压裂泵柱塞密封副有限元分析

用有限单元法对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封副进行了有限元分析,获得了橡胶密封圈与柱塞之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明:橡胶密封圈在工作介质压力的作用下,有“偏离效应”的存在。即在密封圈的接触宽度上,唇部受拉伸,根部受压缩,主密封在靠近唇部位置;同时,主密封带的位置不随介质压力的变化而变化,且最大接触应力与工作介质压力之比为1.23。所有这些为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据,同时为密封圈结构设计提供了新的认识和理论依据     

偏心转子密封系统的稳定性研究

迷宫密封在叶轮机械中使用广泛,且对转子系统稳定性有很大影响,但是很少有文献关注轴颈偏心与迷宫密封和系统稳定性之间的关系。课题组提出一种基于FLUENT软件的转子密封耦合系统的瞬态仿真方法,在每个时间步,首先求解纳维斯托克斯方程获得轴颈表面的瞬态气体密封力;接着,求解单圆盘转子密封系统的有限元模型,计算轴颈在下一个时间步的位移;在每个时间步中,将计算得的气体密封力和轴颈位移进行数据交换。此外,该方法使用的动网格技术可在轴颈任意运动状况下保证网格质量。从计算结果可以看出,当偏心到达一定位置时出现了半频振动,这意味着轴颈和密封之间的相对位置对转子密封耦合系统的稳定性有极大影响。为分析转子密封耦合系统的瞬态特性,瞬态泄漏量变化、周向和轴向压力分布等计算结果也在文中给出。在一台装有位置可调迷宫式密封的汽轮机上进行实验,结果显示改变轴颈与密封间相对位置后振幅显著降低,稳定性提高,验证了计算结论的正确性。     

灌装机进料管的新型动态密封结构

饮料生产过程中，料液从进料管输入灌装机，进料管处于静止状态，灌装机处于旋转状态，因此进料管的动态密封技术尤为重要。目前灌装机均采用“V”型密封圈实现进料管的动态密封，存在着密封圈易老化、使用寿命较短、不易更换、价格昂贵等问题。通过对动态密封技术的研究，作者发明了一种新型的动态密封结构，采用弹簧结构，实现了进料管道的柔性动态连接，并将摩擦面转移到两只碳化硅密封圈处。经过实践表明，此项技术具有寿命长、易更换、造价低等优点。     

r型槽与螺旋槽干式气体密封性能对比研究

为了改善螺旋槽干式气体端面密封性能,提出了一种由螺旋槽和圆弧槽组合的r型槽干式气体密封,并根据气体润滑理论建立了r型槽干式气体密封数值分析模型,定义了r型槽的主要几何结构参数,采用有限元方法求解雷诺方程,获得了端面气膜压力分布,分析了转速、压力对端面开启力、泄漏量等密封性能参数的影响规律,并与螺旋槽干式气体密封进行了对比研究。结果表明,r型槽干式气体密封中圆弧槽有回流作用,与螺旋槽干式气体密封相比有较小的泄漏量;r型槽干式气体密封更适用于低压高速场合。     

基于LTNE的饱和多孔介质THMC耦合模型数值研究

为探究多孔材料中流体流动和温度变化，课题组对溶质和溶剂在孔隙内发生的多物理场耦合问题进行研究。首先，基于局部热非平衡理论（LTNE），分析发生的THMC耦合反应，推导出其控制方程组；其次，将其物理模型简化为内含圆孔无限大平面，通过COMSOL Multiphysics软件，选用一维轴对称坐标系模拟仿真，研究多孔介质应力、孔隙流体压力、溶质摩尔分数和流固体温度分布规律；最后，分析各物理场参数影响。结果表明：随时间增加，各因变量峰值和谷值逐渐沿径向伸展，各物理场之间相互影响愈加深远；反应过程中需衡量参数取值。该研究既可为相关实验和解析方法提供参考，也可直接应用于实际工程中，有助于深入了解饱和多孔介质热流固化完全耦合行为。     

管道冬季泄漏土壤热波动及原油渗流数值计算

采用有限容积法建立埋地管道泄漏多孔介质流固耦合相变数学模型,对冬季热油管道不同位置泄漏前后大地温度场的变化及原油在土壤中的分布规律进行数值模拟。研究表明：管道泄漏后,一定时间内管道周围土壤温度波动剧烈,由于受环境温度的影响,泄漏前锋原油温降较快,很快达到凝点,并出现不同形态的动态凝油层,致使原油渗流速率降低,热影响区范围变化逐渐趋于平稳。且随泄漏位置的不同,地表温度变化及土壤中原油分布差异较大。应用分布式光纤温度传感技术检测管道泄漏是可行的。     

大型低速重载径向动压轴承研究

为了开发大型贯流式水轮发电机组径向轴承,在试验台上采用了360的模型轴承对1740可倾6瓦块原型轴承进行模拟试验研究,最高试验比压3.37 MPa、最低线速度3.77 m/s、最高线速度22.62 m/s。试验表明:载荷、进油压力、转速、进油温度和安装间隙比等,对轴承油温升、油流量、功耗、瓦温及油膜厚度等都存在不同程度的影响,其中载荷和转速的影响比较显著。按照模型轴承指导设计的红岩子机组1740轴承已在电站可靠运行,同时开发了径向轴承热弹流计算程序,可以预测径向轴承的油膜压力、油膜温度、油膜厚度、损耗、流量等参数。     

涡轮发动机三维多场耦合数值仿真的数学模型

给出了用于发动机多场耦合数值仿真的统一的数学模型。这一模型由于采用了广义控制体系,在用来求解非定常气、热、弹耦合的变域差分问题时很方便,讨论了统一的数学模型在不同场的演化,分析了多场耦合的4种类型及发动机多种层次的物理模型与数学模型。     

毫米波宽带TWT双交错慢波结构的理论

分析了两种新型的毫米波耦合腔TWT的慢波电路-交错式梯形电路。提出了一种求解双交错梯形电路色散特性的新方法:腔场平均法,验证了此方法的正确性,并进行了数值计算。分析了影响双交错带宽的诸因素,得到了40％的冷带宽及20％的热带宽。同时对单交错和双交错电路的带宽和耦合阻抗进行了比较。     

基于人工神经网络的2A70铝合金形变显微组织预测

在Gleeble-1500热模拟试验机上对2A70铝合金试样在变形程度为60％、变形温度为360℃～480℃、变形速率为0.01～1S^-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验及固溶处理。分析热变形参数对合金固溶后显微组织的影响，结果表明，2A70铝合金的晶粒尺寸随温度的升高而增大，随变形程度和速率的增大而减小。采用BP神经网络的方法预测2A70铝合金固溶处理后的平均晶粒尺寸，对于样本数据，模型的相对误差不超过±5％；对于非样本数据，模型的相对误差不超过±8％。     

压力自平衡装置结构探索

文章对现有双端面机械密封 ,磁传动密封技术中使用的压力自平衡装置的结构及其原理进行了研究分析 ,并在此基础上提出了一种新的压力自平衡装置 ,该装置具有结构紧凑、能维持理想压差及压差不受密封容器压力影响等优点 ,已在工程设计中开始应用     

基于热变形临界点的数控机床光栅系统优化

为了研究引起机床热变形误差的各种热误差之间的相互影响,应用热变形临界点原理,对环境温度变化作用下 的机床机座热变形进行有限元数值模拟,确定机床机座的热变形临界点。利用有限元分析得到的机床机座热变形临界 点对光栅在机床机座上的固定方式进行优化分析,结果显示：光栅系统零点漂移量从0. 138 28 mm减小到0.065 50 mm, 而且机床机座的热变形将减小对整体光栅测量系统产生的影响,确定了固定方式的优化方向。同时应用形体热变形理 论,对优化固定方式后的光栅系统零点热误差和示值热误差位置进行精确建模,用于后续的数控机床综合误差补偿。文 中的研究为优化光栅在机床座上的固定方式提供一种新的方法。     

弹性流体动力润滑牵曳力的数值分析及流变模型评价

采用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法求解弹性流体动力润滑（ｅｌａｓｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＥＨＬ，以下简称弹流）问题，得到了膜厚和压力分布的完全数值解，取得了具有典型弹流特性的数值计算结果，并给出了Ｎｅｗｔｏｎ模型，Ｍａｘｗｅｌｌ模型，Ｊ－Ｔ模型及Ｂ－Ｖ模型的牵曳力数值计算表达式，在基于膜厚和压力分布的完全数值解的基础上，有针对性地选择了前两种模型进行了数值计算，得到了等     

压裂泵柱塞密封副研究

对压裂泵柱塞密封副失效原因进行了分析研究;利用有限元法对密封圈进行了计算分析。在此基础上,对密封圈的材料和结构进行了改进设计。采用26型氟橡胶和填充聚四氟乙烯两种材料制造密封圈,并且交互排列组合在一起使用;密封圈唇部夹角为90°增至114°;通过磨损试验,对柱塞表面强化材料进行了筛选,制订了相应的强化工艺。柱塞表面强化方法为喷焊处理,喷焊材料为PHNi60A+15%WC。现场使用证明,改进后的柱塞密封副使用效果很好。     

基于一维模拟的排气歧管流固耦合瞬态热管理

由于高温高压气体的流动冲击,发动机排气歧管会产生较大的温度梯度并承受较大的热应力。以热应力和应变为目标,该研究对某车型发动机排气歧管进行优化。首先对一维发动机进行建模和计算,利用流固耦合方法计算排气歧管的温度场,并做了网格无关性的验证。将结果作为热负荷,计算排气歧管的热疲劳参数并以热应力和热变形为目标对该排气歧管进行改进。结果表明:改进后的排气歧管热应力和热变形明显降低,其中最大热应力减小了21MPa,降幅为8. 5%;热应变减小了0. 07 mm,占4%,疲劳寿命提高了约1 100次。该研究为车辆发动机排气歧管的设计和优化提供了一种有效的方法,具有参考意义。     

短行程高压气动伺服缸摩擦力检测方法的研究

本文研究了短行程高压伺服气缸摩擦力的检测方法,被测伺服气缸的密封结构采用O型密封圈,在不同预压缩量和不同润滑条件下分析了摩擦力与活塞运动速度和伺服缸工作压力的关系。     

基于ADINA流固耦合的纤维在涡流场中的运动研究

为了研究纤维在喷气涡流纺喷嘴中的运动状况，以MVS861型喷气涡流纺喷嘴为原型建立二维计算模型，运用有限元计算软件ADINA中的流固耦合计算模块对纤维 气流两相耦合进行数值分析，同时研究喷孔处的压力大小对两相流运动的影响。结果表明：气流经两侧喷孔喷出后，在流场内会产生涡流场推动内部纤维以波浪式运动向喷嘴出口推进；随着喷孔处的压力增大，纤维的运动周期变短、摆动频率变高；增大喷孔处的压力能够提高纤维加捻包缠的工作效率。     

钢和铝异种金属焊接变形研究

针对目前钢/铝异种金属薄板在焊接时,存在的焊接热变形、焊接质量差、使用性能低等缺点,采用有限元法对薄板件焊接过程进行模拟。通过不同参数组合,得出了x和y方向的焊接变形量;讨论了焊接工艺参数对焊接热变形的影响规律。结果表明：焊接电流对焊接变形影响最大,且v方向的变形量是x方向的2倍;同时,选用多层等厚焊件或者厚度较薄的板件在上层,可以大大减小变形量。因此,通过合理的焊接工艺参数来降低焊接变形量,对提高车身焊接质量具有重要的意义。     

倒锥密封端盖结构优化

针对国内对倒锥密封端盖研究不足、缺乏设计理论指导、参数设置不够合理等问题,借助于ANSYS软件对某公 司生产的倒锥密封端盖进行应力强度分析;选取轴向变形UY为目标函数,以最大应力Smax为状态变量,以Rh／Ra、lc／Ra、 Z／Ra作为设计变量,建立了优化设计数学模型;并在此基础上,运用ANSYS优化设计功能对其进行了优化分析。结果 表明：当fcl/Ra-0. 13、Rb,/Ra-0. 68、Zc/Ra≈0.28时结构较为合理。通过优化前后对比,最大应力.Smax减小了46. 9%,最 大轴向变形UY减小了50. 6%,优化效果明显。     

热失控状态气液两相的锂离子电池建模及修正方法研究

锂离子电池在应用过程中因滥用而发生热失控现象,导致电池内部产生大量气体,传统的固液两相模型难以准确描述热失控机理。针对以上问题,以18650电池组为研究对象,构建气液两相的锂离子电池模组的电化学-热耦合模型,研究了热失控气体对锂离子电池内部应力、温度、电解液浓度的影响规律,同时利用COMSOL Multiphysics 5.5软件进行了有效性验证和理论模型修正。研究结果表明,锂离子电池热失控气体对电池内部应力、温度、电解液浓度有着明显的正反馈影响规律。内部应力的理论修正值与仿真值峰值均在相近时刻出现,且误差为0.04 MPa,计算精确率提高了80%。电池内部温度到60℃左右时发生热失控,产生的热失控气体在内部温度升高到160℃时被点燃,640 s时达到最高仿真温度,修正温度分别为177、172℃,热失控气体产生的热点现象是影响电池包内部的温度分布不均的主要原因。电解液浓度理论修正值和仿真值从1 200 mol/m³同步下降至837 mol/m³,形成气液两相流,电解液与电极材料反应和分解造成了电解液浓度降低。