基于MATLABPDE的气体润滑球轴承的数值分析

针对球轴承雷诺方程求解困难的问题, 提出了一种基于MATLAB PDE的数值求解方法.该方法将气体润滑三维球面展成二维矩形平面,再将球面轴承的Reynolds方程变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,进而以MATLAB PDE工具箱为求解器,编制迭代计算程序,从而实现气体轴承静态性能的高精度计算.该方法具有较高的精度,可用于计算可压缩流体的润滑问题.     

GMRES算法在雷诺方程数值解法中的应用

雷诺方程是流体润滑问题计算的基本方程,研究其有效的数值解法在工程上具有很大的实际应用背景,本文主要选取了流体润滑计算领域的一个有普遍意义的典型实例－点接触等温弹流润滑问题进行雷诺方程的解法研究。数值解法计算雷诺方程,均有归结为求解ＡＸ＝ｂ的问题。本文研究ＧＭＲＥＳ算法及传统采用的ＳＯＲ算法解该方程的速度与精度等各方面的问题。通过对比,加预处理的ＧＭＲＥＳ算法在解此方程中具有明显优势。     

基于多重网格法和CFD的多孔端面机械密封数值分析比较

为研究离心泵用激光加工多孔端面机械密封的内部流动机制,根据动压润滑理论采用多重网格法求解雷诺方程和基于计算流体力学方法(CFD)求解N-S方程,分别获得机械密封环端面微凹腔内的动压分布,并对两种计算结果进行对比。研究表明:合适的微孔尺寸可以产生流体动压效应;相邻孔之间的流体动压力会产生相互叠加和耦合,单个微孔的压力要比几个相邻微孔叠加所得压力略小。对比两种研究方法,CFD软件从流体力学角度提供了一种更精确的计算方法,可与多重网格法交互使用观察计算结果,以达到模拟的真实性。     

液体动静压轴承润滑机理及计算

在分析动静压轴承润滑机理时必须综合考虑动、静压以及其联合作用时的工作原理及润滑方程求解。利用雷诺方程和流量连续方程建立了润滑机理的基本模型并给出了联立求解方法及计算步骤以指导工程设计,并指出了设计中必须考虑的变形、公差以及润滑油选取等问题。     

改进的动弹网格方法在航空气弹计算中的应用

气动弹性是现代航空气动力计算中一个突出的问题。主要研究基于Delaunay图映射方法的动弹网格的欧拉方程CFD计算及其在航空标模M6机翼上的静气动弹性应用。以Delaunay图映射方法为基础,针对三维非结构运动网格技术进行了研究、开发和改进,同时利用计算流体力学的方法,开发了一套适用性较好的非结构网格欧拉方程流场求解器,进一步通过流固耦合的力学方法,对航空标模M6机翼的静气动弹性问题进行了研究和分析,给出了CFD并行计算的设计方法及算例。     

建立雷诺方程的一种新概念

针对工程应用中所存在的多种具体物理形式和多种工况条件的流体膜润滑型式，归纳给出了3类典型摩擦副流体膜润滑所对应的3种微圆柱流量物理模型、几何楔和有效法向速度差特征式的概念，由可压缩流微圆柱流量连续方程导出了有关的常用支承流体膜润滑广义雷诺方程。这样使分析方法和物理意义简明；同时还修正了此前长期被一些广为流传的专著或论文所忽视的有关问题；并给出了一些对基本形式雷诺方程润滑理论的实验验证。     

流体动压滑动轴承-转子系统动力特性分析

研究了非线性径向轴承支承的转子系统的动力行为。引入变分约束原理修正了流体润滑的Reynolds方程的变分形式 ,在几乎不增加计算量的情况下 ,求解了具有Reynolds边界的流体润滑问题 ,使得非线性油膜力及其Jacobian矩阵同时计算完成并且具有协调一致的精度。运用Newton Raphson方法在求得转子平衡点的同时求得了轴承的动力学系数。将预估 校正机理和Newton Raphson方法相结合给出了流体动压滑动轴承 转子系统Hopf分岔点所对应线性失稳转速的计算方法。运用打靶法并结合Floquet理论计算分析了流体动压滑动轴承 转子系统的非线性不平衡周期响应及其稳定性。数值结果表明上述方法不但节约了计算量 ,而且具有很高的精度。     

多孔质含油轴承的理论研究进展

概述了流体在多孔基体中的流动特性和多孔质含油轴承的理论计算模型。分析了多孔质含油轴承的润滑机理、多孔质材料的特性、3种动量方程模型。对应用于多孔质含油轴承的理论计算方程，指出了应用条件、数值求解方法。含油轴承在多种影响因素下的耦合计算对于工程应用有一定的指导意义。     

Taylor-Couette 流与旋转圆柱轴间流体膜润滑与密封

对国内外Taylor-Couette流的形成与发展,旋转圆柱轴间流体膜润滑与密封的数值计算及其相关实验的研究现状进行了分析。分析结果表明,应用雷诺润滑方程求解旋转圆柱轴间流体膜润滑与密封问题有其先天的不足,雷诺润滑方程的推导过程中所采用的假设不尽合理,在雷诺润滑方程的基础上进行惯性力修正和涡粘性修正,或者是人为地对3种流动进行解耦,只能作为一种近似计算。从Taylor-Couette流的基本理论出发,计算旋转圆柱轴间流体膜润滑与密封应是计算其层流问题的发展方向。对于湍流润滑与密封,直接模拟(DNS)和大涡模拟(LES)应是首选方案。     

雷诺方程有限元解的超收敛性

众所周知,流体润滑问题的基本机理是研究形成流体薄膜问题,而雷诺方程(O.Reynolds)是描述流体润滑基本规律的椭圆型偏微分方程。近年来,用有限元素法求解雷诺方程是能得到很佳逼近的数直解,是很有成效的数值解法。而有限元素法是一种基于变分方法的逼近,自然有限元解和它的逼近误差估计均在某种Sobolev范H~l(Ω)0≤l≤m意义下给。但是流体动力润滑问题往往要求有限元解在求解区域Ω的某些点上的精确度或者在这些出点上梯度的精确度。亦即能否给出雷诺方程有限元解的点态误差估计?本文肯定地回答这一问题。     

径向动压气体轴承承载能力的CFD分析

为改进计算精度和提高计算效率,采用CFD软件Fluent对径向动压气体轴承承载能力进行分析.使用软件Solidworks建立径向动压气体轴承三维物理建模;从可压缩流体润滑方程及连续性方程出发,得到等温条件下动压润滑雷诺方程的基本形式,运用有限差分法计算径向动压轴承的压力分布及承载力等特性;采用Fluent进行有限元仿真...     

A comparison between computational fluid dynamic and Reynolds approaches for simulating transient EHL line contacts

When simulating elastohydrodynamic lubrication (EHL), the Reynolds equation is the predominating partial differential equation for prediction of the fluid flow. Also very few attempts have been carried out using the full momentum and continuity equations separately. The aim of this investigation is to compare two different approaches for simulation of EHL line contacts where a single ridge travels through an EHL conjunction. One of the approaches is based on the Reynolds equation, addressing the coupling between the pressure and the film thickness. The solver uses the advantages of multilevel techniques to speed up the convergence rate. The other approach is based on commercial CFD software. The software uses the momentum and continuity equations in their basic form, enabling numerical simulations outside the contact regions, as well as in the thin film region to be carried out. The numerical experiments show that, under the running conditions chosen, only small deviations between the two approaches can be observed. The results are encouraging from several viewpoints: validation of the codes, the possibilities of further developments of the CFD approach and the justification of using a Reynolds approach under the running conditions chosen.     

Thermal transient rough EHL line contact simulations by aid of computational fluid dynamics

Reynolds equation is the pre-dominantly used PDE for modelling the fluid flow or more accurately the fluid pressure in an elastohydrodynamic lubrication (EHL) contact. The equation is derived by combining the two conservation equations of momentum and continuity into a single equation for the fluid pressure. The numerical approach for theoretical investigations performed on EHL contacts in this work is somewhat different. The modelling of the fluid flow is based on a computational fluid dynamic (CFD) technique. The fluid flow is simulated by aid of the equations of momentum and continuity in a more complete form and when the thermodynamics is incorporated, the equation of energy. The aim of the investigation was to examine whether the CFD technique could be used to handle thermal transient rough EHL line contacts. It is shown that commercial CFD software can be modified to meet such requirements. The influence of thermal effects on the flow under sliding motion was investigated. The non-Newtonian model used in this work is the Ree-Eyring model. It is shown that the choice of the Eyring stress in the model influences flow in the contacts. If the thermal properties of the surrounding solids differ, it has been shown experimentally and theoretically that a dimple or increased central film thickness may appear in the EHL contacts. This work shows that the governing mechanisms that result in the dimple are also present in thermal transient rough EHL line contacts.     

多项式结构选择技术构建风电滑动轴承润滑特性代理模型

在模拟滑动轴承润滑特性时，现有的CFD仿真方法计算成本高、耗时长，且不适宜于油膜优化设计中的多次迭代调用。提出采用多项式结构选择技术构建风电滑动轴承润滑特性代理模型，该方法通过遗传智能布点技术遗传样本，减少CFD仿真次数；基于误差减小比率筛选对润滑特性影响大的有效项，剔除影响小的无效项，减少多项式项数来提高风电滑动轴承润滑特性多项式代理模型的效率和精度。该模型实现少而精的多项式拟合润滑参数与润滑特性的强非线性映射关系，所需采集的样本数量少于传统的径向基函数代理模型构建方法，且计算误差小于径向基函数代理模型，为复杂非线性建模提供一条新的研究思路和技术途径。     

流体动压径向橡胶密封圈的密封特性研究

基于矩形断面密封圈这一简化模型，首次推导了具体的润滑方程和弹性变形方程，运用迭代算法计算了油膜厚度和油膜压力分布，并讨论了几个密封系统参数对油膜厚度的影响，对于得到预期的弹流润滑效果具有指导意义。     

表面织构动压滑动轴承油膜力解析模型

提出一种求解表面织构动压轴承油膜力的解析模型。基于Sommerfeld油膜边界,通过分离变量的方法,求解表面织构动压滑动轴承二阶偏微分Reynolds方程,得到表面织构动压滑动轴承油膜压力解析式。以圆形凹坑轴承为例,在油膜区域通过积分求得织构轴承的油膜力,分析织构参数对油膜压力的影响,研究发现,表面织构位于收敛区域(升压区)的轴承,其润滑与承载性能优于表面织构位于发散区域(降压区)的轴承、全织构轴承以及光滑轴承。对比了提出的解析模型与FDM和CFD模型在不同长径比和偏心率下的计算结果,结果表明,提出的解析模型能准确地描述表面织构动压滑动轴承的油膜力,且计算结果同FDM和CFD模型计算结果基本一致,验证了该模型的正确性。     

摩托车链条润滑系统仿真分析

为了优化摩托车传动链条润滑系统的供油阀，采用理论分析和计算流体动力学（CFD）仿真相结合的方法，通过理论预估、仿真分析、理论检测的方法得出优化结果。通过应用ANSYS软件对供油阀的间隙流中的流体进行仿真分析，得出流场的速度分布和压差，再结合理论分析，得到优化的设计模型。很好地节省了产品研发和改进的时间。     

斜线槽液体润滑非接触式机械密封性能研究

根据液体润滑理论建立了斜线槽液体润滑非接触式机械密封数值分析模型,定义了斜线槽的主要几何结构参数,采用有限元方法求解雷诺方程,获得了端面液膜压力分布,分析了斜线槽端面几何参数对端面开启力、泄漏量、液膜刚度等对密封性能参数的影响规律。结果表明,斜线槽槽根半径不能取值过大或过小,大约为58mm时能取得最优的密封性能;斜线槽液体润滑非接触式机械密封倾斜角α1不应该大于倾斜角α2,否则密封性能会很大程度上削弱。     

对流体动力润滑基本方程的再探讨

对流体动力润滑的基本方程重新进行了探讨，严格证明了雷诺方程的右端小于零是在两润滑表面之间形成流体动力润滑的充要条件，指出形成稳定的流体动力润滑并不需要同时具有相对滑动速度和沿速度方向收敛的间隙。在廓清雷诺方程中的挤压作用项和楔形作用项的概念的同时，针对移动表面的润滑问题，提出一个比现在通行的雷诺方程更具一般性的雷诺方程。     

A transient 2D-finite-element approach for the simulation of mixed lubrication effects of reciprocating hydraulic rod seals

This paper presents a method for the computation of soft elasto-hydrodynamic lubrication (EHL) based on the strong coupling of a non-linear finite-element model with the transient Reynolds equation for thin fluid films. This approach allows the usage of arbitrary non-linear elastic or inelastic material models for the finite deformations. The transient Reynolds equation is simultaneously solved within a finite-element computation. In order to account for the effect of surface roughness in the sealing contact, flow factors are incorporated into the transient Reynolds equation. The method is currently restricted to planar or axisymmetric geometries.