轴向旋转冲击器动态特性分析与寿命研究

轴向液动旋转冲击器作为钻井最关键的井下动力钻具，其高频冲击振动可大幅减小或消除钻头粘滑振动，提高钻速并延长钻头寿命。基于粘滑振动机理建立了振动模型，首先对其工作原理和运动特性进行了研究，并结合实际工况，建立动力学方程，再对系统和扭力冲击器动力学进行仿真分析，最后通过实验法验证扭力冲击器动态特性的合理性及理论分析的正确性。通过对影响扭力冲击器寿命的因素研究，发现了旋冲产生的不平衡力以及转子高频旋转速度引起轴承出现了混沌现象，继而对动态特性产生影响，导致扭力冲击器无法达到使用寿命。     

脉动扭转冲击装置结构设计及动力仿真

针对传统石油钻井工具在深井、硬质地层中钻进效率低,钻井成本高,粘滑振动现象严重等缺点,设计了一种新型脉动扭转冲击钻井工具。该脉动扭转冲击钻井工具由冲击装置和换向装置组成,利用Pro/E建立了脉动扭转冲击装置的分析模型并利用XFLOW分析内部流场及压力分布,设置不同工作状态下的边界条件,得到该工具不同工作状态下的压力分布云图和出口平均压力曲线。仿真结果表明,冲击锤的周向运动由两侧的压差驱动;压降参数与美国的Torkbuster基本相同,性能具有相关性;出口平均压力变化小,可以稳定工作,为脉动扭转冲击装置内部结构设计及性能优化提供参考依据。     

新型扭转振动工具降粘特性分析及PID控制策略研究

在深井和超深井勘探开发过程中,广泛存在着粘滑振动现象,该现象不仅造成机械钻速降低,驱动能量大量浪费;而且还会加速钻具老化和失效,严重威胁钻井安全。为了有效地控制钻柱的粘滑振动,首先提出了一种新型扭转振动工具;其次建立了基于该工具的钻柱系统的理论模型;最后用PID控制方法对新型扭转振动工具的降粘特性进行了研究。结果表明:该工具能够有效地控制钻柱的粘滑振动,两种PID控制方程均能对期望稳态转速进行实时监控,对比两者,U2控制方程具有更快的调节能力和更好的控制性能,且前期无粘滑现象的发生。     

矿用对旋轴流风机失速与喘振下的数值模拟

对矿用对旋轴流风机的内部流场进行了模拟仿真,结果显示了对旋式轴流通风机内部全流场失速与喘振下的一些基本特征,介绍了对旋轴流风机在非稳定工况下的流场异常现象,其结果可为监控风机的可靠运行提供参考.     

叶片式液压减振器流场特性仿真研究

叶片式液压减振器内部流场特性对减振器的阻尼工作性能优劣至关重要。根据叶片式液压减振器结构特性及工作原理,建立叶片式液压减振器无缝隙流场仿真模型与有缝隙流场仿真模型,并考虑减振器的粘温特性,确定减振器的流场特性,为准确研究减振器阻尼特性奠定基础。模拟得到了叶片式液压减振器模型在不同速度激励、油液温度下,相邻高、低压腔内压差大小及变化规律。结果表明,缝隙与油液温度对流场特性的影响非常明显,在进行叶片式液压减振器内部流场特性分析时,需要重点考虑,才能更为准确地把握叶片式液压减振器内部的流场特性与工作性能。该研究的研究方法可以推广到其他类型液压减振器的内部流场研究中。     

混流式微泡发生器喷嘴直径对流场影响的研究

使用计算流体动力学软件FLUENT对微泡发生器内部流场进行仿真分析。以结构参数之一的喷嘴半径为例,通过改变其参数实现流场的改变,基于速度、紊动能和气相分布进行综合分析,研究结构参数变化对微泡发生器性能的影响。     

基于CFD的水液压锥阀结构优化及流场分析

锥阀作为液压控制元件的一种主要结构形式,其结构及内部流场分布直接影响阀的性能。该研究采用GAMBIT建立两种不同结构的水液压锥阀模型,并采用FLUENT软件对其内部流场进行仿真分析。仿真结果表明,优化后的水液压锥阀进出口压差减小,有效抑制气穴的产生, 降低振动和噪声,减小湍动能损失,其整体性能优于传统结构的水液压锥阀。     

液力偶合器流场的技术仿真

由于受客观条件限制,液力偶合器流场仿真分析过去一直基于一维束流理论,但与实际情况差距较大,采用k-ε紊流模型建立了液力偶合器内部紊流流动的数学方程组,并对J0127X型液力偶合器在1.7%滑差的工况进行了整体的三维流场仿真,仿真计算所得转矩与试验符合较好。     

基于不同摩擦副配对的盘式制动器粘滑特性研究

基于不同摩擦配对副,探讨了盘式制动器粘滑振动的特点,并对配对副硬度对粘滑振动的影响进行了研究.结果表明:摩擦副配对对粘滑振动有较大影响,摩擦因数越高,波动越大,则产生粘滑振动的趋势越大,相应的振动幅值也越大;硬度高的摩擦副配对,摩擦因数较大,在运动过程中摩擦因数的波动也大,特别是在临近停车的低速情况下,具有产生粘滑振动的趋势.此外,高硬度的配对副发生粘滑的临界速度小于硬度低的配副.     

壁面马赫数分布规律可控的新型内收缩基准流场设计方法

根据有旋特征线理论,设计出了沿程马赫数下降规律可控的轴对称基准流场,分析了基准流场的几何参数(前缘压缩角及中心体半径)的影响规律,发现选取较小的前缘压缩角和中心体半径有利于得到性能优良的基准流场；然后在设计状态Ma=6时研究了三种典型的马赫数下降规律对这种轴对称流场性能的影响。最后考虑了粘性的影响,并进行了粘性修正探索,结果表明,采用附面层位移厚度修正方法后,基准流场的壁面压力分布和无粘情况吻合良好。      

机车车辆液压减振器低速特性仿真

从铁道车辆一系垂向液压减振器的基本结构出发,对其内部流场与阻尼特性进行了低速特性仿真研究,利用ANSYS CFX中的流体动网格技术,分析了减振器在不同振动速度下的调节单元动态流场分布,获得了减振器示功图及阻尼特性曲线。诵讨与理论曲线的比较可以看出,仿真结果与理论结果相一致,为减振器结构及参数的优化提供了参考依据。     

基于ABAQUS汽车盘式制动器粘滑非线性动力学行为研究

采用ABAQUS软件瞬时动力学分析法研究了汽车盘式制动器发生粘滑振动时的非线性动力学特性和界面接触行为,通过变化不同的工况参数,研究了参数对制动粘滑振动行为的影响。研究结果表明ABAQUS软件瞬时动态分析法能够有效地模拟出制动系统的粘滑振动现象,粘滑运动产生间歇性的振动是制动颤振现象发生的主要原因,其振动频率与制动系统自然频率关系密切,制动接触面内的不同区域处于粘着和滑动的动态变化过程。制动载荷的增大会增大刹车片振动位移,降低粘滑振动的周期,使得制动颤振现象更加明显。当制动速度逐渐增大时,系统粘滑振动周期缩短,粘滑运动逐渐演变为纯滑移运动。适当增大动摩擦系数,降低静、动摩擦系数之间的差别,在一定程度上可以增大制动力,这更有利于制动过程的进行。     

滑阀非典型阀口过流面积计算与仿真分析

针对三角形和斜三角形两种非全周开口滑阀,结合阀口结构特征和等效阀口面积理论,推导了阀口过流面积计算公式;利用计算流体动力学(CFD)仿真方法,分析了滑阀内部的流场压力和速度分布情况;根据斜三角形滑阀样本的流量特性,对理论与仿真结果进行了验证。理论、仿真和样本实验结果吻合良好,验证了采用的解析和仿真方法,在阀口流量特性计算方面的准确性和有效性,同时为其他非典型阀口多路阀的性能预测提供了依据。     

含间隙及摩擦的振动系统动力学分析

考虑接触表面工况的差异性,建立一类含两类摩擦及间隙的两自由度碰撞振动系统动力学模型,给出系统在不同运动阶段的判断条件和粘-滑-碰运动行为过渡准则,采用数值仿真方法对系统求解,结合判断条件分析摩擦对系统造成的非光滑运动特性及复杂的动力学行为,同时分析不同摩擦模型对系统动力学特性的影响。结果表明,系统存在瞬时摩擦诱导振动、周期颤振、颤振向粘着过渡及粘-滑-碰之间的转换等摩擦振动现象。     

小孔节流气体静压推力轴承微振动机理研究

为了揭示气体静压轴承微振动的产生要素,从微观流场角度出发通过计算流体动力学(CFD)对气膜流场进行三维数值大涡模拟(LES)与分析。首先,设计不同单一变量从而相对气容不同的五组仿真实验组,通过仿真研究内部气容对微观流场的影响。接着,通过观察不同结构的仿真结果,从各种参数中找出可能引发微振动的激励振源。最后,采用不同压力的供气进行仿真说明内部压强对内部流场的影响。计算结果表明,当相对气容约在1%时,一定的内部气容就会明显导致气体静压轴承微振动;均压腔附近的压力波动是诱发微振动的激励振源;内部压强的高低则与振动幅度有着一定的联系。总之,气体静压轴承的微振动与微观流场的变化有着直接的联系,而流场转捩产生的涡旋是其主要原因。     

最小流量调节阀性能数值模拟分析

采用CFD软件对研发的最小流量阀内部流场进行了仿真实验,得到了阀内压力、速度、振动和噪声的情况。分析结果表明,迷宫式节流阀芯通过多级转弯流道实现逐级稳定降压,能够有效的限制流速上升过快,防止由于压力突变引起的闪蒸、气蚀及冲蚀、振动和噪声的损害。     

具有孔道沉槽的滑阀过流面积分析

多路阀以其高集成度被广泛应用于工程机械领域,其中阀口形式对多路阀流量控制特性具有重要影响。对于阀体上开有孔道沉槽、节流面为常见的圆柱面和圆锥面两种滑阀阀口形式的多路阀,根据其结构特征及内部流场压力分布和速度变化情况,利用等效阀口面积理论,推导了圆柱面阀口和圆锥面阀口过流面积计算公式。利用流场仿真对计算结果进行了修正,采用实验手段验证了计算结果的准确性。研究结果对滑阀阀芯的多路阀设计及性能预测具有一定参考价值。     

减震稳扭旋冲钻井提速工具可变节流口特性分析

底部钻具组合耦合振动,不仅降低了钻头的稳定性和攻击性,还易造成钻具疲劳破坏,诱发井下事故.目前,大部分常规的辅助破岩工具只能抑制单一形式的钻具振动,针对多种振动形式耦合的复杂工况,提速效果有限.为此,提出一种减震稳扭旋冲钻井提速工具,该工具集复合冲击和减震稳扭功能于一体,可有效抑制钻头不规则振动,保证钻头平稳快速钻进.以该工具冲击能量发生单元为研究重点,建立了动静阀盘可变节流口数学模型,基于MATLAB仿真模型数值分析得到了可变节流口过流面积与节流压差之间的关系,确定了动静阀盘的几何结构参数.最后完成样机试制和地面性能测试,节流压差测试结果与仿真分析结果相符,满足现场应用需求.     

空调风冷系统的流场仿真分析与探讨

采用三维流场的有限元计算程序和Ansys的CFD模块,对空调风冷系统的风扇内部旋转流场及送、引风管外换热的非旋转流场,进行流场仿真分析与探讨,尝试为空调风冷系统的合理改进及产品性能的进一步提高提供一定的理论参考.     

自动变速器油泵流场与噪声分析

汽车自动变速器油泵内部流场十分复杂，而复杂的流体流动直接影响其振动噪声问题。通过建立自动变速器油泵流场仿真模型模拟其内部流场流动，重点分析了油泵的压力脉动情况与空化特性，并结合仿真流量值与实验值及理论值对比，验证了模型的有效性。对油泵流动噪声进行声学模拟，结合声场仿真分析与流场仿真结果研究了压力脉动与流动噪声的关系。结果表明自动变速器油泵的噪声频率成分以离散噪声为主，压力脉动是油泵噪声的主要激励源。