干气密封端面流场的数值模拟

为深入了解干气密封的端面流场特性,提高其运行稳定性,基于Navier-Stokes方程、层流模型和SIMPLEC算法,对干气密封端面流场进行了数值模拟,考察了不同端面间隙和转速情况下端面气膜压力分布和开启力情况.数值模拟结果表明,端面气膜压力总是在槽坝交界处产生较大变化,在气体流出的槽坝交界处产生流体动压,在气体流入的槽坝交界处局部存在负压;流体动压效应随端面间隙增大迅速减弱,在间隙较小(约小于3μm)时动压效应显著;进出口压力差的存在将提高密封端面的气膜开启力和刚度;增大正压区域的同时减小负压区域,可提高端面开启力和气膜刚度,从而提高密封的稳定性.     

磁力涡旋压缩机永磁随变机构的力学特性

为减少涡旋压缩机运行时的机械接触,针对无油涡旋压缩机的结构特点提出一种永磁随变机构,并分析其力学特性. 首先,分析永磁随变机构的工作原理,采用虚位移法建立磁力模型,运用理论公式、有限元仿真和实验分析永磁随变机构工作气隙处的磁感应强度;其次,通过理论公式和有限元仿真,分析永磁随变机构结构参数与力学特性的关系;最后,通过磁力涡旋压缩机的性能参数和磁力测试实验对永磁随变机构的力学性能进行验证. 结果表明:永磁随变机构的径向磁力在一定范围内随着径向位移的增加而增加,随着轴向位移的增大而减小;在永磁随变机构工作中,径向位移与永磁随变机构刚度系数近似呈线性关系;在工作距离内永磁随变机构单组磁环的最小轴向磁力为8.73 N,在工作轨迹上的径向力为4.8 N,满足磁力涡旋压缩机的工作需求.      

薄壁箱形截面扭转中心及主扇性坐标研究*

基于薄壁箱梁约束扭转理论中有关几何特性的计算过程,导出了双室箱形截面扭转中心及主扇性坐标的实用计算公式,数值算例验证了所推导公式的正确性。结合数值算例,详细分析了双室箱形截面的悬臂板宽度及梁高变化对扭转中心及主扇性坐标的影响。对扭转中心位置的研究结果表明：扭转中心至顶板中面的距离随着梁高的增大而线性增大;当悬臂板宽度小于某一临界宽度时,随着悬臂板宽度的增大,扭转中心位置逐渐降低;当悬臂板宽度超过该临界宽度后,扭转中心位置随着悬臂板宽度的增大而逐渐升高;悬臂板的这一临界宽度随梁高的增大而减小。     

流体和结构参数对板-流体耦合振动的影响

利用典型板-流体-板结构的流体动压解析表达式,推导了计算刚性水槽内扁宽梁上流体力的表达式,用假设模态法计算了刚性槽中四跨梁在空气和轴向粘性流中的固有频率．结果表明：梁在空气中的1阶固有频率计算值与测试值的相对误差为1．7％,满足工程要求;在流体中的固有频率随流速增大而减小,最终趋于零,并随板长和宽度增加而减小;流体的动力粘度对梁的固有频率基本无影响．     

模拟酸雨腐蚀钢绞线蚀坑几何尺寸分布规律

为了探讨预应力混凝土钢绞线在模拟酸雨腐蚀下蚀坑的几何尺寸分布规律,从模拟酸雨溶液浸泡腐蚀的梁中取得腐蚀钢绞线试样,计算腐蚀率并对蚀坑形状进行观察和分类,然后在蚀坑分布集中处截取4段长80 cm的钢绞线,计算蚀坑密度并统计蚀坑长度、宽度与深度。结果表明:蚀坑形状可分为椭球形、马鞍形和棱锥形;蚀坑密度随腐蚀率增大而增大,而其相对增长率减小;蚀坑长度不服从正态分布,深度服从对数正态分布,宽度只是近似服从对数正态分布;蚀坑几何尺寸的整体分布特征是相对短、窄、中深的蚀坑分布较多,而长、宽、深或者长、宽、浅的蚀坑分布相对较少;蚀坑长度和深度有明显的分形特征,而蚀坑宽度无明显的分形特征;随着腐蚀率的增大,各蚀坑的几何尺寸逐渐趋于一致,蚀坑坑长多分布在较小值附近,坑深多分布在中值附近,坑宽多分布在较小值和中值。     

转子系统参数对碰摩转速的影响

通过对单盘转子系统碰摩运动规律的理论分析和仿真，得出了转子临界碰摩转速的解析表达式，并分析了阻尼、偏心距和间隙对转子临界碰摩转速的影响．当转予的偏心距与间隙的比值大于1时，碰摩临界转速随偏心距的增大或间隙的减小而降低，随阻尼增大而提高．当转子的偏心距与间隙的比值小于1时，碰摩转速先随该比值增大而提高，当达到最大值后又减小，随阻尼增大而降低．     

SV波入射下衬砌尺寸对引水隧道动力响应的影响

采用波函数的Fourier-Bessel级数展开方法,得到了SV波入射时,大型引水隧道平面地震响应的解析解,并对建立的场地模型进行数值计算.计算结果表明：SV波入射时,引水隧道衬砌的径向动应力随隧道内径的增大而增大,径向动应力的最大值与隧道内径呈线性关系,SV波入射引起的引水隧道衬砌的切向动应力随隧道内径的增大而增大.当入射角小于临界角时,切向动应力受隧道内径变化的影响很大.此外,引水隧道衬砌的径向动应力随衬砌厚度的增大而增大,切向动应力则随衬砌厚度的增大而减小.     

两种大间隙磁流体密封聚磁结构性能的对比

用有限元方法分析了对齿聚磁结构的大间隙聚磁性能,并与同尺寸的单侧极齿聚磁结构比较.结果表明,对齿聚磁结构的磁通汇聚作用较好,在沿平行于密封间隙的方向上中间极齿间隙磁场的最大磁通密度差远大于单侧极齿聚磁结构,密封性能约为单侧极齿聚磁结构的2倍,而且有利于克服高速旋转时作用在磁流体的离心力,以适应高速转动轴类的磁流体密封.     

路面刻槽引起的车辆振动分析

建立了双自由度的1/4车辆振动模型,把路面刻槽的函数作为输入激励,对路面刻槽引起的车辆振动进行了分析。分析结果表明:行车速度对于冲击系数的影响很小,可以忽略不计;而随着路面刻槽槽深和槽宽的增大、槽间距的减小,车辆的冲击系数会增大。     

非均匀流场中螺旋桨水动力及噪声特性预报研究

根据螺旋桨的型值参数,在Fluent前处理器ICEM中建立流场的网格模型,采用计算流体力学（CFD）理论,结合雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程计算了螺旋桨的水动力特性.利用滑移网格技术对非均匀来流下的螺旋桨的水动力进行大涡模拟计算,并结合FW-H噪声模块对螺旋桨的无空泡噪声进行了数值预报.流场预报结果显示,流场的非均匀性导致螺旋桨水动力系数的脉动存在一定的周期性,且整个螺旋桨的水动力系数与单个桨叶之间存在一定的倍数关系;声场结果表明,低频离散噪声远大于高频噪声,噪声衰减速度随频率增大而减小,螺旋桨轴向和径向衰减速度随着距桨盘面中心的距离增大而减小,且轴向声压级低于径向两侧.     

新型磁性液体密封

磁性液体密封是一种新型的密封方式,具有零泄漏、长寿命、高可靠性等优点,传统的磁性液体密封在真空领域获得了广泛的应用.为了使磁性液体密封适应高线速度、高压差等工况,本文在总结磁性液体密封国内外发展历程的基础上,提出了几种新型的磁性液体密封方式：组合式磁性液体密封,密封介质为液体的磁性液体密封,高线速度的磁性液体密封和分瓣式磁性液体密封,以满足航空、航天、军工、石化等行业的需求.     

轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承（ARHMB）的涡流损耗并增加轴向磁力，提出轴向采用软磁复合材料（SMCs）制备的推力轴承，在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密，径向采用叠片结构. 首先，基于动态磁通分布及等效磁路法，建立综合考虑涡流、漏磁及交叉耦合效应的等效磁阻模型；其次，对比分析了材料类型及交叉耦合效应对等效磁阻频率响应、动态刚度的影响；最后，采用计及涡流、漏磁及交叉耦合效应不完全微分PID控制对ARHMB进行研究. 研究结果表明:SMCs制备的ARHMB相比碳钢材料可以提供更大、更稳定的磁力以及更大的工作带宽，在高频条件下具有更好的动态特性；考虑交叉耦合效应时，SMCs制备的ARHMB动态特性在高频时变化率较大，不可忽略；对于低带宽工作的碳钢轴承，交叉耦合效应不明显；电磁轴承系统响应速度很快、超调量小、稳态误差近似为0，具有良好的控制特性.      

驾驶员对夜间红绿障碍物空间距离判识差异

分析距离判识差异变化规律,选用32名驾驶员在不同深度距离和车速条件下,进行实际道路试验。统计检验全部被试判识结果,获得距离判识差异特征值。运用BP神经网络,模拟判识差异变化趋势。结果表明:在夜间地面动态环境中,随着深度距离增加,绝对距离判识差异增大,相对距离判识差异减小;随着速度增加,在较远深度距离下,绝对距离判识差异先减小后增加再减小,在中等深度距离以下时,差异逐渐减小;相对距离判识差异随速度增加而减小。     

新型转子结构的三自由度混合磁轴承损耗分析

为减少六极径向-轴向混合磁轴承（radial-axial hybrid magnetic bearing，RAHBM）高速下转子产生的损耗，提出了一种部分叠片的转子结构. 首先，用等效磁路法推导了六极RAHMB的悬浮力数学模型，依据该模型设计磁轴承结构参数，对不同转子叠片深度下的铁损和悬浮力进行仿真分析，选择叠片深度最优值；然后，在有限元仿真软件中设定转子转速为50000 r/min，向六极RAHMB分别施加径向和轴向最大控制电流，分析磁轴承产生最大承载力情况下实心转子与部分叠片转子的损耗；最后，对部分叠片转子在正弦扰动电流下的涡流损耗和磁滞损耗进行计算和仿真. 研究结果表明:在产生最大承载力条件下，部分叠片转子结构能够将损耗降低69.7%，虽然轴向承载力减小了14.7%，但仍能够满足设计要求；部分叠片转子可将正弦扰动电流下铁损降低55.4%.      

汽轮发电机运行状态对偏心磁拉力的影响研究

采用有限元方法计算了汽轮发电机转子动偏心形成的不平衡磁拉力（UMP）,以QFSN-220-2型汽轮发电机作为研究对象,分析了发电机动偏心程度、方向对不平衡磁拉力的影响,并在一定的偏心程度下分析了发电机有功、无功出力变化对UMP的影响.结果表明：UMP随着偏心程度增加而增大,UMP方向随着偏心方向改变而改变,在相同偏心程度下转子偏心方向对UMP的大小具有一定影响.发电机的功率调节对UMP的幅值具有显著影响.因此,当发电机出现振动超标现象时可以通过临时调节无功改善机组振动状态.     

基于柔性神经网络自适应PID的磁轴承径向力控制

针对电机磁轴承径向力控制的严重非线性,提出了利用神经网络自适应整定PID参数,从而直接调节磁轴承径向悬浮绕组电流实现转子径向稳定悬浮的控制方案.在利用BP神经网络结合PID控制实现转子径向稳定悬浮的基础上,为改善径向位移跟踪的动静态性能,提出了基于柔性神经网络的径向力控制,给出了详细的控制算法,并仿真比较了柔性神经网络控制与BP神经网络控制下转子在空载和突加负载时径向悬浮情况,仿真结果表明柔性神经网络控制具有更好的动静态性能,为智能控制的进一步应用研究提供了基础.     

磁性液体阻尼减振器的实验研究

针对航天器中一些部件具有频率低、位移小、加速度小的振动特征,设计了专门的实验台,研究了一种结构简单的磁性液体阻尼减振器．在减振过程中,该磁性液体阻尼减振器的能量主要通过摩擦和永磁铁吸附磁性液体的弹性变形来耗散．根据能量耗散机理,通过实验研究分析了磁性液体的种类、体积及永磁铁的形状等因素对磁性液体阻尼减振器减振效果的影响．研究结果表明,在煤油基磁性液体中,柱状磁铁的减振时间随着磁性液体体积的增加而减少;环状磁铁的减振时间随磁性液体体积的增加而减少;在机油基磁性液体中,柱状磁铁的减振时间随着磁性液体体积的增加而增加,环状磁铁的减振时间随着磁性液体体积的增加而减少．     

循环荷载下重塑黄土变形特性

为研究主应力方向和大小耦合变化对土体应力-应变状态及非共轴性的影响, 采用空心圆柱扭剪仪对饱和重塑黄土开展一系列循环扭剪试验, 分析了应力-应变状态和非共轴角的变化规律及影响因素。试验结果表明: 轴向应变始终处于压缩状态, 环向应变先负向累积再正向累积, 径向应变基本处于受拉状态, 剪切应变的受拉与受压状态交替出现, 轴向、环向和剪切应变曲线的波动特性明显, 而径向应变曲线的波动特性弱, 说明循环荷载作用下各应变分量表现出不同的发展规律; 轴向和径向应变及环向和剪切应变变化幅值随中主应力系数的增大先增大后减小, 说明中主应力系数影响各应变分量的累积; 随着主应力方向角旋转范围的增大, 轴向和径向应变逐渐减小, 环向应变由负向往正向变化的趋势提前, 剪切应变变化幅值逐渐减小, 说明主应力方向角旋转范围影响各应变分量的发展趋势; 剪切和正偏应力-应变曲线滞回现象明显, 且刚度发生循环强化, 但剪切刚度的循环强化比正偏刚度更明显, 说明土体出现次生各向异性, 这是引起非共轴现象的内在因素; 非共轴角变化曲线随中主应力系数的增大先下移后上移, 随循环次数的增大而逐渐上移, 随偏应力幅值的增大其变化范围增大。可见, 循环荷载下中主应力系数、循环次数和偏应力幅值可显著影响饱和重塑黄土的应力-应变状态及非共轴性, 在黄土工程设计和本构关系研究中应加以考虑。