大型汽轮发电机定子动力特性分析及优化

依托某大型超临界汽轮发电机项目,建立了包含转子、油膜、铁芯、机座及弹簧板等全部主要部件的大型汽轮发电机定子有限元计算模型,通过定子模态试验与有限元计算结果进行对比研究,对有限元模型进行了必要的优化,计算结果和试验结果对比验证了计算模型的可行性、有效性和可靠性。基于优化的有限元分析模型,为了得到更好的结构动力特性,确保机组在运行过程中更安全、更稳定,对发电机定子结构进行了优化。     

环状压电超声电机的多频率驱动分析与实验

针对压电超声电机的多频率驱动问题进行研究,设计并制作了利用定子内圆周面驱动的环状压电超声电机,明确了利用行波驱动电机转子的机理。通过有限元计算给出了电机定子所用弯曲模态的振型与位移云图。以计算结果为基础,分析了电机所用的压电陶瓷片的极化分区与定子弯曲模态激发之间的关系,得出了所用的压电陶瓷片能够实现电机多频率转动的结论。完成了所研制的超声电机的多频率驱动实验。实验结果表明,电机能够实现在多频率点的转动。依据本文分析思路,可以对其他结构形式的超声电机的多频率驱动问题进行研究。     

基于CFD的罗茨真空泵的瞬态流场计算与性能预测

采用CFD的动网格技术对罗茨真空泵内部流动进行瞬态模拟和性能预测,得到不同入口压力下罗茨泵内瞬态流场特性,并将计算结果与实际抽速进行了对比验证。在此基础上对比分析有、无逆流冷却时罗茨泵内部流场的流动规律,并系统全面地研究入口压力、转速、转子间隙、逆流冷却、进气温度等参数对罗茨泵抽速的影响。研究表明:入口压力、转速、转子间隙对罗茨泵抽速有显著的影响,而在低压比情况下,逆流冷却和进气温度对抽速影响并不明显。该研究为罗茨真空泵的设计和应用提供了理论依据。     

非簧载质量和轮毂电机偏心对轮毂电机驱动电动汽车平顺性的影响

以某电动汽车(EV)为研究对象,构建了8自由度车辆动力学模型,并通过频域及时域分析探究非簧载质量增加对车辆平顺性评价指标的影响。考虑到轮毂电机因制造安装误差等原因而产生不平衡磁拉力,为探究其对车辆平顺性的影响,在ANSYS Maxwell软件中分别建立外转子永磁无刷直流轮毂电机静态偏心和动态偏心的模型,研究轮毂电机偏心情况下不平衡磁拉力特性,并在时域内分析轮毂电机驱动电动汽车在路面及轮毂电机不平衡磁拉力耦合激励下的平顺性。分析结果表明:非簧载质量增加和不平衡磁拉力导致轮胎动载荷明显增加,但座椅垂向加速度没有明显变化。     

车用螺旋型水道永磁同步电机温升特性

为了解决车用单向螺旋型水道永磁同步电机局部温度过高,提出一种对流双水道冷却模型。基于传热学和流体力学,采用磁热耦合法对某额定功率为38 kW的单水道水冷永磁同步电机进行电磁场与温度场的仿真计算,得到了电机各位置温升分布情况;再将仿真计算结果与台架温升试验测试结果对比分析,相对误差为3%,验证了仿真计算方法的准确性;最后,在原有样机模型基础上建立对流双水道与单水道模型,将2种模型的温升仿真对比分析。结果表明:对流双水道电机模型在38 kW、4 000 r/min运转时绕组端部最高温度降低5.3%,在74kW、10 000 r/min运转时间增加6.6%。     

采用转子开槽的内置永磁电机噪声抑制

为削弱永磁同步电机的振动噪声,提出在转子表面开弧形槽的方法。针对V型内置式永磁电机,根据电磁力计算公式计算其频率倍数、空间阶次,并使用JMAG软件建立二维有限元模型。通过齿槽转矩和径向电磁力的仿真结果确定转子表面槽的最佳尺寸,并对比分析有无开槽情况下径向气隙磁密、齿槽转矩、振动加速度和噪声特性。结果表明开槽会削弱电磁力,减小齿槽转矩和高次谐波,降低振动与噪声。     

电磁-温度耦合条件下推力磁轴承涡流损耗分析

针对一类以实心推力盘为主要热源的电磁轴承转子系统，研究了电磁-温度耦合条件下从线圈加电到稳定运行整个过程中的电磁场，给出了电磁场涡流损耗的解析计算方法．通过将实例的计算结果与有限元方法及实验结果对比表明，采用该解析计算方法可简单、快捷及准确地解决系统初步设计时的参数选定问题．     

砌体结构温度应力的有限元分析

结合砌体结构温度裂缝的成因及计算方法，根据工程实例，采用ANSYS有限元分析软件对结构整体进行了温度应力的有限元分析。通过与实际情况和简化计算结果进行对比，验证了温度应力有限元分析的可靠性和优越性。     

新型软磁材料的轴向磁通轮毂电机特性研究

针对定子无磁轭轴向磁通电机(YASA)独特的磁化特点,分别比较了非取向钢、取向钢以及软磁复合材料(SMC)用于定子铁芯时YASA电机的电磁与热性能。以某台车用直驱轮毂电机为研究对象,建立分析模型,对3种软磁材料的物性进行对比研究;在此基础上,通过2D等效模型分析了3种定子材料电机的磁化特性,通过3D有限元仿真方法研究了材料对电机的气隙磁密、反电动势、输出转矩、饱和特性、定子铁损、电机效率等参数的影响;通过流体热仿真得出3种电机的温度场分布;最后,采用取向钢材料作为YASA电机定子并做出样机,实验测试结果表明：实验结果与仿真结果具有较好的一致性。     

基于Star-ccm+的某水冷电机控制器热仿真及分析

为提高电机控制器的冷却效率,以一款60 k W水冷电机控制器为研究对象,采用有限元方法建立了电机控制器的散热模型,为消除不同网格尺寸对仿真结果产生的误差对其进行网格无关性验证,并利用CFD软件进行仿真,分析了水道内不同高度、不同形状的扰流块对控制器散热性能的影响。仿真结果表明:在满足工艺要求和总压降的条件下,采用高度为0.7 mm的菱形扰流块时,控制器散热效果达到最佳,这为控制器水道的选型提供了参考依据,具有工程实际参考价值。     

碟式分离机支撑条件对转子系统动力学特性影响

为保证蝶式分离机转子系统的稳定性,笔者基于有限元分析软件ANSYS分析转鼓内离心载荷、支承位置与支承刚度对碟式分离机动力学特性的影响,研究固有特性、模态频率和相应振型的变化规律。结果表明：转鼓内流体离心载荷对转子刚度产生显著影响,进而导致各阶模态变化趋势各异;支撑位置和支撑刚度对转子不同阶模态的影响趋势与相应振型有关,当转子部件变形不一致时,部分阶数模态频率可能随支撑位置上移而减小;转子振型在支承位置的径向振幅明显时,支撑刚度对模态频率产生显著影响。研究结果可用于碟式分离机转子系统的设计与优化。     

非对称空间蝶型拱桥风撑对稳定性的影响

以杭州九沙钢拱桥为工程实例,采用两种有限元程序 ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ和 ＡＮＳＹＳ建立 该拱桥空间有限元计算模型,并进行计算结果对比。首先分７种工况计算该桥的稳定系数,然 后对比分析风撑形式、位置、数量以及风撑壁厚等因素对这类拱桥结构稳定性能的影响。两种 有限元软件得出结果 基 本 一 致。计 算 结 果 表 明：不 设 置 风 撑 会 导 致 拱 桥 一 阶 稳 定 系 数 大 幅 下 降,其失稳表现为面外失稳;对结构稳定性影响最大的是桥面上１／４处的风撑,而拱顶附近风撑 对稳定性影响不大;当拱肋关键点布置风撑后,改变其它位置的风撑数量,稳定系数的变化不明 显;“Ｋ”型、“Ｘ”型风撑都能使拱桥得到更好的横向稳定性,“米”型风撑效果最为显著;当风撑壁 厚较小时,随着壁厚增大,桥梁的横向稳定性得到提高,但拱肋面内稳定系数却有所降低。     

基于ANSYS Workbench的角接触球轴承摩擦热仿真研究

为探究角接触球轴承的生热和机械性能对其工作精度和使用寿命的影响，课题组基于Palmgren摩擦生热理论，建立了轴承热 结构耦合模型；利用ANSYS Workbench有限元仿真软件分析了不同转速和载荷对轴承温升的影响，求解出轴承零件的温度分布；将仿真结果与实验结果的变化趋势进行比较，验证理论模型的正确性，最后得到轴承的热特性规律。结果表明：随着内圈转速的加快和轴向载荷的增大，各部件的温度都会升高，其中滚珠的温度升高幅度最大；且转速对生热量和温升的影响更显著。该研究结果可为轴承结构的热优化设计提供参考。     

L-抗坏血酸水溶液扩散系数的分子模拟

采用分子动力学（MD）模拟的方法模拟了L-抗坏血酸在水中的扩散过程,并计算了扩散系数,计算结果与实验数据相吻合,最大误差仅为4.4%.计算结果表明,相同温度下,L-抗坏血酸在水溶液中的扩散系数随着其浓度的增加而减少,且在同一浓度下,随着温度的升高而增加,与实验现象一致.     

160km/h工程车车轮热负荷研究及强度分析

以160km/h工程车的车轮为研究对象,运用有限元分析方法,分析了车轮轮径、制动缸压力和环境温度对车轮热负荷的影响,并计算了热载荷对车轮强度的影响。有限元分析结果表明,初始条件相同时,大轮径车轮踏面的最高温度低于小轮径车轮;制动缸压力和环境温度影响车轮踏面达到最高温度所用的时间,初始值越大,用时越短,但随后踏面温度下降却越快。热载荷对车轮强度主要有2个方面的影响:其一,影响车轮最高应力的位置,施加热载荷后最高温度由轮毂孔附近变为踏面位置;其二,影响车轮的最大应力值,热-机载荷共同作用下车轮的最大应力值在各工况下均有不同幅度的增大。     

轮毂驱动电动车的电磁混合悬架控制研究

轮毂驱动电动车由于采用电机分布式的布置形式,造成整车非簧载质量增加,会引起车辆安全性和整车平顺性的恶化。为此,提出一种基于电磁混合控制方式的电磁悬架。以直线电机为作动器,采用主动控制与半主动控制相结合方法对整车平顺性进行改善。系统中轮毂电机采用悬置式结构,相当于一个动力吸振器,能有效分担轮胎受到的路面垂向激励。仿真分析各质量系之间的传递特性和各性能指标(车身加速度、轮胎动载荷)的幅频特性。仿真结果表明:采用悬置式结构的悬架系统在频域内能够有效抑制车轮型共振峰,并使车轮型共振频率延后至12.8 Hz附近,避免落在人体最敏感区段4~12.5 Hz,同时轮胎动载荷均方根值下降13%。在此结构基础上,以改善车辆平顺性为目标,对直线电机采用天棚控制策略。结果表明:与传统悬架相比,车身加速度降低19.8%,改善了车辆平顺性。最后,在单通道台架上进行了试验,验证了悬置式结构和天棚控制策略的可行性。     

甲醇-乙二醇二元混合液密度和粘度的测定及关联

利用比重瓶和乌氏粘度计,测定了288.15~303.15 K条件下甲醇-乙二醇二元混合液的密度和粘度,并拟合了密度、粘度与组成和温度的计算方程。分别计算了超额摩尔体积和超额粘度,在实验温度范围内,超额摩尔体积和超额粘度均为负值,说明甲醇与乙二醇混合产生负偏差,不同温度下的超额摩尔体积与组成的关系可以用多项式进行回归,超额粘度与组成的关系可以用Redlich-Kister方程进行关联回归。本文结果为工程设计提供了参考依据。     

汽轮发电机组轴系磁阻尼器抑振方案优选计算分析

采用有限元与轴承及磁阻尼器动特性线性简化模型建立大型汽轮机转子系统不平衡振动响应计算模型;选择典型不平衡状态,采用多种磁阻尼器布置方案对BBC公司汽轮发电机组轴系振动的抑振效果进行分析对比优选,结果表明在中压转子段采用大阻尼参数磁阻尼器抑振效果最佳。     

基于系统仿真的高温行车空调器性能分析与实验研究

建立空调器部件和系统的仿真模型,将系统仿真技术应用到高温行车空调器的研制过程中,采用理论计算和实验验证相结合的方法研究产品的运行性能.通过数值求解,得到制冷系统循环的平衡点.通过模拟曲线和测试结果的对比分析,对仿真模型进行验证和完善.结果表明,高温行车空调器动态运行时,系统的各项参数均发生不同程度的波动,其中变化最显著的是制冷量和压缩机排气温度.在高温行车空调器系统设计过程中,应采取有效措施降低排气温度,以提高空调器整体性能.     

管路主动减振系统作动器设计

为提高管路主动减振系统中动磁式直线电机的减振效果，课题组提出了适用于不同情况的作动器的设计思路。以等效磁路法为基础，得到了作动器的电磁特性；利用有限元软件Ansoft Maxwell模拟仿真得出相关参数，并与公式计算的结果进行对比，确认设计具有合理性。应用此方法可以根据实际需求设计不同性能参数的作动器。