基于数值风洞的天线动态风载特性分析

基于Reynolds时均N-S方程,采用雷诺应力(reynolds stress equation model,RSM)湍流模型,对位于大气边界层中的平板天线表面风压进行了数值分析,分析了天线工作面风压的分布特性。系统研究了方位角、仰角变化对天线风载特性的影响规律,并与工业风洞试验结果进行比较。计算结果表明:大气边界层中天线动态风载特性的变化规律与工业风洞试验结果一致,但风剖面的不同使得两种方法得到的风力值并不相同;进一步研究了仰角变化对大气边界层中天线风载特性的影响规律。通过对天线风压和风载的数值计算,得到了转动过程中天线风载的变化规律。     

矩方法在粒径分布测量中的应用

在利用光全散射法测量颗粒粒度的研究中,如何正确选择并使用反演算法来对颗粒粒径分布信息进行重建是非常关键的。根据光全散射法的相关基本原理,提出了一种基于矩方法的反演算法,对多组光源下的消光值进行多项式拟合,提取系数得到对应矩阵方程的形式,从而求得粒径分布函数的各阶原点矩mk。实际上,球形颗粒粒径分布的各阶原点矩与粒径分布的许多特性相关,并且可以为球形颗粒系统的粒径分布反演提供一个尺度,这样将原有的复杂反演方法转换为求解矩阵方程。该方法具有原理简单,计算速度快等优点,能够满足颗粒粒径在线测量的要求。     

软性磨粒流磨粒入射壁面过程及其加工特性研究

针对利用两相流模型无法计算高浓度固—液两相流固相颗粒撞击壁面时颗粒速度的问题,提出一种边界层内颗粒运动轨迹计算模型,基于Mixture两相流模型和Realizable k-ε湍流模型仿真计算结果,通过分析提取颗粒入射前速度、计算边界层厚度、建立边界层内速度场和颗粒运动分析可以得到颗粒撞击壁面时的速度和入射角度。分析加工表面动压力分布和磨粒体积分数分布,结合两种结构约束流道验证仿真结果与加工效果的对应关系。通过对试验结果的分析,为约束模块的设计提供依据。研究结果表明:磨粒入射速度、磨粒体积分数和加工表面所受动压力大小直接影响工件加工效果,并与材料去除量成正相关关系;在本次试验中选择的工艺参数导致加工材料去除量小,适合初始粗糙度低的工件表面加工,对于此次试验的初始粗糙度应在0.2μm以下;约束模块的设计除了要考虑磨粒流流场特性之外,还要对加工表面的原始加工痕迹作详细了解,为约束模块的设计及加工工艺参数提供参考。     

纳米颗粒团聚双峰分布机制研究

利用全自动激光粒度分析仪,对无水乙醇作为分散剂的纳米羟基磷灰石微粒的团聚过程及规律进行了研究,对纳米颗粒团聚时产生的双峰分布现象进行了研究。研究表明,纳米颗粒自身结构是纳米颗粒团聚时出现双峰现象的根本原因,纳米颗粒悬浊液中所存在的一定程度的能量起伏、质量起伏和Brown运动及热运动是产生双峰现象的重要条件;在纳米颗粒团聚过程中存在软团聚和硬团聚2种团聚形式。     

噪声动态光散射数据Tikhonov与截断奇异值正则化反演

Tikhonov与截断奇异(TSVD)正则化是动态光散射数据反演中的两种重要方法,不同的正则化方法会对噪声DLS数据测量结果产生不同的影响。分别采用二阶差分矩阵的Tikhonov与TSVD方法,在6种噪声水平下,对宽窄不同的单峰与双峰分布颗粒进行了反演研究。结果表明:Tikhonov具有较好的光滑性;对于单峰分布颗粒,TSVD峰值误差更小、对于窄分布以及强噪声宽分布颗粒系反演,其抗噪性能更强、反演误差更小;对于双峰分布颗粒,Tikhonov具有较小的反演误差、较强的双峰分辨能力与抗噪声能力;对于窄分布颗粒的反演,一般TSVD峰值误差更小。在同样噪声情况下,Tikhonov与TSVD的双峰分辨力与颗粒的粒径峰值比有关。Tikhonov双峰分辨力较强,能够分辨出峰值比较低的颗粒。对实测200nm单峰颗粒进行反演,Tikhonov、TSVD的反演峰值误差分别为3%和1.85%,TSVD峰值位置更准确,能够验证模拟数据的结论。     

汽轮机叶片级联的计算数值模型和相关边界条件研究

描述分散相总体的动量方法是矩量法,采用矩量法中的液滴尺寸分布函数方程。该方法利用尺寸分布密度的下阶矩来描述液滴的生长和成核过程。该方法的优点是只求解了少量的液滴尺寸矩的输运方程,而不是在方法中处理大量的输运方程,分解成分数。     

平行圆板径向湍流不可压缩边界层的近似解

为研究两平行圆板间不可压缩径向扩散流动的规律,从动量积分方程出发,推导出在采用双对称收缩段供气的圆盘止推气体轴承中,描述平行间隙内湍流不可压缩无因次边界层厚度与无因次半径比之间变化规律的新公式;采用湍流边界层中的幂次速度型假设,分析得到两平行圆板间径向流动的速度分布的近似解。利用数值模拟的方式,计算得到圆盘气体轴承平行间隙内部的速度分布,并与近似解进行比较。结果表明,新公式能够比较准地反映边界层厚度的发展过程,从而能迅速得到平行间隙内部的速度分布特点。     

展宽机织复合材料破片高速冲击仿真模拟研究

本文基于数值仿真方法研究了展宽平纹机织复合材料平板在金属破片高速冲击载荷作用下的失效行为。在显示动力学求解软件LS-DYNA~?中建立了平纹机织复合材料的宏观精细化有限元模型,通过多尺度分析计算得到单层机织复合材料的等效力学性能,采用经典的Chang-Chang失效准则评估复合材料靶板的冲击损伤和失效行为。通过平板高速冲击试验确定了材料在特定冲击条件下的临界穿透速度范围和典型破坏模式,并与数值仿真结果对比,验证了数值模型的准确性。在此基础上,采用所构建的冲击仿真模型研究了平纹机织复合材料在不同冲击速度(0.1～0.8 km/s)载荷下的侵彻失效特性。研究结果表明:展宽机织复合材料平板在承受高速冲击载荷过程中,中间层受压缩损伤区域较小,靠近边界层损伤区域较大;随着冲击速度的增加,机织复合材料平板受压缩损伤区域减小;在冲击速度为0.2～0.8 km/s下,平板吸收能量与破片冲击速度呈近线性关系。     

合成进口湍流方法在大涡模拟中的应用

进口瞬态湍流波动条件直接影响大涡模拟的精度.在亚音速平板湍流边界层上研究并验证更适合工程应用的进气道湍流产生技术.采用涡旋识别方法和数值纹影图研究边界层相关结构的变化特征,发现相干涡旋整体结构基本较短,呈现出马蹄形涡旋或涡旋环,平均速度分布遵循线性律、对数律和尾迹律等经典壁面律.     

基于概率加权矩的无模型抽样

为了提高可靠性分析的精度,提出了一种改进的基于概率加权矩的无模型抽样方法。该方法同时以样本的概率加权矩和经验分布函数为约束条件来产生大样本,从而保证了目标样本局部统计信息和全局统计信息与原始观测样本信息的一致。所提方法还对目标样本初始点的选择方法进行了改进,使得目标样本能更快收敛于真解。数值算例验证表明,在拟合经验分布函数时,基于概率加权矩的无模型抽样在局部统计信息、全局统计信息的一致性以及收敛速度方面均优于传统的无模型抽样。     

周期性壁面吹吸扰动在湍流边界层内的发展演化

用IFA300热线风速仪和双丝热线探针,在风洞中精细测量施加不同频率周期扰动前后的平板湍流边界层不同流向和法向位置的流向和法向速度分量的时间序列信号,采样频率高于Kolmogorov耗散时间尺度对应的频率。采用周期相位平均技术,从湍流边界层瞬时流向和法向速度分量信号中提取周期扰动速度信号的周期相位平均波形。对不同频率的扰动波在湍流边界层内沿流向和法向的衰减进行实验研究,测量不同扰动频率的流向、法向速度分量的扰动振幅在湍流边界层内沿流向和法向的分布,应用流动稳定性理论,计算扰动信号幅值的增长率在湍流边界层内沿流向和法向的分布,并与已有的理论、计算和实验结果进行对比分析。     

层流边界层的直观模型

在流体力学中,边界层的概念十分重要。首先用近似方法给出无限长边界处速度扰动在半空间流体中的一维传播定性规律,在此基础上通过引入层流边界层的直观模型,仅通过运动学角度的几何分析,给出了层流边界层的形成及厚度演化过程的直观描述,并总结了平板层流边界层形成的物理及几何条件。     

基于曲线不变矩和2d-HMM的轴心轨迹自动识别系统

分析旋转机械轴心轨迹的特点,构建出以曲线不变矩为特征,用二维隐马尔夫模型(2d-HMM)进行分类的轴心轨迹自动识别系统。该系统综合应用小波滤波、曲线不变矩、2d-HMM理论,实现识别过程的自动化,并通过实验验证了它的有效性。     

气垫带式输送机气垫横向出流理论模型的研究

以流体力学缝隙流流动理论为基础,给出气垫横向出流简化的N-S二维流动方程和连续方程,并对气垫缝隙流的具体流动模型展开了讨论。目前一些文献多将气垫简化为平行平板缝隙流流动模型,基于气垫厚度沿横截面分布的研究,本文提出了斜平板缝隙流流动模型。给出2种模型的气垫压力分布曲线,运用CFD软件对2种模型作了数值模拟,结果表明由斜平板得到的气垫压力分布曲线与静力平衡得到的更接近,所以用斜平板缝隙流流动模型来解释气垫横向出流比平行平板流动模型更合理。     

一种新型液力变矩器变矩性能的研究

研究新型液力变矩器变矩性能问题。液力变矩器可以实现自动变速,但是传统液力变矩器变矩范围小,必须与机械变速箱配合使用才能满足汽车变速的需求。针对上述问题,提出一种泵轮、涡轮、导轮沿径向分布的新型液力变矩器,并分析其工作原理和变矩性能。针对性地建立新型液力变矩器的计算流体力学(CFD)模型,并对不同速比工况进行计算。分析了优化后变矩器流道中间面流线分布情况、叶片表面压力分布情况,着重分析了不同工况时的变矩比,并进行试验研究。结果表明新型液力变矩器内部可以形成完整的椭圆形循环圆,工作液流可沿设计路径作用于叶片工作面,变矩范围增加明显,起动性能良好。研究结果可为液力变矩器变矩结构性能优化设计提供一定的参考依据。     

汽车起重机刚柔耦合振动特性研究

针对某型号汽车起重机,根据多体系统传递矩阵法,建立了包含柔性臂的多刚柔体系统动力学模型,研究了起重机系统的频率响应,分析了起重机在起升过程中的冲击载荷特点,计算了起重机系统的冲击响应。根据弹性形变与应力的关系,推导出了动应力计算公式,求出了柔性吊臂在起升冲击载荷作用下的动应力分布并与试验结果对比。研究了不同衰减系数的电机对吊臂最大动应力的影响。     

双峰轧制压力形成因素的数值模拟

在一定条件下的平板轧制过程中,变形区内的轧制压力分布会出现双峰状态。针对文献中的试验条件,采用显式动力学弹性有限元法对平板轧制过程进行数值模拟,模拟结果与试验值基本相符,且轧制压力呈现双峰分布状态。通过对轧制模拟过程中轧件咬入阶段和抛钢阶段的分析,可以得出轧件弹性后外端是引起轧制压力出现峰值的一个原因,接触摩擦力和弹性后外端的共同作用使轧制压力呈现双峰分布状态。     

盒形件固体颗粒介质板材成形工艺研究

固体颗粒介质板材成形工艺是采用固体颗粒微珠代替刚性凸(凹)模(或弹性体、液体)的作用对板材拉深成形的新工艺。选用非金属固体颗粒介质——GM颗粒作为研究对象,以固体颗粒介质在高应力水平下的体积压缩试验和摩擦强度试验为基础,应用散体力学理论中扩展的Drucker-Prager线性模型构建固体颗粒介质有限元材料模型。以具有非轴对称性的方盒形件为代表,进行固体颗粒介质成形工艺的有限元模拟,研究成形过程中板材的流动特征和壁厚分布规律。工艺试验成功得到方盒形零件,将加载曲线、成形过程变形特征和壁厚分布曲线与数值模拟结果比对较为吻合。分析表明,采用以散体力学为基础建立的固体颗粒介质材料模型进行工艺模拟,能够得到与试验较为接近的变形特征和力能参数,可以应用于制定工艺方案的依据,为该技术在板材成形中的应用起到指导和借鉴作用。     

平板传热对气膜冷却的影响

对不同平板厚度的圆柱孔平板气膜冷却模型进行了数值研究,其中冷却空气入射角均为35°,湍流模型采用Standardk-ε湍流模型。所研究的模型分为单孔模型和排孔模型,板的厚度分为4mm、2mm及0mm。文章的重点在于分析平板的传热对气膜冷却效果的影响,研究结果显示气膜冷却效率沿主流方向逐渐降低,当吹风比为0.8时冷却效率最高,平板内部导热对气膜冷却效率及平面温度分布有较大影响。     

一种基于模糊边界层的转台伺服系统滑模控制器设计

针对飞行模拟转台位置伺服系统中存在的非线性摩擦环节,设计了一种补偿摩擦的模糊边界层滑模变结构控制器.在常规的准滑模变结构控制中引入模糊控制,利用模糊控制器来动态调整滑模边界层的厚度.通过MATLAB仿真,结果表明该控制器较好地协调了常规固定边界层滑模控制鲁棒性与平滑控制抖振之间的矛盾,有效地抑制了摩擦力矩的影响,保证了系统的快速性和鲁棒性,实现了高精度的位置跟踪.