基于ERSM涡轮盘径向变形的非线性动态概率分析

为了准确设计高压涡轮盘和叶尖间隙,从概率的角度进行了涡轮盘径向变形的分析。介绍了高精度高效率的非线性动态概率分析的极值响应面方法(Extremum Response Surface Method, ERSM),并建立了其数学模型。考虑材料属性和边界条件的非线性,以及热载荷和离心载荷的动态性,基于ERSM对涡轮盘径向变形进行了非线性动态概率分析,得到了输入输出参数的分布特征和影响涡轮盘径向动态变形的主要因素。最后,通过方法比较,验证了ERSM在保证计算精度的前提下能大大提高计算速度,节约计算时间,改善计算效率。为进行更有效的涡轮盘设计和优化,改善叶尖间隙设计和控制的合理性提供了有效依据。      

高速圆柱滚子轴承保持架振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的动力学非线性微分方程组。采用预估-校正的Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法进行求解,分析了轴承工况参数与结构参数对轴承保持架振动特性的影响。研究结果表明:保持架在径向平面内的振动随着径向载荷的增加而减小,振动频谱中f_c,2f_c,3f_c对应的幅值随径向载荷的增加而减小,其5f_c及更高倍频处的幅值显著降低,甚至消失,而径向载荷对4f_c处幅值的影响较为复杂;随着轴承转速的增加,保持架在径向平面内的振动随之增加;随着轴承径向游隙的增加,保持架径向平面内的振动先迅速增加后缓慢增加;过大或者过小的保持架引导间隙和兜孔周向间隙都会增加保持架的振动,存在一个最佳的保持架引导间隙和兜孔周向间隙范围能够有效的降低保持架的振动。     

叶顶间隙对氮低温透平膨胀机效率影响的数值模拟

氮低温制冷循环系统为高能同步辐射光源提供80 K温区冷量,其最核心的部件为氮透平膨胀机,透平叶顶间隙会改变流场分布,对效率产生较大影响。首先根据设计工况初步确定了氮透平的几何结构,随后利用数值模拟对流场进行计算,研究了叶顶间隙参数对流场分布以及整体效率的影响。结果表明,叶顶间隙的存在会使工作轮入口叶顶出现涡流,改变流场分布。在等叶顶间隙情况下,叶顶间隙相对出口叶高小于1.5%时,间隙每增加0.5%,等熵效率降低1.5%左右;在不等叶顶间隙情况下,径向间隙对透平效率的影响要明显大于轴向间隙。     

考虑多间隙耦合关系的齿轮系统非线性动力学分析

建立了一种新的考虑径向间隙与动态齿侧间隙耦合的齿轮转子系统动力学模型,分析了径向间隙与齿侧间隙的耦合关系及其对系统动力学特性的影响。在系统动力学模型中,建立了考虑径向间隙的接触碰撞模型;通过推导齿轮中心距与齿侧间隙之间的函数关系,建立了考虑动态齿侧间隙的齿轮扭转振动模型。进而利用该模型对多间隙齿轮系统的动力学特性进行分析。给出了一对直齿轮副的数值仿真结果,分别分析了径向间隙大小和齿侧间隙大小对齿轮系统动力学特性的影响规律,分析结果对含间隙齿轮转子系统的研究具有重要的理论与工程价值。     

机械制冷机涡旋柔性弹簧的结构参数研究

基于有限元计算研究了涡旋柔性弹簧的结构参数对弹簧的应力分布和刚度的影响,对于机械制冷机柔性弹簧的间隙密封设计,指出了径向刚度在不同径向力角度和偏心距下的变化规律。对阿基米德螺线的刚度进行了理论分析,得到了轴向刚度公式,提出用刚度应力系数来评价弹簧性能。最后将理论应用于有限元模拟中,在相同的轴向刚度下,对比五种涡旋型线,阿基米德螺线的最大应力最小,适用于长寿命机械制冷机的柔性弹簧设计。     

磁流变液减振器的磁路设计方法研究

针对传统的磁流变减振器磁场利用率不高的问题,提出了一种基于多级径向流动模式的磁流变减振器。以磁流变液作为控制介质,研究其流变学特性与磁化特性;选择相应的软磁材料,利用多项式描述其磁化特性,并辨识相应的参数。根据动态磁路设计理论,建立磁路分析模型,确定工作间隙内磁感应强度与励磁线圈激励电流的理论关系。为了验证理论推导的正确性,利用有限元分析软件对阻尼调节器内的磁路进行仿真,并按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,设计制作了基于多级径向流动模式的磁流变减振器,利用型号为A1322ELHLT-T3的霍尔传感器对其工作间隙的磁感应强度进行检测,与理论结果进行对比分析。     

大间隙聚合型阶梯式磁性液体密封的设计及试验研究

为了解决大间隙条件下磁性液体密封耐压能力低的难题,本文在阶梯式迷宫密封的基础上创造性地提出了一种新型阶梯式磁性液体密封结构。初步设计了一种聚合型阶梯式磁性液体密封结构和一种与其具有相同结构参数的普通磁性液体密封结构,采用试验的方法研究了两种密封结构的密封耐压性能,并对结果进行了分析与比较。结果表明:当轴向密封间隙宽度为0.4 mm且径向密封间隙宽度从0.4增加到0.7 mm时,聚合型阶梯式机油基磁性液体密封性能较普通磁性液体密封耐压性能分别提高了0%,11%,50%和70%;当径向密封间隙高度为0.7 mm且轴向密封间隙宽度从0.4增加到1 mm时,聚合型阶梯式机油基磁性液体密封性能分别提高了70%,50%,80%和20%。大间隙聚合型阶梯式磁性液体密封的耐压性能不仅取决于径向密封间隙的高度,还取决于轴向密封间隙的宽度。     

弹性支承下的高速圆柱滚子轴承振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了弹性支承下高速圆柱滚子轴承动力学微分方程组,采用预估-校正Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法对其进行求解,研究了弹性支承件的结构参数和轴承工况参数对圆柱滚子轴承径向振动的影响。结果表明:弹性支承件的沟槽数、梁厚及过渡角对轴承径向振动的影响较为显著,而沟槽间隙对圆柱滚子轴承径向振动的影响较小,合理的选择弹性支承件的结构参数可有效的降低高速圆柱滚子轴承的径向振动;在一定的载荷和转速范围内,弹性支承件可有效降低轴承的径向振动,选用沟槽数较少的弹性支承件可实现在较大转速和载荷范围内降低圆柱轴承振动的目的。     

考虑间隙的空间圆柱铰多体系统运动学精度及动力学分析

为了研究空间圆柱铰间隙对系统性能的影响,针对典型的空间圆柱间隙铰结构,分析了其所有可能出现的接触模式。针对空间圆柱铰轴向和径向都存在间隙的情况,对复杂的接触模式进行了几何和运动学分析,提出一种改进的计算潜在接触点位置的方法,建立了接触碰撞力模型,将其带入多体系统动力学方程。对空间双摆进行了理想模型和间隙模型的对比分析。结果表明,由于轴向和径向间隙的存在,系统的运动学精度和动力学性能都受到了很大的影响,间隙大小的变化也会改变系统的运动学到位精度。空间圆柱间隙铰的建模方法和结果为机械结构的设计和改进提供了理论依据。     

间隙泄漏对微型涡旋制冷压缩机流动及性能的影响

针对微型无油涡旋制冷压缩机的工作过程,建立了包含径向和轴向间隙的三维流动模型,通过CFD方法进行了数值模拟,分析了压缩机工作腔内部温度、压力的分布情况及流动特性,得到了冷凝温度、泄漏间隙对压缩机容积效率和等熵效率的影响规律。研究结果表明：固定轴向间隙为5μm,径向间隙从5μm变化到11μm时,容积效率从86.38%下降到75.11%,等熵效率从67.78%下降到56.18%。固定间隙均为7μm,冷凝温度由50℃变化到55℃的过程中,压缩机的容积效率从75.35%下降到73.49%,等熵效率由59.03%下降到56.79%。要使压缩机容积效率达到80%以上,应保证轴向间隙小于6μm,径向间隙小于9μm,为微型涡旋压缩机的设计提供参考。     

考虑多间隙的齿轮柔性转子耦合系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙,推导时变啮合刚度和时变轴承刚度,使用有限元法建立质量、刚度、阻尼矩阵并使用整体法组装,建立能够适用于复杂载荷的齿轮滚动轴承柔性转子系统非线性动力学模型。使用FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法对非线性动力学方程组求解,求解最大Lyapunov指数判断系统的动力学行为。对动力学方程进行数值仿真,研究转速、齿侧间隙、转轴刚度、轴承径向间隙等参数对非线性动力学行为的影响。研究结果表明,随着齿侧间隙增大,齿轮系统会出现脱齿和挤齿现象,临界转速附近由拟周期运动进入混沌运动。随着转轴刚度降低,弯扭耦合振动临界转速减小,脱齿、挤齿和冲击现象逐渐减轻。随着径向间隙增大,轴承的非线性振动对系统的影响逐渐增大,轴承变刚度激励的幅值增大。     

径向开合屋盖结构运动全过程仿真模拟及参数分析

介绍基于杆系机构原理的径向整体开合屋盖结构,分析其组成、可展机理及运动特点。基于多体动力学原理,运用ANSYS及ADAMS对径向整体开合屋盖结构的运动全过程进行精细化联合仿真分析。系统考察固定屋盖刚度、轮轨间摩擦系数、轮轨间隙等参数对活动屋盖运动中固定屋盖及活动屋盖挠度、驱动力、活动屋盖连杆弯矩等指标影响。结果表明,固定屋盖刚度对闭合状态下屋盖挠度影响较大,对展开状态下屋盖挠度基本无影响;驱动力随摩擦系数增大、轮轨间隙减小而增大;各响应指标的动力现象普遍存在,波动幅度大小与摩擦系数及轮轨间隙呈正相关趋势。相关结论可为开合屋盖设计提供依据。     

斯特林制冷机推移活塞径向间隙对制冷量的影响

本文分析了斯特林制冷机推移活塞径向间隙对施密特等温模型的理论制冷量、穿梭损失和泵气损失的影响,对分析结果进行了验算。结果表明:推移活塞径向间隙如果选取不当,将会造成很大的冷量损失。     

考虑滑动轴承时变动力学参数的齿轮系统建模及分析

为了对齿轮系统进行更加深入的研究,综合考虑时变轴承动力学参数以及动态齿侧间隙的影响,建立了齿轮系统动力学模型并进行了振动响应分析。以圆柱直齿轮为研究对象,将动压润滑轴承模型与齿轮啮合模型相结合,并计入动态齿侧间隙的影响,建立了系统的动力学微分方程。提出了一种齿轮-滑动轴承耦合系统的求解方法,分别研究了轴承间隙、齿侧间隙以及转速对系统振动响应的影响。结果表明:滑动轴承动力学参数的时变特性有助于改善系统的振动响应;在一定范围内增加轴承间隙以及齿侧间隙可以减小齿轮动态啮合力以及径向振动;随着齿轮转频的增加,系统的振动响应幅值减小,运动趋于平稳。     

一种基于综合泄漏流机制的涡轮转子流固耦合模型

针对涡轮转子Alford力模型的固有缺陷,综合考虑涡轮径向和轴向动静转子间隙变化对泄漏流的影响,研究了既包括涡轮径向偏心又涉及涡轮轴向偏斜的综合泄漏流机制,并以此为基础建立了能够同时反映涡轮径向偏心和轴向偏斜,同时还能体现涡轮平均径向和轴向间隙的非线性流体激振力模型。通过MATLAB进行数值积分和图形处理,得到了反映流体激振力与涡轮径向偏心距和轴向偏斜角关系的一组图形。最后还讨论了涡轮平均径向和轴向间隙以及涡轮偏心与偏斜相位差对流体激振力的影响。理论分析结果与现有实验数据比较证明,该模型是有效的,对建立考虑流固耦合的涡轮转子动力学模型具有实际意义。     

斯特林发动机配气活塞变密封间隙的优化分析

介绍了自由活塞式斯特林发动机(FPSE)中的3处间隙密封以及间隙密封所产生的损失.根据理论公式计算,总结分析了变径配气活塞热端径向间隙、冷端径向间隙以及长度比对泵气损失、穿梭损失及总热损失的影响规律.     

一类弹性碰撞振动系统周期倍化分岔预测及其神经网络控制

针对一类单自由度含间隙和预紧弹簧的弹性碰撞振动系统的分岔控制问题,提出了一种基于Lyapunov指数及径向基函数神经网络的分岔预测及控制方法。首先建立了系统的Poincaré映射,推导了弹性碰撞振动系统周期运动存在的条件,研究了在主要分岔参数平面中的动力学分布;其次利用Lyapunov指数分析了系统的稳定性,提出利用追踪Lyapunov指数谱分岔点来预测周期倍化分岔发生的方法;最后基于径向基函数神经网络设计了参数反馈分岔控制器、基于周期倍化分岔点处的最大Lyapunov指数构造适应度函数,并利用Lyapunov指数判断是否实现了分岔控制,以引导自适应混合引力搜索算法对控制器的参数进行优选,从而实现周期倍化分岔控制。     

气体动压径向轴承超薄气膜润滑动特性分析

在微纳米尺度下工作的气体薄膜润滑轴承,气膜厚度与气体分子平均自由程较为接近,气体稀薄效应是影响轴承动态特性的关键因素。通过MATLAB的偏微分方程工具箱求解超薄气膜润滑动态Reynolds方程得到动态刚度和阻尼系数,探讨了不同半径间隙,稀薄效应修正模型以及轴承参数对动特性系数的影响。结果表明,随轴承间隙减小,气体稀薄程度增加,气体径向轴承的动态刚度系数显著降低,动态阻尼系数有所增加。当半径间隙降低到纳米尺度时,动态性能受轴承参数的影响较小。     

MHD角速度传感器磁场设计研究

MHD角速度传感器是在轨进行高精度角颤振测量的关键器件。通过对2种MHD角速度传感器进行对比研究,确定径向磁场方式的传感器为更适宜我国当前空间发展需要的MHD角速度传感器。并设计了其径向磁场结构,获得在导电流体间隙处需要的磁感应强度,测试结果与模拟设计结果一致,为MHD角速度传感器研制奠定了一定的基础。     

基于均质两相流的滚动转子压缩机径向泄漏预测模型

针对滚动转子压缩机径向间隙内的油-氟混合物流动,由混合物中制冷剂的"析出"过程出发,通过引入可变溶解度的概念,提出了径向间隙油-氟混合物流动的两相流模型。该模型将流动区划分为单相区和两相区,并采用均质模型模拟混合物流动状态。根据混合质量流率和制冷剂质量分数的变化情况,建立了适应于各种工况下的制冷剂泄漏量预测方程,预测了制冷剂径向泄漏量。对最小缝隙为10-50μm的径向间隙制冷剂泄漏量进行了计算验证,并对工作状态下压缩机各转角对应的泄漏量进行了预测,与公开文献对比表明模型具有较高的准确度。