一种固体火箭发动机针对喷管喉径变化的辨识方法

固体火箭发动机在工作过程中,喷管喉径的变化规律是一个典型的"黑箱问题"。本文利用控制论中的辨识技术对喷管喉径的变化规律进行研究,利用实验数据并建立数学模型,通过数值仿真来预示喷管喉径的变化规律。最后通过算例,验证了该方法的可行性。     

连接接头对复合材料基座减振性能影响研究

通过数值仿真方法研究了复合材料基座连接接头处补强铺层厚度、杨氏模量和阻尼对基座减振性能的影响,研究表明:增大补强铺层厚度和减小杨氏模量都能有效提高基座的减振性能,而增大接头处阻尼则减振效果不明显;然后选取一种典型连接形式的基座进行振动测试,测试所得插入损失与仿真计算插入损失差异较小,验证了本次仿真研究结果的正确性。     

转子径长比对凸轮泵性能影响的数值模拟与试验

为了揭示径长比对凸轮泵性能参数的影响规律,建立不同径长比与凸轮泵特性曲线之间的定量关系,并获得轴系径向载荷分布特性,从而为凸轮泵轴系强度计算提供依据。基于FLUENT动网格技术和RNG k-ε湍流模型对凸轮泵进行三维瞬态流场数值计算,比较了6种不同径长比凸轮泵的流量特性。结果表明:径长比对凸轮泵性能有显著的影响,随着转子径长比的逐渐增大,凸轮泵出口流量脉动呈逐渐下降的趋势,且出口流量值先增大后减小;转子所受径向力的大小和方向均随转子转动呈周期性变化,且大小随径长比的增大而减小,随泵出口压力的增大而增大。数值计算表明当转子径长比α取值为0.7~1.3时,泵出口平均流量达到峰值区,同时泵出口流量脉动幅值最低,转子受力较好。研究结论为凸轮泵转子径长比的选择提供了理论依据。     

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

为深入了解双吸离心泵内部非定常压力脉动特性,对一台双吸离心泵在0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d和1.2Q_d工况下的压力脉动特性进行了试验和数值模拟研究,得到了吸水室和蜗壳壁面上3个监测点的压力脉动时频域特性及泵内部压力脉动强度分布。对比试验和数值模拟的泵外特性和监测点的压力脉动功率谱密度,验证了数值模拟的准确性。结果表明:在设计工况和小流量工况下吸水室监测点处叶频是压力脉动的主频,在1.2Q_d时主频转变为轴频,且轴频的幅值随流量变化较小;因吸水室顶部漩涡较多,采用SST k-ω模型进行数值模拟未能准确预测吸水室中的压力脉动。蜗壳上监测点的压力脉动主频为叶频,其振幅随流量的增加先减小后增大,由于蜗壳内压力脉动主要原因为叶轮和蜗壳的动静干涉作用,数值模拟可以准确预测蜗壳中的压力脉动。在小流量时蜗壳出口处监测点的压力脉动主频为轴频,在设计工况和大流量时为叶频,但由于数值模拟未考虑环境因素,使得其结果与试验有偏差。蜗壳中压力脉动强度随着流量增加先降低后变大,在设计工况最低,在设计流量和大流量工况下隔舌断面上压力脉动强度对称分布。     

基于计算流体力学的工业超音速喷管型面优化

为了评估2种不同型面工业喷管出口位置气流参数的差异性,采用计算流体力学数值分析方法,对2种不同型面的工业喷管进行多种工况条件下的数值模拟。计算结果表明:2种喷管在相同的入口工况参数条件下,曲线型喷管与直线型喷管相比,出口位置各项气流参数的均匀性均具有明显的优势。2种喷管在多种工况条件下,曲线型喷管出口位置气流的平均静温、平均静压、平均总压与直线型喷管出口位置对应的气流参数相比,最高分别增加了0.8%、2.25%、3.43%。采用根据超音速特征线理论设计出的曲线型喷管作为工业常用喷管可减小喷管内部机械能损失、优化喷管出口流场品质,提高工业生产工艺技术的效率和精确性。     

双模式消声器流体动力特性试验与数值模拟

为了探索双模式消声器的工作特性,设计共振腔式双模式消声器,测量不同入口气流流速条件下阀门的开度、消声器压力损失及出口声压。重点研究消声器入口流速、阀门开度、消声器压力损失之间的变化关系,讨论阀门打开和阀门关闭两种状态对消声器出口气流再生噪声的影响。试验结果表明:阀门开度随消声器入口气流流速的增大而增大,但成非线性;双模式消声器压力损失以及出口处的气流再生噪声都随着气流流速的增大而增大,但与无阀门设计的消声器相比,消声器压力损失和出口气流再生噪声均较低,并且压力损失降低的幅值随气流流速的增大而增大。在试验的基础上建立消声器内流流动三维稳态数学模型,并针对试验工况进行数值模拟,获得消声器内流场的压力、速度分布特性。仿真与试验结果基本吻合。     

一种气动声源的数值研究

将CFD技术研究引入对一种气动声源的流体数值模拟研究,利用Navier-Stokes方程和RNG湍流模型,并在转动部件与静止部件间用滑移网格技术建立交界面,进行数值模拟,再采用时域和频域分析方法对流场内压力脉动的强度和频率进行分析,并将该结果与该气动声源的试验值进行对比,证明该数值计算的可靠性。     

桥梁拉索用CFRP线材阻尼特性试验研究和理论分析

为获得用于桥梁的CFRP拉索的阻尼特性,用自由衰减振动试验方法测试了CFRP线材(CFRP丝)和高强度钢丝的阻尼值,根据应变能比例阻尼理论分析了其弯曲变形的能量损失系数。通过不同振动频率条件下的测试结果比较了CFRP丝和钢丝的阻尼特性及其与振幅之间的相关性。结果表明,两种材料的振动阻尼均随应变幅值的增加而单调增加,但两者的变化趋势有差异。在同一应变幅值条件下,CFRP丝的实测阻尼值比高强钢丝的小。高强钢丝的能量损失系数与振幅无关,验证了能量损失理论对高强钢丝材料的阻尼计算的适用性。但CFRP丝的能量损失系数实测结果较离散,且与振幅有一定相关性,在特定振幅范围内可采用能量损失理论计算CFRP丝的阻尼。     

氧化膜对耐热不锈钢试验喷管传热特性的影响

建立了耐热不锈钢试验喷管轴对称非稳态传热数值计算模型以及不锈钢在高水蒸气含量燃气中的氧 化动力学模型,研究了氧化膜对喷管传热特性的影响.考虑了燃气时壁面的辐射换热及材料热物性参数随温度的变化,分别计算了结构材料无氧化膜、氧化膜表面光滑、氧化膜表面粗糙情况下的内喷管温度分布,通过理论计算值验证了数值计算模型的合理性与可靠性.结果表明,耐热不锈钢表面氧化膜的低导热系数使喷管热阻增大,但较大的氧化膜表面粗糙度强化了传热,2种因素综合作用决定了氧化膜对喷管传热特性的影响,氧化膜起到了隔热作用,计算结果可为表面热应力腐蚀数值模拟提供数据支持.     

考虑齿数变化的拉削系统非线性振动分析

针对拉削加工过程中参与切削刀齿数目的动态变化而导致的拉削力波动特征,建立理论计算模型并试验验证拉削力分析的结果。基于拉削力理论模型,建立含切削时滞效应的拉削加工系统非线性振动模型。利用平均法求解得到拉削系统的振幅和相位的分岔方程,分析系统参数对振幅响应的影响。分析结果表明阻尼比、非线性刚度的增大能够减小拉削时系统的振幅,而工件厚度和切削力系数增大会使响应振幅增大,振幅随时滞的变化规律具有周期性。最后通过近似解析解与数值仿真的对比验证方法的有效性。     

水下蜂窝空腔覆盖层的隔声性能分析

针对驻波管隔声量测试过程中,透射管末端反射波难以消除并对测试结果有一定影响的问题,利用LMS Virtual.lab有限元软件建立了驻波管隔声量测试的仿真模型。在模型中设置无反射边界条件,基于该模型分析了蜂窝空腔覆盖层的隔声性能,指出蜂窝空腔覆盖层的隔声特性是阻抗失配、波型转换、阻尼损耗等多种机理共同作用的结果,蜂窝结构的胞元壁厚、胞元夹角、黏弹性材料的杨氏模量等参数变化对隔声量的影响较为明显。消除了入射管端面和透射管端面的反射波,并通过与解析方法的计算结果对比验证了模型的正确性。     

受静压力作用加筋板隔声性能研究

基于随机平面波声源建立混响声源激励的加筋板隔声计算模型,通过对试验模型数值计算,二者结果基本吻合;计算存在静压力时加筋板隔声特性表明,存在静压力时加筋板基频移动会致低频隔声量显著增加,压力增加到一定程度时隔声量基本不再增加;此刻为存在预应力的实际结构物隔声量计算提供参考。     

波数空间中活塞辐射体近场声压分布的计算及测试

在近场范围内,声源在任何平面上的声场都可以通过平面传播波和倏逝波的叠加来得到。以圆形活塞为例,在波数空间中利用角谱法求得其辐射声场的传播波和倏逝波的分布。借助数值分析方法,对圆形活塞声源声轴线上的声压进行计算,得到相应的近场声压分布曲线。由角谱法计算得到的近远场分界点与点源组合法所得结果一致。对不同声源半径时,不同辐射频率下的声压分布曲线进行比较,得出了近场声压的变化规律。阶梯圆盘在辐射理论上应等于对应圆形活塞的辐射。对设计的阶梯圆盘的轴向声压进行了测试,实验测试结果与理论计算结果基本吻合。     

Finite element simulation of nonlinear wave propagation in thermoviscous fluids including dissipation

A recently developed finite element method (FEM) for the numerical simulation of nonlinear sound wave propagation in thermoviscous fluids is presented. Based on the nonlinear wave equation as derived by Kuznetsov, typical effects associated with nonlinear acoustics, such as generation of higher harmonics and dissipation resulting from the propagation of a finite amplitude wave through a thermoviscous medium, are covered. An efficient time-stepping algorithm based on a modification of the standard Newmark method is used for solving the nonlinear semidiscrete equation system. The method is verified by comparison with the well-known Fubini and Fay solutions for plane wave problems, where good agreement is found. As a practical application, a high intensity focused ultrasound (HIFU) source is considered. Impedance simulations of the piezoelectric transducer and the complete HIFU source loaded with air and water are performed and compared with measured data. Measurements of radiated low and high amplitude pressure pulses are compared with corresponding simulation results. The obtained good agreement demonstrates validity and applicability of the nonlinear FEM     

有阻尼负载时圆柱壳的声传递特性分析

摘要 本文分析研究有阻尼负载圆柱壳的声波透射问题,从经典薄壳理论出发,给出有阻尼负载的圆柱壳振动微分方程,结合均匀流场中的波动方程,利用流-固耦合边界条件,给出了声波传递损失的公式,并计算了相应的算例,研究了有阻尼负载圆柱壳中的声波传递特性。分析了声波入射角度、阻尼厚度、壳体厚度等对声波传递损失的影响,得到了有意义的结论,旨在为工程设计提供参考。     

Galton型高强气流声源的发声特性

文章介绍了一款带中心杆的Galton型气流声源,通过试验和数值模拟方法,研究了该声源发声特性、进气压力对声场分布的影响以及流体介质对发声特性的影响.研究发现,该声源稳定发声时,共鸣腔内压力场与流场均呈周期性变化;不同进气压力下,声场空间分布基本一致,具有较强的声指向性.共鸣腔后侧轴线处,声压级达到最大值,为153 dB...     

基于EEMD和能量分离的风电机组传动系统的故障诊断方法

摘 要：针对风力发电机传动系统故障发生时难以有效提取识别问题，提出基于EEMD分解和能量分离算法的故障诊断方法。首先，对采集到的振动信号进行EEMD分解；然后，根据峭度和相关系数选取包含故障最多且与原信号相关性较大的IMF分量；最后，通过能量分离算法来估计选定的IMF分量的幅值包络和瞬时频率，用来进一步解调分析，实现故障的诊断与定位。通过对风电传动系统的实验数据和风场现场实际运行数据证实了提出方法的准确性和有效性。该方法在风电场的实际工程当中具有良好的应用价值。     

双层弹性-非弹性封闭腔体的内部声场研究

从球坐标中声波波动方程出发，利用本征函数展开方法和界面边界条件，导出了双层弹性封闭球壳的内部散射声场表达式。对于单位源强度的点声源，本文计算了分别由弹性/粘弹性和弹性/吸声材料组成的双层封闭球壳的内部散射声压随频率的变化关系。计算结果表明，粘弹性材料和吸声材料在某些频段对散射声压有十分明显的抑制作用。     

锯齿形尾缘喷嘴气动声学实验及数值分析

为了研究在低马赫数Ma=0.12条件下锯齿形喷嘴射流气动声学特性,对多种参数的锯齿形喷嘴射流速度剪切层外区域进行声压近场测量和远场测量。根据近场和远场的测量结果,分析声压从近场向远场发展的趋势。结合射流场数值模拟的结果,利用计算流体力学和气动声学知识,分析锯齿形尾缘喷嘴的湍流性能与近远场声压之间的关系。分析表明,在相同渗透度下,随着齿数的增加,噪声总声压级在整个指向范围有明显的降低。在相同齿数下,随渗透度的增加,锯齿形喷嘴降低低频噪声,增加高频噪声,呈现明显的指向性分布特点。     

次声相控阵列的聚焦特性研究

研究了提高非致命次声武器聚束能力和声强增益的方法。利用抛物面本身的自聚焦性能优化设计了一种新型的抛物面不等间距阵列。基于声场理论,计算出阵列声压分布;采用伪逆矩阵算法,数值仿真了与抛物面阵列中心轴垂直截面上以及中心轴上不同位置的声压分布。研究结果表明,不等间距抛物面相控阵列相对于传统平面阵列而言,声强分布的半峰宽度减小了16.7%,并且声强增益提高了48.6%,是较为理想的组合声源。通过仿真模拟论证了抛物面阵列的优越性,进而为次声武器的设计及研究提供了理论基础。