基于连续统敏度的结构动态形状优化方法

为实现连续体结构动态形状优化设计,运用连续统敏度分析方法,得到了结构体积、固有频率的物质导数. 在此基础上,采用控制点的虚拟位移为设计变量,运用一阶泰勒展开建立优化模型,设置设计变量的运动极限保证了优化迭代的稳健性. 数值算例表明,该方法的实现不必修改有限元源程序,敏度计算所需的有限元分析次数少,适用于各类优化模型.     

同结构活塞在FPE与CE两种工作模式下应力变形差异

为研究自由活塞发动机工作时活塞结构应力变形特点,采用有限元分析方法对比分析相同结构活塞在自由活塞发动机（free piston energy,FPE）与（crank engine,CE）两种工作模式下应力水平与变形状况差异性.结果表明,FPE活塞整体应力水平低于CE活塞,差异主要由机械载荷引起.上止点附近FPE缸内峰值压力较小,引起的活塞销座压应力被其较大的惯性力作用消减,导致该应力集中处应力值较低,约为CE活塞的72%.在热机载荷共同作用下两者活塞顶部变形相似,差异集中体现在裙部,FPE活塞所受缸压较小、加速度较大以及无侧向力的特点导致其裙部变形明显小于CE活塞,最大径向变形约为CE活塞的56%,更易满足各方面性能要求.      

自由活塞直线发电机总体参数设计方法

为获得自由活塞直线发电机总体参数的设计方法,基于发电机工作特点和运行规律,研究了主要结构参数与性能参数之间的匹配关系,包括气缸工作容积与输出功率、最高燃烧压力与气缸工作容积、压缩比与活塞质量及电磁负载与输出功率,由此构建了一种自由活塞直线发电机总体参数匹配模型,进而总结出一种利用振动特性的自由活塞直线发电机总体结构参数设计方法。利用该方法完成了一台原理样机的设计,并通过仿真和试验进行了验证,试验结果表明:仿真和试验的运行频率与设计目标最大误差为13.4%,最高燃烧压力最大误差10.5%,输出功率最大误差为6%,接近设计目标值。     

自由活塞式柴油机缸内流动过程研究

基于活塞运动规律对缸内流动过程的意义,采用等效转速变换法分析压燃式自由活塞内燃发电动力系统活塞运动特点,通过理论计算及三维数值仿真研究了活塞运动对缸内流动影响。CFD仿真的结果与理论计算结果基本一致。研究表明:与传统机型相比,自由活塞机型在上下止点附近的等效转速较高,中途位置相对较低。这导致其挤流与逆挤流峰值偏高,持续时间较短,二者平均湍动能曲线存在一定差异。      

协同仿真中的数据交换研究

给出了数据交换的数学描述,分析了产品协同仿真中数据的主要特点,在此基础上论述了协同仿真中各异构CAX工具软件之间的直接数据交换和间接数据交换.提出了协同仿真的数据交换策略:对于结构化的非产品模型数据采用XML进行数据交换;对于非结构化的产品模型数据采用XML和STEP相结合的方法交换.以车辆动力系统协同仿真中的应用为例验证了这种交换策略是有效的.     

火箭发动机氢、氧涡轮泵支撑结构有限元计算

在对某火箭发动机氢、氧涡轮泵支撑结构进行有限元分析的同时,对该结构进行了力学理论探讨．通过力学等效原理,将难以给定边界条件的温度计算模型转化为便于给定边界条件的摩擦力的计算模型;用简单的梁单元模型模拟了实际结构中复杂的内部连接关系,并对采用梁单元可能造成的误差进行了分析;应用该力学等效分析模型,解释了氢泵涡轮外壳体设计存在的不足。     

单缸熄火时发动机曲轴系统扭振特性研究

利用系统矩阵法求解了发动机曲轴扭振系统的强迫振动特性,并对发动机单缸熄火时扭振系统的激励力矩进行了简谐分析.以某直列6缸发动机曲轴系统为例,分析比较了该系统在发动机正常发火和单缸熄火时额定转速下和工作转速范围内的扭振特性.结果表明,单缸熄火时,系统扭振以低谐次为主.扭转角位移显著加大,而附加扭转应力变化不明显.     

半浮式活塞销噪声产生的机理研究

综合采用有限差分法和基于模态压缩法的多体动力学仿真方法对活塞连杆组进行了考虑活塞销轴承混合润滑的动力学分析.研究了半浮式活塞销噪声的产生机理,并考察了活塞销轴承间隙、最大爆发压力、发动机转速对活塞销噪声的影响.结果表明:活塞销噪声主要来自于活塞销与连杆小头衬套间的碰撞,且活塞销噪声发生在其受到的活塞销座作用力方向的反转时刻附近;若活塞销轴承间隙越大、发动机转速越高,活塞销与小头衬套间的碰撞越激烈,活塞销噪声越大,最大爆发压力对活塞销噪声的影响很小.      

面向组合结构刚度非线性特性的等效模型

针对组合结构轴向载荷下呈现的刚度非线性特性难以计算的问题,提出了梁-双弹簧等效计算模型,研究了在包含不同材料垫片的组合结构中螺栓预紧力以及部分几何尺寸对轴向刚度非线性特性的影响.结果表明:采用铝合金垫片时,该连接组合结构的非线性特性主要表现为其轴向载荷-位移曲线在拉压状态改变时出现明显拐点;而该结构采用石墨垫片时,位移曲线在拉压阶段分别表现出非线性.相比于垫片厚度,螺栓预紧力、法兰厚度以及螺栓位置对轴向拉压刚度的影响更显著,且影响规律与所受载荷方向、垫片材料属性有关.     

自由活塞内燃发电机活塞环摩擦特性研究

为验证自由活塞内燃发电机摩擦损失小的潜在优势,建立了活塞环混合润滑模型.通过数值求解,分别获得了同缸径的曲轴式内燃机和自由活塞内燃发电机的活塞环与缸套间的油膜厚度、摩擦力和摩擦功率.对比分析表明,两者的活塞环油膜厚度相近,平均摩擦功率近似相等.自由活塞的活塞环摩擦力峰值较大,持续时间较短.如果考虑凸轮、曲轴等其他部件的摩擦损耗,则在总机械摩擦损失方面,自由活塞内燃发电机相比曲轴式内燃机具有显著优势.