实验吻合良好。结果表明:在固定物性和结构参数下,壁面润湿性越弱,油包水微滴越容易形成,壁面的减阻特性随之增强,并且壁面的减阻特性导致90°比120°时微滴的生成频率低29.3%,直径增大8.3%;随着润湿性的增强,水相相对于氟油相的界面由凸变凹,30°时芯片生成微滴由油包水变成水包油;随着连续相毛细数(Ca)的升高,壁面润湿性对微滴生成的影响减小。     

减振器阀片变形求解方法研究

求解阀片变形的解析解是减振器数学建模的关键环节之一,而目前小挠度法与大挠度法在计算环形阀片变形量上均存在一定的误差,且仅适用部分工况。对此,本研究采用微梁元法将受均布载荷阀片视为一段微梁元来求解其变形挠曲方程。分别运用微梁元法、大挠度法、小挠度法来计算阀片变形,并将结果与ANSYS有限元仿真结果做误差对比,发现微梁元法所计算的结果与有限元法所计算的结果的误差仅在3.56%以内。为了进一步验证微梁元法的精确性,利用阀片变形对减振器阻尼力的影响,以Fox型减振器为试验原型建立减振器Simulink仿真模型,将大挠度法、小挠度法、微梁元法所计算的阀片变形值代入减振器仿真模型并计算阻尼力,并将仿真结果与试验结果做误差对比,发现微梁元法所计算的阻尼力与试验结果的误差随外部激励速度的增加而减小,当激励速度为0.5 m/s时微梁元法与试验结果的误差仅在160 N以内,而大挠度法、小挠度法所计算的阻尼力与试验结果的误差均在548 N以上。上述结果表明微梁元法可以准确计算受均布载荷减振器环形阀片的变形量,能满足实际工程中的计算需求。     

基于有限元方法的高温气冷堆燃料贮存罐跌落事故评价

通过将燃料元件等效为流体,本文采用耦合Eule-rian-Lagrangian(CEL)方法研究了高温气冷堆燃料元件贮存罐的跌落事故。该方法能够描述燃料元件在跌落过程中的流动性和惯性效应,以及燃料元件对贮存罐所产生的侧向液动压力。与等效质量法进行了对比,结果表明:在跌落冲击过程中,等效质量法计算得到的冲击力更大、跌落接触时间更短,而CEL方法则能体现罐体的径向膨胀。因此,CEL方法能够模拟燃料元件的惯性效应以及流动效应,而等效质量法则能充分考虑冲击力的作用,结构设计中可以结合2种方法的计算结果,给出更为合理的设计方案。     

冲击加载下两种典型抗高过载炸药的损伤特性

为研究冲击加载条件下典型抗高过载炸药的损伤特性,基于隔板实验的方法开展了两种典型抗高过载炸药的冲击损伤实验。通过改变隔板厚度,在炸药中产生不同程度的损伤。利用CT系统和扫描电镜研究了不同冲击加载条件下样品的损伤特性。结果表明,损伤后样品的密度变化与成型工艺有关,浇注成型炸药损伤后密度变小;而压装成型炸药损伤后密度变大。浇注炸药的扫描电镜结果表明,随着冲击强度的逐渐增大,炸药晶体与黏结剂之间的脱粘现象越明显,微孔洞也逐渐增大增多。     

水压大流量高速开关阀设计及试验研究

为满足大流量和快响应电液控制系统的需求,采用大功率直线电机分步直接驱动先导阀与主阀阀芯,将直线电机驱动技术与先导阀结构紧密结合,研制出一款直线电机驱动的水压高速大流量开关阀.建立了开关阀AMESim模型,并对其关键结构参数进行了仿真优化,得到了其动态特性曲线.通过Matlab/Simulink对直线电机位置环及速度环进行双环运动规划,控制阀芯的运动状态,进而实现阀口开度的精确数字控制,提高了大流量高速开关阀的控制精度.完成了开关阀原理样机的研制,开展了直线电机控制的运动轨迹试验研究.结果显示,其跟随性能良好,能够实现设定的运动规划,与仿真结果基本相符,满足高速、大流量的技术要求.      

新型锥形式旋叶汽水分离器热态试验与数值研究

针对一种新型锥形式旋叶汽水分离器开展全尺寸的蒸汽-水热态试验和数值模拟研究.试验结果表明:汽水分离效率随着蒸汽表观速度的增大先减小后增大,但在低蒸汽表观速度区变化不敏感;分离器压降随着蒸汽表观速度的增大而显著增大.基于商业计算流体软件STAR-CCM+,利用Euler-Euler两流体模型方法开展旋叶分离器数值模拟,研究液滴粒径对汽水分离效率和压降的影响.计算结果表明:大粒径的液滴有利于液相的分离,但液滴粒径对压降的影响较小.根据试验研究建立了与试验结果吻合较好的数值计算模型,系统地分析了分离器压力场、速度场和液相体积分数的分布规律.     

液滴对降落伞织物冲击的数值研究

为了研究液滴对降落伞织物的冲击作用,分别建立了液滴的流场网格模型和织物的结构网格模型。 利用试验得到织物的透水率参数,通过双向流固耦合的方法,进行了不同工况下液滴冲击织物的数值仿真。分析了液滴外形的变化特征以及织物所受撞击力的影响因素。将数值结果和试验结果进行了对比,结果表明：数值计算结果与试验结果基本一致,验证了本方法的可行性和正确性。     

介电泳微流控制分离不同尺寸碳纳米管研究

采用介电泳微流控制技术,利用不同尺寸碳纳米管在流动介电液中受到的大小不等的介电泳力,从而产生不同运动轨迹实现分离.通过建立介电泳数学模型和微流控制通道几何模型,对不同尺寸碳纳米管的分离过程进行仿真研究.结果表明:电场强度、流体流速和碳纳米管受到的介电泳力在主通道内最大,不同尺寸碳纳米管的运动轨迹在主通道开始出现分离,最终从不同的出口流出;当交变电压从±5V到±30V逐渐增大时,入口1与入口2的流速和流速比也逐渐增大;相较于异丙醇,用去离子水做介电液,流体流速近似高一个数量级.     

液压变幅机构的减振方案设计

针对液压变幅机构应用过程中由于惯性引起的载荷冲击,从集成化设计出发,设计一套液压减振方案。应用SIMULINK工具,建立变幅机构与减振机构的仿真框图模型,仿真结果表明,设计的减振机构具有显著的减振作用。     

导电纤维丝团在严酷弹道环境下的性能研究

为研究强冲击过载、高速旋转及高抛撒速度等严酷弹道环境对导电纤维丝团的工作性能影响,对两种典型结构丝团进行了理论分析与试验研究. 结果表明,高过载对丝束强度影响较大,丝轴两端具有挡轮结构的丝团抗过载性能要远远高于无挡轮结构的丝团,使得丝团能够适应各种强过载冲击. 通过理论分析得到了母弹或子弹旋转运动条件下丝团与子弹发生相对转动时的判据及丝束的损伤判据,还得到了子弹抛撒丝团时的丝束损伤判据. 研究结果可为丝团适应严酷弹道环境的结构设计提供依据.     

基于热阻网络模型的铜基微通道热沉设计优化

研究表明微通道的截面形状、尺寸以及数量显著影响流体在通道中的传热性能。基于热阻网络模型和计算流体力学(CFD,computational fluid dynamics)模拟,对适用于流动沸腾散热的铜基微通道设计进行了热性能分析。根据实验和模拟计算结果,在确保微通道内热边界层发展区满足恒定壁温条件下,8个平行的尺寸为200μm高,800μm宽,10 mm长的铜基微通道阵列即可满足一般的流动沸腾应用所需要的对流散热量(如6 kW/m~2)。该微通道热沉设计可以在30 min内达到稳定,也可以在相对较短的时间内将目标系统维持在稳定的合理工作温度。此外,实验结果表明在微通道入口处的流体冲击流动可以提高微通道壁面与工作流体之间的对流换热系数,并且在很大程度上降低了壁温。