多蛋交接耐压壳仿生研究

以鹅蛋壳为生物原型,开展了多蛋交接耐压壳仿生设计及性能研究工作。首先,通过蛋壳生物学试验,建立了蛋形函数;其次,对深海多蛋交接耐压壳进行设计,建立了蛋壳个数分别为2、3、4、5、6的数值模型,研究其临界屈曲载荷、极限强度载荷和储备浮力特性;最后,通过正交试验设计,分析了多蛋交接耐压壳主要几何参数对其性能的影响规律。结果表明：Kitching蛋形函数与鹅蛋经线的吻合程度最高,其长轴与偏心距之比取45,蛋形系数取0.69;深海多蛋交接耐压壳的临界屈曲载荷远大于极限强度载荷,即极限强度载荷为结构设计的主要因素;蛋形壳个数对极限强度载荷和浮力系数影响很小;蛋形壳厚度对极限强度载荷和浮力系数影响较大;加强肋对浮力系数影响较小,而对极限强度载荷影响较大。     

分段式环形耐压壳设计与分析

开展了分段式环形耐压壳的加强结构设计与分析.按照中国船级社耐压壳设计规范,采用数值分析的方法,设计了工作水深2633 m的分段式环形耐压壳,研究了椭圆截面长短轴之比对分段环壳极限承载能力的影响规律,分析了环肋厚度对分段环形耐压壳性能的影响规律.结果表明,椭圆截面长、短轴比值为1.113,分段环壳具有良好的抗压性能.环肋...     

椭圆截面环形耐压壳屈曲特性研究

环形耐压壳具有较好的抗压能力和水动力特性,是深海空间站的一种优选结构。既有研究主要对圆截面环形耐压壳以及加肋圆截面环壳进行了屈曲分析,对椭圆截面环壳的研究缺乏试验支撑。为进一步探究椭圆截面环形耐压壳的屈曲特性。通过基于弧长法的非线性数值计算,分析椭圆截面长、短轴比值对环形耐压壳屈曲载荷的影响规律,优选出一组椭圆参数。采用快速成型技术制作两个树脂材料椭圆截面环形耐压壳,以及两个等体积、等质量的树脂材料圆截面环形耐压壳,进行几何测量、静水外压和数值计算。结果表明,长、短轴比值为1.27的椭圆截面环形耐压壳具有良好的抗压性能,其屈曲载荷是等效圆截面环形耐压壳的1.718倍,该研究可为深海空间站载人舱的创新设计提供参考。     

海洋探测仪耐压壳体结构强度特性研究

参考标准设备及经典设计公式,根据设计要求研究非标设备耐压壳体结构强度,推导经典耐压壳体结构形式,采用修正弧长法进行屈曲失稳分析,考核了经典耐压壳体的强度及破坏形式。考虑实际耐压壳体结构的连接形式,分析封头的结构形式对耐压壳体强度特性的影响,研究表明,耐压壳体的稳定性、破坏形式及极限强度与封头和筒壁的重合度有关,增大重合度可有效提高耐压壳体的稳定性;重合度增大到一定程度时,破坏形式由失稳破坏变为屈服破坏;重合度和极限强度安全储备系数呈准线性关系,重合度越大,安全储备系数越高。     

基于多失效模式的水下航行器耐压壳体结构可靠性研究

耐压壳体结构是水下航行器重要的组成部分,考虑到结构强度和稳定性失效之间的相关性以及结构参数存在的随机性,基于可靠性理论开展多耦合失效模式下的耐压壳体结构性能分析研究。在研究过程中,首先基于二阶响应面法对耐压壳体结构的力学模型进行简化分析,获得相应的结构力学数学模型;其次在综合考虑结构参数随机性基础上,结合随机摄动法、二阶矩方法和窄界限法,建立水下航行器耐压壳体结构多失效模式可靠性分析模型;最后在分析计算各结构参数灵敏度基础上,获得结构参数对耐压壳体结构性能的影响规律。通过研究清楚地了解各因素对耐压壳体结构性能的影响程度,为结构设计提供一定的理论参考。     

装配误差对双圆弧谐波齿轮应力的影响

由于谐波传动中刚轮、柔轮与波发生器装配时存在装配误差,可能会引起刚轮与柔轮齿廓干涉,从而影响柔轮齿面与齿根应力,以无公切线双圆弧谐波齿轮为研究对象,基于改进运动学法设计齿形,针对各种装配误差设计实验,并通过ABAQUS建立有限元装配模型进行计算,研究装配误差对柔轮应力的影响规律。结果表明,长轴方向刚柔轮中心距误差与凸轮径向安装误差对柔轮齿上应力影响最大,短轴方向刚柔轮中心距误差与凸轮径向安装误差次之,凸轮轴向安装误差影响最小;短轴方向刚柔轮中心距误差与长轴方向凸轮径向误差对柔轮杯底应力有较小影响;其余因素对杯底应力的影响极小。为谐波减速器的误差控制与补偿提供一定参考。     

面向可靠性的某型水下机器人耐压壳体设计

耐压壳体是水下机器人各功能设备的装载平台,为水下机器人提供所需正浮力,其性能关系到水下机器人的安全性、可靠性、经济性。将可靠性理论中的应力-强度干涉模型应用到某型水下机器人耐压壳体设计过程,并给出了设计实例。     

径向变形量系数对谐波齿轮传动啮合特性的影响

径向变形量系数是衡量柔轮弹性变形的重要参数之一,选取公切线双圆弧齿廓为谐波传动柔轮齿廓,基于谐波传动包络啮合理论,采用MATLAB编程计算,研究了径向变形量系数对共轭区域、共轭齿廓、啮合轨迹等性能的影响。研究结果表明,径向变形量系数对长轴与短轴附近轮齿的径向变形、长短轴过渡段轮齿的切向变形与法向转角影响较大;随着径向变形量系数减小,共轭区域增大,而共轭区域之间的空白区域减小,且共轭曲线一齿廓向上偏移,共轭曲线二齿廓向下偏移,存在有效共轭区域及有效共轭齿廓;合理选择径向变形量系数是避免谐波传动啮合干涉并提高啮合性能的重要方式之一。     

表面织构对错位瓦轴承静动特性的影响

为研究表面织构对错位瓦轴承的静动特性的影响,在错位瓦轴承表面制备几何形状为半正弦波、矩形、三角形的表面织构,建立表面织构错位瓦轴承的流体动力学润滑模型,采用有限细胞算法求解雷诺方程和能量方程,得到错位瓦轴承的关键静动特性参数,对比有无表面织构情况下的最小油膜厚度、最大油膜压力、温升、功耗和流量、刚度和阻尼等参数。结果表明:相对于光滑表面,织构增加了流量和最大油膜压力,降低了温升,减小了最小油膜厚度,同时使临界质量有所降低;在定载荷及不同转速工况下矩形织构性能最优,其最小油膜厚度最小,最大油膜压力和临界质量最大,正弦织构性能次之,三角形织构性能最差;在定转速及不同转速工况下,矩形织构轴承承载能力最大,正弦织构次之,三角形织构最小,但三角形织构临界质量最大,轴承稳定性最好。     

油液特性对柱塞泵流量脉动影响的仿真分析

为研究油液特性对轴向柱塞泵流量脉动的作用规律,对比分析了油液的压缩性、黏性、含气量和流动状态与柱塞泵流量脉动之间的关系,运用FLUENT流场仿真软件对轴向柱塞泵的运动特性进行模拟。数值仿真结果表明：压缩性对泵源流量脉动的影响最大,油液黏性的影响次之,含气量的影响较小,流动状态的影响最小,以上因素的影响程度占油液特性影响的比例分别为86.8%、9.45%、3.59%、0.16%;油液的黏性对泵容积效率的影响最大,压缩性的影响次之,含气量的影响较小,流动状态的影响最小。模型的准确性得到了实验验证,为开展柱塞泵动力学建模以及机电液系统全局耦合性能仿真分析提供了理论依据。     

稳态性能下T型槽柱面气膜密封结构参数非线性回归分析

为探究T型槽柱面气膜密封的稳态性能(气膜刚度、浮升力、泄漏率),使用计算流体力学(CFD)的方法，在转速为8 000 r/min的工况条件下，分析了密封系统结构参数的改变对系统稳态性能的影响。在不改变气膜厚度和气膜偏心的条件下，拟合了密封长度、T型槽槽数、T型槽深度与稳态性能之间的多元非线性方程，并通过对回归系数大小的比较确定了各因素的影响程度。结果表明：系统泄漏率受密封长度的大小影响最为显著，T型槽数量和槽深的改变对泄漏率的影响并不显著；随着密封长度的增加，气浮力几乎呈线性增长，而T型槽深度和T型槽的数量的改变对浮力的影响依次减小；影响气膜刚度最大因素的是T型槽深度，其次是T型槽的数量，密封长度的影响最小。     

The biomechanical,chemical and physiological adaptations of the eggs of two Australian megapodes to their nesting strategies and their implications for extinct titanosaur dinosaurs

Megapodes are galliform birds endemic to Australasia and unusual among modern birds in that they bury their eggs for incubation in diverse substrates and using various strategies. Alectura lathami and Leipoa ocellata are Australian megapodes that build and nest in mounds of soil and organic matter. Such unusual nesting behaviours have resulted in particular evolutionary adaptations of their eggs and eggshells. We used a combination of scanning electron microscopy, including electron backscatter diffraction and energy‐dispersive X‐ray spectroscopy, to determine the fine structure of the eggshells and micro‐CT scanning to map the structure of pores. We discovered that the surface of the eggshell of A. lathami displays nodes similar to those of extinct titanosaur dinosaurs from Transylvania and Auca Mahuevo egg layer #4. We propose that this pronounced nodular ornamentation is an adaptation to an environment rich in organic acids from their nest mound, protecting the egg surface from chemical etching and leaving the eggshell thickness intact. By contrast, L. ocellata nests in mounds of sand with less organic matter in semiarid environments and has eggshells with weakly defined nodes, like those of extinct titanosaurs from AM L#3 that also lived in a semiarid environment. We suggest the internode spaces in both megapode and titanosaur species act as funnels, which concentrate the condensed water vapour between the nodes. This water funnelling in megapodes through the layer of calcium phosphate reduces the likelihood of bacterial infection by creating a barrier to microbial invasion. In addition, the accessory layer of both species possesses sulphur, which reinforces the calcium phosphate barrier to bacterial and fungal contamination. Like titanosaurs, pores through the eggshell are Y‐shaped in both species, but A. lathami displays unique mid‐shell connections tangential to the eggshell surface and that connect some adjacent pores, like the eggshells of titanosaur of AM L#4 and Transylvania. The function of these interconnections is not known, but likely helps the diffusion of gases in eggs buried in environments where occlusion of pores is possible.     

平直翅片热管散热器的正交数值模拟优化

文中以平直翅片热管散热器为研究对象,研究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度、翅片宽度和热管直径 5 个结构参数对翅片换热性能和阻力特性的影响,采用正交实验设计的方法设计了上述结构参数的 15 个组合方案,利用 CFD 数值模拟的方法对每个组合方案下翅片的流动换热性能进行了模拟。以努塞尔数 Nu 、阻力系数f、传热性能综合评价指标(Performance Evaluation Criteria, PEC)作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析挑选出性能最优的组合方案。 该方法能快速获得散热器结构的优化方案,并分析出主要影响因素,对工程应用有一定的指导意义。 结果表明:影响 Nu 和 f 的最主要因素是热管直径,影响 PEC 的最主要因素是翅片厚度。 对于本文研究的散热器,其最优参数组合方案为:翅片厚度为 0. 6 mm,翅片间距为 2. 2 mm,热管直径为 6 mm,翅片高度为 65 mm,翅片宽度为 28 mm。     

Dinosaur eggshell study using scanning electron microscopy

Visualization and analysis of structural features in fossil dinosaur eggs by scanning electron microscopy augment information from traditional petrographic light microscopy. Comparison of characteristics in fossil and modern eggshells allows inferences to be made regarding dinosaur reproductive biology, physiology, and evolutionary relationships. Assessment of diagenetic alteration of primary eggshell calcite structure that occurs during fossilization provides important information necessary for taxonomic identification and paleoenvironmental interpretations.     

加筋球壳结构稳定性及其优化研究

采用非弹性理论修正与有限元计算相结合的方法,进行加筋球壳结构的稳定性分析,得到加筋球壳结构的实际失稳压力;并通过改变球壳厚度、加强筋尺寸、加强筋布置形式等讨论球壳厚度、加强形式对加筋球壳结构稳定性的影响;同时考虑加筋球壳结构其他力学性能要求,进行加筋球壳结构的稳定性优化设计,给出加筋球壳结构合理的设计形式。研究表明,球壳厚度、加强形式对加筋球壳结构的稳定性有较大影响,增加球壳厚度、减小加强筋跨距可有效提高其实际失稳压力,改善其稳定性。     

深海载人潜水器可弃压载与应急抛载系统研究

叙述了可弃压载与应急抛载系统在深海载人潜水器上的应用,介绍了各压载与本体脱离的方法,说明了压载脱离装置是控制潜水器上浮的重要手段。分析了美国“阿尔文”号、日本“SHINKAI6500”号和法国“鹦鹉螺”号潜水器抛弃重物和设备获得浮力实现上浮的工作原理和结构特点。特别阐明“阿尔文”号潜水器通过载人球释放实现紧急上浮以确保人员的安全,归纳总结了可弃压载与应急抛载系统设计中应着重考虑的问题。     

深海载人潜水器可弃压载与应急抛载系统研究

叙述了可弃压载与应急抛载系统在深海载人潜水器上的应用，介绍了各压载与本体脱离的方法，说明了压载脱离装置是控制潜水器上浮的重要手段。分析了美国“阿尔文”号、日本“SHINKAI6500”号和法国“鹦鹉螺”号潜水器抛弃重物和设备获得浮力实现上浮的工作原理和结构特点。特别阐明“阿尔文”号潜水器通过载人球释放实现紧急上浮以确保人员的安全，归纳总结了可弃压载与应急抛载系统设计中应着重考虑的问题。     

模块化微小型水下航行器的布局研究

提出一种用于浅水水域工作的微小型水下航行器模块化布局方法,将耐压主舱、动力推进系统、传感器系统、视觉系统以及浮力系统等分别设计成独立模块.通过将各种模块按一定要求进行布局,可快速构造适用于不同场合、不同需求的微小型水下航行器,并给出一个3D虚拟仿真实例.     

基于有限元和响应面法的U形弹簧结构参数分析

液压作动器内部密封件的蓄能性能是衡量其可靠性的关键,而U形弹簧作为蓄能密封圈的弹性元件,其压缩刚度和弹性压缩极限是决定其蓄能性能的主要因素。建立基于材料参数的U形弹簧弹塑性有限元模型,计算U形弹簧的压缩刚度、弹性压缩极限和线性压缩临界值,分析典型结构参数对蓄能特性的影响;基于响应面法构建多因素数学模型,比较各结构参数对弹簧压缩刚度和弹性压缩极限的影响程度;通过多次弹簧压缩试验验证了计算模型的准确性。结果表明：弹簧厚度、截面总长、开槽宽度、周期宽度和根部圆弧半径为压缩刚度的主要影响因素,其影响依次减小;弹簧厚度、截面总长和根部弧半径为弹性压缩极限的主要影响因素,其影响依次减小。重复压缩试验证明,弹簧屈服产生的塑性变形会随着压缩次数累加,导致弹簧开口宽度减小,导致密封圈动态密封性能降低;当蓄能密封圈用于动密封时其压缩量不宜超过弹性压缩极限。