加速工况下圆柱滚子轴承运动特性

为了准确分析加速过程中圆柱滚子轴承的运动特性,建立圆柱滚子轴承动力学模型,模型中考虑加速度、运行工况、结构参数以及润滑剂流变特性等参数,对轴承运动特性进行瞬态以及时变分析。研究结果表明:考虑润滑剂的黏弹性可以提高动力学模型的预测精度。加速度对轴承打滑影响较大,尤其对非承载区滚子的转速影响较大;加速度越大,轴承滚子和保持架打滑越严重;轴承在加速过程中,滚子转速随时间呈阶梯上升,而保持架转速呈线性增大;滚子由承载区进入非承载区时,滚子转速先略微减小,由非承载区进入承载区时,滚子转速骤然增大;滚子与内滚道间相对滑动速度vij大于滚子与外滚道间的相对滑动速度voj,由于加速度的影响,相对滑动速度voj的方向在最大承载区附近发生变化;在非承载区,滚子与内滚道相对滑动速度较大,大载荷以及小轴承游隙可以有效减小相对滑动速度。     

考虑局部磨损和空化效应的径向滑动轴承混合润滑分析

为分析局部磨损和空化效应对径向滑动轴承混合润滑性能的影响,基于平均Reynolds方程及JFO空化边界条件建立了计入局部磨损的轴承混合润滑模型,通过数值求解研究了不同磨损深度对轴承油膜厚度分布、平均流体动压力分布、轴心位置和Stribeck曲线的影响。结果表明:局部磨损显著改变了油膜厚度分布和平均流体动压力分布;大磨损深度导致轴心位置改变,偏离原来设计;小磨损深度降低了轴承混合润滑阶段的摩擦系数,且能以更低的速度从混合润滑过渡到流体动压润滑;摩擦系数随着磨损深度的增加而增大。     

高速动静压轴承支承主轴系统动特性测试研究

以自行设计的高速主轴水润滑动静压轴承为基础,采用不平衡质量法识别出转子系统支撑轴承的动特性系数,通过轴承性能测试实验得到了供水压力、主轴转速等运行参数对轴承-转子系统动特性的影响.结果表明:轴承-转子系统动特性系数随系统供水压力和主轴工作转速的增加而增大;在供水压力较低时,工作转速对轴承动特性影响较小;当供水压力升高到一定程度时,工作转速对轴承的动特性产生较大影响,此项研究对轴承-转子系统结构参数的改进以及不同工况下最佳运行参数的确定具有一定的指导意义.     

反映动态启动压力梯度的低渗透油藏渗流模型

基于流体边界层理论,建立了一种描述在低渗透油藏流体非线性渗流特征的新模型,获得了动态启动压力梯 度的连续变化函数。应用考虑动态启动压力梯度的非线性渗流模型,建立了一维单相流体流动的数学模型,并应用全 隐式方法对离散方程进行了线性化处理;对比研究了线性渗流模型、拟线性和反映动态启动压力梯度的非线性渗流模 型下地层压力的分布特征及流体非线性渗流系数对动边界扩展的影响。数值结果表明：受动态启动压力梯度的影响 在近井区域地层压力下降幅度更大,在远井区域的地层压力越高,地层压力下降范围更小;非线性系数数值越小,流体 流动的非线性程度越强,动边界的扩展速度越慢。     

非牛顿流体的点接触弹流润滑理论与实验研究

为研究等温条件下幂函数非牛顿流体的弹流润滑特性,基于Ostwald本构模型,采用普适流体润滑方程来求解非牛顿流体润滑问题,探讨了等温、稳态条件下流变指数、载荷、卷吸速度等参数对点接触弹流润滑特性的影响,并与相同工况下牛顿流体弹流润滑的结果进行了比较.再以某一特定流变指数的流体进行弹流润滑实验测量其膜厚,分析卷吸速度和载荷对膜厚的影响.结果表明:润滑剂的非牛顿性越显著,润滑膜厚会越小,压力分布会越接近Hertz接触应力分布,载荷和卷吸速度对非牛顿流体的润滑膜厚及压力分布的影响比对牛顿流体的影响要小.同工况下,非牛顿流体的膜厚均小于牛顿流体的膜厚.从实验测量结果与数值计算结果对比分析可以得出,卷吸速度和载荷对膜厚的影响趋势基本吻合.     

液力偶合器两相流动的研究

应用先进的CFD平台的滑动网格法与混合模型对液力偶合器部分充液的两相流场进行数值模拟计算和分析,得到偶合器部分充液时内部速度和压力分布以及不同充液率下流场结构的变化。基于速度、压力数值解计算了液力偶合器叶轮转矩和不同充液率下液力偶合器的原始特性。将性能预测结果与实验结果进行对比分析,结果表明,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好,从而验证了数值模拟方法的正确性。     

应力偶对滑动轴承热流体动力学特性的影响

研究了应力偶对有限长滑动轴承热流体动力特性的影响。推出了基于应力偶流体模型的油膜能量方程 ,并与应力偶流体的 Reynolds方程、轴瓦热传导方程一起联立数值求解 ,得到油膜的压力分布 ,油膜及轴瓦的温度分布 ,比较了 Newton流体和应力偶流体对轴承压力分布、温度分布及轴承承载力所产生的不同影响。结果表明 :应力偶流体在明显增大油膜压力的同时 ,也使轴承最大温度略有升高     

多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性

为了研究多孔质石墨静压气体推力轴承的静态特性,建立了相对应的理论计算模型.基于该模型分析了多孔质石墨密度、表面限制层、供气压力以及气体质量流量等因素对多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性的影响.理论计算结果表明,轴承承载力与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;气体质量流量与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;轴承的刚度与石墨密度、供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大.进一步设计实验台,绘制出多孔质石墨静压气体推力轴承的气膜厚度与承载力的静态特性曲线图.对比发现,实验结果与理论结果吻合较好,从而验证了数值计算方法的可靠性.     

Bingham型黏性泥石流流体的三维数值模拟

使用CFD软件对泥石流中固体物质以土为主的Bingham型黏性泥石流流体进行了三维数值模拟.首先通过CAD软件AutoCAD和Unigraphics,建立了泥石流沟谷三维地形模型,然后分析了泥石流流体的流变特性,并建立了Bingham计算模型,最后运用CFD软件CFX,对泥石流流体的速度场及压力场的大小与分布进行了三维数值模拟分析,得出了流场的相关力学指标和泥石流速度场及压力场的大小与分布,并实现了泥石流模拟结果的显示.计算结果表明,泥石流流体数值模拟可以在CFD软件环境下完成,计算得出的泥石流流场各种数据有助于更合理地避让和防治泥石流.     

直线压缩机气体轴承的性能分析

针对直线压缩机的应用,给出了静压式小孔节流气体轴承的分析模型,运用Fluent流体数值计算软件,分析了气体轴承的几何参数和进出口压力对其承载力及质量流量的影响,并对静态和动态出口压力条件下的气体轴承特性进行了研究和比较,确定了合适的气体轴承特性参数.研究结果可用于气体轴承的设计和直线压缩机间隙密封的改善.     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

应力偶流体润滑轴承性能计算方法的比较

研究了负压力充零算法和质量守恒空穴算法对应力偶流体润滑轴承油膜压力分布及轴承特性参数的影响.数值分析表明,在油膜完整区,两种算法所得油膜压力几乎相同,只是在接近油膜破裂处有小的偏差;在空穴区,两者不同.两种算法所得轴承特性参数相差较大,随应力偶参数增大差别减小.充零算法与实际情况不符,空穴算法更符合实际.     

转盘轴承对数修形滚子的特性分析

基于ABAQUS建立转盘轴承对数修形滚子与滚道接触的局部有限元模型,分析对数修形滚子在滚动和滑动工况下转盘轴承的应力分布。结果表明:随滚动和滑动的速度增加,应力分布趋势相同,但应力值变化不大,可以忽略速度对应力分布的影响。载荷较小时,滚道上应力分布均匀。载荷较大时,滚子端部与滚道接触位置应力明显增加。随载荷增加,模型整体应力值变大。摩擦因数增加,滚道上应力分布均匀,等效应力和接触应力变化不大,交变应力变大,且最大交变应力向滚道表面移动。     

聚合物熔体流变特性及其对纺丝组件内流场的影响

测定了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、常压阳离子染料可染聚合物(ECDP)熔体的流变特性;通过计算流体力学方法对纺丝组件内的流场进行模拟,并利用粒子图像测速(PIV)实验验证了数值模拟的准确性;通过建立的数值模拟方法研究了聚合物熔体的流变特性对纺丝组件内流场的影响。结果表明：在270～290℃的温度范围内,PET和ECDP的流变指数n均随着温度的升高而增大并接近1,聚合物熔体的黏度随着剪切速率的增大而减小;流体的稠度系数K对纺丝组件内的速度场几乎无影响,但对压力分布影响较大,入口压力随着K的增大而增大;流变指数n对纺丝组件内的压力与速度分布有影响,入口压力和入口流速随着流变指数的增大而增大;流体在砂腔内的流速较小但分布较为均匀,在砂腔上游,流变指数越大,流体流速越大;聚合物熔体在喷丝板外圈的喷丝孔之间形成滞留区,并且流变指数越大,滞留区越小,喷丝孔内外圈的流量分配越均匀。     

重载点接触热弹性流体动力润滑问题的数值解

本文基于修正的赫芝压力分布,取得了重载点接触热弹流(TEHL)问题的数值解,得到了温度分布、油膜厚度和摩擦拖曳力.润滑剂的粘度与压力、温度之间的关系由茹兰兹公式确定,摩擦拖曳力的计算,分别采用了热牛顿模型和恩瑞模型.本文的结果同Bruggemann等人的计算和实验结果进行了比较,取得了较好的一致性.计算结果表明:滑动速度、载荷对接触区内的油膜温升影响很大;在滑动速度较大时,热解的油膜厚度大大低于等温油膜厚度;采用恩瑞(Eyring)模型计算摩擦拖曳力较为理想.     

铁磁性流体自密封润滑滑动轴承特性的研究

建立了铁磁性流体自密封润滑滑动轴承静动特性的计算模型，用差分法对轴承的油膜压力方程、温度方程以及轴瓦导热方程进行了联立求解，计算和分析了该模型轴承在不同偏心率和不同长径比等工况下的静动特性。结果表明，在小偏心率和小长径比条件下，采用该模型轴承是可行的，轴承油膜温度比有端泄轴承的相应值高，轴承转速是影响油膜温度的主要因素。设计更加有效合理的密封形式是这种轴承发展和广泛应用的关键     

聚合物压力拖拽流的有限元分析及数值计算

使用基于Navier-Stock方程的牛顿流体模型对压力拖拽流下的低剪切速率聚合物流体进行了数学建模,利用有限元法对计算区域进行网格离散,并采用插值函数得到了流体连续性方程与运动方程的权函数.通过设定网格结点数据、结点坐标及相关边界条件,建立了流变模型的有限元总体方程.其计算结果通过Tecplot软件后处理得到平板间流体流动的速度及压力分布,数值计算结果表明:速度分布在复合条件作用下与在两种边界条件单独作用下完全相等,且压力分布也符合边界条件设定,证明了其求解的正确性;通过更改网格划分及设定方式,此方法亦可用于其他形状规则的牛顿流体二维流变模型有限元分析.     

高速列车轴箱轴承典型故障特征的数值仿真分析

基于Adams建立考虑摩擦打滑和保持架效应的高速列车轴箱轴承完全动力学模型,分析高速列车轴箱轴承4种典型缺陷下滚子与保持架的故障动力学响应;通过EMD-包络谱抓取4种典型缺陷下的微弱故障信号特征频率,分析现有故障理论特征频率评估方法的局限性,并将EMD-包络谱方法抓取的特征频率与理论计算故障特征频率结果进行对比。研究结果表明：无论轴承是否存在缺陷,滚子的打滑率均在非承载区有所增大;外圈缺陷会导致保持架角速度比率呈正弦半波周期性变化;内圈缺陷会导致滚子角速度波动较大,保持架角速度偏高于理论角速度,保持架角速度比率呈非周期性激励波动变化,且波动频率较高;滚子缺陷仅对该缺陷的滚子的动力学特性影响较大;保持架缺陷对滚子与保持架的动力学特性的影响较小;理论特征频率计算公式需要充分考虑滚子-滚道摩擦打滑与滚子-保持架兜孔碰撞效应的影响。     

含局部故障的滚动轴承动力学建模及振动分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了健康圆柱滚子轴承的二维显式有限元模型,并从轴承运动学的角度验证了本文所建有限元模型的有效性.在健康圆柱滚子轴承模型中引入利用圆周矩形模拟的内、外滚道局部剥落故障,建立含局部剥落故障的圆柱滚子轴承有限元模型,分析了故障区边缘单元的等效应力和滚子滚过内外圈局部缺陷的过程.将仿真结果与实验测试结果对比分析,证明了本文所建立的含局部剥落故障的圆柱滚子轴承有限元模型的正确性.在此基础上,研究了局部故障区域平滑程度对滚动轴承振动特性的影响,故障区域越平滑,振动响应越小.研究结果可为滚动轴承故障诊断提供一定参考.     

基于弹流润滑效应的风机主轴轴承优化设计

风机主轴轴承是风电机组的核心零件,其润滑性能关系到风机的正常运行.本文考虑了主轴轴承弹性流体动力润滑状态下最小油膜厚度对轴承可靠性的影响,建立了双列调心滚子主轴轴承的优化设计模型,以主轴轴承额定动载荷为优化目标,每列滚子数、滚子直径、滚子有效长度和壁厚设为设计变量,基于MATLAB对优化设计模型采用全局搜索方法进行优化分析.优化后的1.5MW主轴轴承的额定动载荷得到了较大的提升,同时其滚动体与内圈之间的最小油膜厚度提高了近5%.研究结果表明该方法对于风机主轴轴承可靠性优化设计具有指导意义.