一种锥形节流阀工作过程流-固耦合动力学响应的影响因素分析

基于三维流-固耦合有限元动力学仿真分析模型和直接耦合算法,分析了一种锥形节流阀在入口流速脉冲激励下由关闭状态开启而后重新关闭全过程的流量特性、压差特性及阀门开度的高频波动等非线性动力学响应特性,并采用小波分析方法等对阀门开度响应等进行了时-频域分析。选择不同的流体-结构模型的数值积分方法组合及时间步长对流-固耦合动力学求解算法进行了实际应用检验;然后对阀芯质量、弹簧参数与油液参数等系统参数以及激励速度幅值与脉宽等激励参数对其工作过程动力学响应的影响进行了细致的数值分析比较。结果表明:流体模型积分算法的选择对流-固耦合计算结果的影响较大;对该阀而言,阀芯质量与油液体积弹性模量的改变对阀芯振动频率的影响较为显著,油液粘度的改变对阀门开启的滞后量及振动相位的影响较大,而弹簧刚度及预紧力的改变对阀门的最大稳定开度的影响较大;阀芯与阀座间的碰撞使阀芯的振动频率提高。     

航天器非火工分离装置接触建模与仿真分析

为保证航天器发射过程中分离装置的可靠连接与分离，对某型非火工分离装置的接触动力学及分离释放过程进行研究。该非火工分离装置采用记忆合金弹簧作为驱动源，分析接触碰撞模型并根据接触理论计算接触参数，建立其动力学仿真模型并进行仿真计算，结果显示分离冲击不超过300g,与试验结果相符。研究分离装置中记忆合金弹簧回复时间、预紧力及弹簧刚度等因素对分离过程的影响，结果表明回复时间和预紧力对分离装置的冲击响应的影响效果相反，应综合考虑取值，弹簧参数中分离顶推弹簧刚度和螺栓弹簧刚度对分离冲击的影响最大。     

一种新型柱塞泵的设计

设计一种新型的电磁柱塞泵,其结构简单、成本低、噪音小、流量和压力大。该泵由电磁力提供泵的恢复力、弹簧力提供泵的液压力,避免了高温下由螺线管铜的电阻率升高导致的流量及压力不稳定的问题。对电磁铁、柱塞、弹簧主要组件进行了设计。     

空气弹簧系统动态性能研究

结合线性加速度法和欧拉法,将空气弹簧的刚度表示为时间变量的函数,并利用得到的刚度表达式对空气弹簧系统进行仿真.根据仿真结果,对影响空气弹簧动态性能的因素进行分析,分析表明仿真结果是合理的,可以利用仿真方法辅助设计空气弹簧.     

振动特性参数对单自由度系统振动响应的影响

目的 为研究弹簧刚度、阻尼比和振动偏心距离不同振动特性参数对单自由度线性系统振动响应幅值的影响。方法 首先采用单因素实验,研究弹簧刚度、阻尼比和振动偏心距离对单自由度线性系统振动响应幅值的影响;在此基础上,通过采用Design Expert 11.0软件的响应面法实验（三因素三水平实验）研究不同振动特性参数交互作用对振动响应幅值的影响,建立振动响应幅值的二次多项式回归数学模型,并对减振幅值进行优化。结果 通过实验分析得到,各因素对振动响应幅值的影响强弱顺序,阻尼比>弹簧刚度>振动偏心距离;建立了检测点的响应方程,检测点的回归方程决定系数为0.981;得到多目标参数优化结果,弹簧刚度为2.009 N/mm,阻尼比为0.1,振动偏心距离为12.38 mm。结论 实验结果与预测值接近,说明此响应面法得到的数学回归模型具有一定的可靠性,该研究可为缓冲包装参数设计提供参考。     

强振动下比例电磁铁输出力特性研究

为研究强振动对比例电磁铁输出力特性的影响,应用电磁场理论和强迫振动理论建立了强振动环境下比例电磁铁的动态数学模型和仿真模型,仿真分析了不同振动参数下比例电磁铁的气隙磁阻、动生感应电动势及输出力的变化规律,讨论了强振动对电磁铁输出力的影响原理。同时分析了衔铁质量、阻尼系数、弹簧刚度对比例电磁铁输出力波动的影响规律。结果表明:强振动幅值和频率与电磁铁的动生感应电动势的波动幅值正相关;比例电磁铁的气隙磁阻和输出力的波动幅值与强振动幅值呈线性正相关;随阻尼系数的增加,比例电磁铁输出力的波动幅值近似线性减小;弹簧刚度小于20 000N/m时比例电磁铁的输出力波动幅值随刚度增加而快速减小。研究结果为提高振动环境下比例元件的工作性能提供了理论参考。     

正负刚度并联隔振系统建模与性能分析

针对重型装备低频减振难题,基于正负刚度并联原理,设计一种由矩形弹簧和碟形弹簧相互并联的低频被动隔振系统。建立隔振系统的简化模型并构建其运动微分方程,运用谐波平衡法分析得到其力传递率,分析在简谐力激励下的稳态周期响应。利用MATLAB对正负刚度并联隔振系统在扫频激励和随机激励下的响应特性进行仿真分析,进而搭建力传递率测试平台,验证所建动力学模型的正确性与合理性。仿真与试验的结果表明,所设计的正负刚度并联隔振系统具有良好的隔振性能,该成果可为重型装备低频隔振的研究提供理论和实验依据。     

智能弹簧装置减振性能的影响因素分析

建立了基于智能弹簧的某旋转机械主动减振力学模型和振动控制状态方程。利用数值仿真的方法，分析了压电陶瓷器作动器的作动力、智能弹簧结构参数和滑动摩擦力速度影响系数对智能弹簧装置减振性能的影响。结果表明，随着作动力的增大，系统振幅减小，减振性能增强。智能弹簧有阻尼控制和刚度控制两种控制方式。刚度控制对旋转机械恒转速运行和过临界转速时均有很好的减振效果，阻尼控制仅在过临界时才表现出其优良性能，然而对控制电压的要求更低；智能弹簧结构参数对减振性能影响明显，应根据具体的应用场合，合理选用智能弹簧结构参数；系统的相对速度越大，滑动摩擦力速度影响系数的取值越大，对减振性能的影响越明显。     

汽车悬架系统弹簧刚度的优化设计

本文通过汽车悬架系统的弹簧刚度进行设计，使系统的固有频率满足设计要求，来说明如何进行振动系统参数的优化设计。计算采用优化原理中的单纯形方法，进行直接搜索，对一个实际问题进行了优化设计。     

旋转配流激振阀输出特性分析及试验验证EI北大核心CSCD

提出一种旋转配流激振阀,为研究进口压力和阀芯换向频率对旋转配流激振阀输出特性的影响规律,采用多参考系方法(multiple reference frame,MRF)进行流场动态仿真,获得旋转配流激振阀输出压力和流量的动态特性曲线,并搭建电液激振试验台对仿真结果进行验证。研究结果表明:进口压力由14 MPa增至16 MPa,旋转配流激振阀输出压力、流量峰值分别提高了1.16%和6.98%;阀芯换向频率由100 Hz增至180 Hz,输出压力、流量峰值分别降低了1.24%和18.6%;进口压力工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.18%、2.14%;换向频率工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.10%、1.76%。仿真和试验结果整体趋势基本一致,证实了旋转配流激振阀结构的合理性及仿真模型的正确性。     

二通插装阀方向元件的动作响应特性研究

针对某造型机中二通插装阀方向元件的启闭特性,建立数学模型理论,分析插装阀阀芯动作特性的影响因素;利用AMESim建立二通插装阀模型,通过仿真分析弹簧刚度与预压缩力、阀芯面积比与油液通流方向、阻尼孔通径与安装位置等因素对阀芯动作特性的影响。由仿真结果可知:与弹簧预压缩力相比,阀芯的弹簧刚度对响应特性影响较大;油液在插装阀中通流方向以及插装阀A和X腔的面积比对阀芯动作特性有明显影响;阻尼孔的通径和安装位置对阀芯动作特性均有较大影响,实际工程中选定阻尼孔的通径和安装位置时应综合考虑系统工作周期和冲击性要求。     

基于参数优化VMD和增强多尺度排列熵的单向阀故障诊断

针对高压隔膜泵机械结构复杂,单向阀故障特征信息分布在多尺度上,单一尺度难以全面提取特征的问题,提出了一种基于参数优化变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和增强多尺度排列熵(Enhanced Multi-scale Permutation Entropy,EMPE)的单向阀故障诊断方法。对单向阀振动信号进行VMD分解,以包络熵最小原则对其进行参数优化,获得既定的若干本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量;计算IMF分量的增强多尺度排列熵,构建故障特征值向量;利用基于变量预测模型的模式识别(Variable Predictive Model Based Class Discriminate,VPMCD)方法对故障特征值向量进行训练和识别,进而实现单向阀的故障诊断。仿真信号和工程实验分析表明,该方法可以准确地识别单向阀的故障类型,具有一定的可靠性和工程应用价值。     

柱塞弹簧折断失效分析及其对策

对航空燃油泵柱塞弹簧长期存在的折断失效原因进行了较为全面系统的分析，通过提高原材料冶金质量，改进柱塞弹簧制造工艺，采用超声波检查弹簧珠表面缺陷等手段提高柱塞弹簧质量，彻底地解决了其折断失效问题。     

螺栓连接对结构模态及传递特性影响研究

针对螺栓刚度及预紧力对装配体模态、传递函数影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略问题,利用有限元计算、试验结合对比方法分析、研究。用ANSYS软件预应力模态分析及谐响应分析对装配体进行仿真计算;对三种刚度螺栓分别施加相同预紧力,对钢制螺栓施加六组不同预紧力进行试验;分析对比计算值与试验值误差。结果表明,忽略接触阻尼的计算值与试验值存在最大误差约15%;同一预紧力时,随螺栓刚度的提高固有频率呈增大趋势,各阶频率的最大变形量随之增大;随预紧力的增大,结构传递函数趋于明朗化。     

减压阀动态特性的数值模拟及故障分析

采用ANSYS有限元软件计算得到减压阀膜片的反力时程曲线和运动部件的动态特性,在此基础上将结构简化为两个单自由度质量弹簧阻尼动力学模型,采用Newmark算法计算。流体控制方程为三维非定常积分形式的ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)方程,采用基于弹簧近似的动网格有限体积格式求解,应用了新的离散几何守恒律和高精度界面算法;同时采用虚拟网格通气技术实现阀门部件运动过程所引起的拓扑变化。计算表明,在较宽的上游增压速率范围内减压阀出口压力存在振荡,均值接近按照静态性能设计的理论值。通过对计算流场进行分析,确定了造成两种开启故障的主要机理,修改模型参数可以排除异常。     

某型机构弹簧刚度和预压力与碰撞力关系分析

目的研究用于某型精密球形电机中球形转子的杠杆型释放机构的可行性,以及解脱弹簧的最优刚度和预压力。方法首先对杠杆型压紧释放机构进行结构设计,然后对将该释放机构分析模型进行简化,最后采用刚体动力学分析软件ADAMS进行解脱弹簧不同刚度和预压力的动力学仿真。结果仿真结果表明,杠杆型释放机构可满足精密球形电机球形转子固定的指标要求,解脱弹簧最优刚度为1.98 N/mm,最优预压力为4~5 N。结论采用合理的弹簧刚度和预压力,能够降低释放过程中产生的碰撞力。     

弹簧安装方式对质量非均衡产品缓冲系统的影响

目的为研究质量非均衡产品在不同弹簧隔振器安装方式下缓冲包装系统的振动响应特性。方法建立质量非均衡产品缓冲包装系统的数学模型,采用四阶龙格库塔法对振动响应进行对比分析,通过有限元仿真模拟侧向弹簧不同数目和安装位置点的质量非均衡产品的振动响应特性,并分析其修正的可行性,再进行验证。结果侧向弹簧数目为1时安装在侧棱中点,侧向弹簧数目为2时安装在侧棱上对非均衡产品缓冲系统的振动响应修正效果较佳。结论质心偏移对质量非均衡产品缓冲系统的加速度影响较大;偏心距离较大时,可适当改变较大偏心位移方向的弹簧刚度,对其进行修正优化,为质量非均衡产品的缓冲包装设计提供了方法和依据。     

基于蜂群算法的等压灌装阀阀口流道结构优化

目的为了改善等压灌装阀的灌装性能,分析阀口流道结构参数对液料流场的影响,求解流道内最大压力损失、最大液料流速和最大湍动能均最小化的约束多目标优化问题。方法基于正交试验设计和Fluent流场仿真软件对灌装阀阀口流道流场进行数值模拟,并通过回归分析建立以阀口流道结构参数为自变量的最大压力损失、最大液料流速和最大湍动能的经验方程,进而建立阀口流道结构参数约束多目标优化模型,采用约束多目标人工蜂群算法对优化模型进行求解。结果流道内最大压力损失最小化、最大液料流速最小化和最大湍动能最小化这3个目标之间存在冲突,无法同时达到最优,基于多目标人工蜂群算法获得了阀口流道结构参数的最优Pareto解集。结论约束多目标人工蜂群算法能有效用于等压灌装阀阀口流道结构参数的优化。