高压水射流切割系统的研究与设计

阐述新型水射流切割系统的工作原理,混合流体满足的能量方程,计算水射流的动压力,简要介绍水射流切割机的硬件电路设计及软件实现。讨论了局部阴力系数对动压力的影响,并给出算例。     

钴结壳水射流切削系统参数设计

为了避免刀具切削钴结壳时产生冲击载荷,提出了深海钴结壳水射流切削方法。采用仿真计算和实验测试研究了水射流系统参数与其切削性能的作用规律。仿真结果表明:水射流系统的工作压力、喷距和喷射角度是决定水射流切削能力的主要参数;其重要程度依次为工作压力、喷距和喷射角度;提高水射流系统工作压力是提高射流切削能力最有效的方法;在射流工作压力一定的情况下,为了提高射流的切削能力,射流的喷距宜小于4 mm(4倍喷嘴直径)内,射流的喷射角度约为13°。实验结果表明:提高射流的工作压力可以显著提高射流的切削能力,减小射流的喷距有助于提高射流的切削能力,射流的最优喷射角度约为13°。     

密封技术在水射流中的应用

简介了目前各个压力下水射流系统所使用的密封材料与型式，重点介绍了水射流系统中几种典型的密封型式和密封机理，最后指出了在水射流设备中密封技术的发展方向。     

基于FLUENT的磨料水射流抛光喷嘴的流场仿真

针对三种典型结构的磨料水射流喷嘴,基于多相流动的VOF模型,利用计算机流体力学的方法对磨料射流系统的高压水射流流场进行两相流的数值模拟,分析对比了三种结构喷嘴流场的速度、压力、紊动强度等参数。结果表明,锥柱形喷嘴具有较优的综合性能,适合作为磨料水射流抛光的宝石喷嘴;在锥柱形结构的基础上,针对三种不同的收缩角进行了数值模拟,结果表明,30度收缩角具有较优的射流特性。     

高压水射流切割的应用

工业先进的国家已将高压水射流切割技术广泛应用在轻、电子、机械、汽车、航空等工业部门。我国也已引起普遍重视。目前,在工业生产中实际使用的水射流压力已达到400MPa,在实验室条件下已能使水射流压力达到600～1000MPa。随着水射流压力的不断提高及其相应技术的进步,水射流技术的应用将不断扩大。     

高压水射流喷嘴设计及有限元分析

喷嘴是高压水射流破煤系统的关键部件,通过分析现有直线类型喷嘴,设计出具有收缩段、过渡段、平直段的流线型喷嘴,建立直线型和流线型喷嘴流道的几何模型和有限元模型,完成两种喷嘴流道的有限元分析,得到不同类型喷嘴流道水射流动压力场和速度场分布规律、流线型喷嘴结构应力与变形分布规律以及水射流流体与喷嘴内壁的耦合规律。通过分析计算得到不同过渡比的水射流动压、流速以及紊流分布规律,得出流线型喷嘴过渡比的最优值。实验结果表明:流线型喷嘴有较大的水射流轴向速度和动压力,比直线类型喷嘴破煤效率提高30%以上,具有良好的破煤性能。     

水射流机器人触觉临场感再现技术研究

介绍了一种新型水射流机器人触觉再现技术.该技术采用水射流提供机器人临场感触觉再现所需的压力刺激,触点阵列各触点处有一个与压力水源相连的开口水射流喷头,喷头与压力水源之间有电磁阀控制水射流的通断,当需要通过触点阵列为操作者提供触觉感觉时,触觉阵列相应触点处的喷头即与压力水源连通并喷射压力水流,水射流在操作者的皮肤表面形成压力斜坡,从而使操作者获得触觉感觉,由于水流可以带走皮肤表面的能量,因此操作者皮肤表面水流接触处还将形成温度斜坡触觉.压力斜坡和温度斜坡共同作用可以为操作者提供压力温度融合触觉感觉.     

水射流辅助截齿破碎钴结壳

建立了水射流辅助截齿破碎钴结壳的力学模型,通过仿真研究获取了水射流系统参数与截齿在钴结壳表面切出初始裂纹所需最小破碎力的作用规律。仿真结果表明:当水射流的作用点和截齿的作用点不重合时,水射流的辅助破碎不仅不能减小截齿所需的破碎力,反而会增加截齿所需的破碎力;当水射流的作用点和截齿的作用点重合时,水射流的辅助破碎能有效减小截齿所需的破碎力;与纯截齿破碎钴结壳相比,当水射流的压力为5 MPa时,截齿所需的破碎力下降幅度约为50%;随着水射流系统工作压力的增加,水射流系统的辅助破碎作用越强。     

我国高压水射流设备的发展方向

1．主机大型化。我国的高压水射流设备主权大路产品的机组功率多在55kw～130kw之间,压力100MPa以内。一些美欧同类产品机组动率多在100kW—300kW,压力15（）MP—200MPa,它们的典型参数可达功率500kW,压力lyJMRI～200Mh。在这种大机组技术优势影响下,国内有关企业也在...     

基于AMESim的水束发生系统设计与仿真

针对利用水射流加工的设备容易出现水束不稳定及脉动现象,影响其实际应用。设计搭建了水束发生系统实验平台,利用AMESim软件搭建水束发生系统的HCD模型,通过设置相应参数,对系统的主要性能进行分析。分析结果表明:选择合适转速能够减小水束的脉动率,蓄能器对不同转速下的水束脉动吸收作用明显,该系统最终出口压力可调且稳定,能够满足产生不同压力水束的需求。通过实验验证了仿真结果的正确性,为后续水射流实验提供了依据。     

基于有限元的大型模锻压力机钢丝缠绕动梁预应力测试

预应力检测对重型压机钢丝缠绕工艺来说至关重要。钢丝缠绕压机动梁结构复杂,缠绕时表面应力场分布无明显规律,测试难度大,目前动梁缠绕工艺的应力测试尚属空白,给工艺质量评价及工艺控制带来不便。应用有限元法对400 MN航空模锻压机动梁缠绕进行模拟,研究动梁缠绕时端面的应力场分布特征,确定动梁端面存在环形的径向、周向单向应力区,据此制定应变测量贴片方案,解决了重型压机动梁缠绕过程中预应力测试的难题。有限元计算结果与试验结果基本吻合,确保动梁缠绕工艺质量达到设计要求,也证实了这种基于有限元的应力测试方法的可行性。该方法对于其他复杂工程结构的应力测试具有借鉴意义。     

数控动梁龙门机床横梁水平自动调整装置

提出电子水平仪与数控系统之间的通讯连接用于监测动梁式数控机床的横梁水平,通过横梁受力变形理论分析与总结,提出电子水平仪与数控系统串口通讯,尝试对横梁进行实时连续的变形监测,数控系统根据采集的数据进行数据处理。     

三缸内燃泵曲轴负荷多学科仿真研究

曲轴是三缸内燃泵的重要运动和功能零件.通过热力学、系统动力学、流体力学分析得到连杆对曲轴的作用力.建立了能真实反映曲轴实际工作状况的全接触有限元分析模型,考虑连杆荷载、重力、角速度、摩擦力,对各缸作功或吸气冲程中曲轴的接触应力、摩擦应力和Yon Mises应力进行了计算,第2缸曲柄销应力小于第1缸,第1缸小于第3缸.各种情况下摩擦应力为接触应力的3％左右,最大Von Mises应力发生在主轴颈的过渡圆角处.曲轴疲劳安全系数约为2.85,满足要求.     

Anti-plane analysis of functionally graded materials weakened by several moving cracks

This paper considers several finite moving cracks in a non-homogeneous material. The shear modulus and mass density of the plane are considered for a class of functional forms for which equilibrium equation has analytical solutions. The distributed dislocation technique is used to carry out stress analysis in a non-homogeneous plane containing moving cracks under anti-plane loading. The solution of a moving screw dislocation is obtained in a non-homogeneous plane by means of Fourier transform method. The stress components reveal the familiar Cauchy singularity at the location of dislocation. The solution is employed to derive integral equations for a plane weakened by moving cracks. Finally several examples are solved to show the effects of the material non-homogeneity and speed of cracks on the stress intensity factors.     

风洞敏感流场测量的二维精密数控移测系统设计

讨论了在风洞试验段有限空间和气动载荷条件下,针对低扰动、高刚度、高精度移测系统的机械和控制设计要求。给出了保证系统精度、刚度、准确性、实时性、同步性的设计方法和方案。所研制的移测系统经风洞吹风试验验证,满足了设计要求,其综合性能指标优于进口同类设备。对高速和低速大型生产性风洞移测系统设计有参考价值。     

Numerical analysis of welding residual stress using heat source models for the multi-pass weldment

Numerical prediction of welding-induced residual stresses using the finite element method has been a common practice in the development or refinement of welded product designs. Various researchers have studied several thermal models associated with the welding process. Among these thermal models, ramp heat input and double-ellipsoid moving source have been investigated. These heat-source models predict the temperature fields and history with or without accuracy. However, these models can predict the thermal characteristics of the welding process that influence the formation of the inherent plastic strains, which ultimately determines the final state of residual stresses in the weldment. The magnitude and distribution of residual stresses are compared. Although the two models predict similar magnitude of the longitudinal stress, the double-ellipsoid moving source model predicts wider tensile stress zones than the other one. And, both the ramp heating and moving source models predict the stress results in reasonable agreement with the experimental data.     

位置随动系统轨迹规划算法研究

位置随动若完全依靠伺服系统对目标信号的响应,则会产生加速度过大而超过系统的响应能力,出现系统的振动和抖动等现象,控制难度大。若系统能根据随动目标动态实时地进行运动轨迹规划,则系统运行会更加平滑,控制难度大大降低。把随动系统分为移动定目标随动和移动不定目标随动两类,提出用5次样条曲线规划移动定目标随动轨迹的通用算法,实现整个随动过程速度、加速度和加加速度的连续,从而使得随动跟踪运动非常地平滑;提出移动不定目标随动轨迹实时S曲线规划算法,实现随动目标轨迹实时地计算,使得系统在多段随动轨迹间切换时速度、加速度的连续,保证随动跟踪运动的平滑性。     

作平面复杂运动滚子从动件平面凸轮廓线设计

运用运动倒置和坐标变换原理，研究解决了最复杂也是最具一般性的作平面复杂运动滚子从动件平面凸轮的廓线设计问题。     

基于主动磁化的钢板应力测量性能提升方法研究

提出一种提高基于磁弹效应的钢板应力测量灵敏度和一致性的方法。从力磁耦合理论模型出发,分析强磁化和弱交流磁化对力磁耦合所起的作用：强磁化能通过降低初始磁导率和统一力磁耦合参数,提高应力测量的灵敏度及一致性;弱交流磁化提供小幅振荡磁场,能有效消除干扰磁场影响。开展了基于磁弹法的钢板应力测量有限元仿真研究,表明当初始相对磁导率较低时,应力作用下的钢板法向磁感应强度变化率较大,即应力测量灵敏度较高。开展了不同强磁化条件下不同厚度钢板的拉伸试验,测量其法向磁感应强度变化。实验结果表明：与未磁化相比,强磁化后钢板应力测量灵敏度有数十倍提升,一致性有数倍至百倍提高。其中,3 mm厚度钢板采用单磁铁移动磁化方式的应力测量灵敏度和一致性参数提高至1.665 mGs/MPa和2%;5 mm厚度钢板采用双磁移动磁化方式的应力测量灵敏度提高至1.41 mGs/MPa,采用单磁铁移动磁化方式的一致性参数提高至0.2%;7 mm厚度钢板采用双磁铁移动磁化方式的应力测量灵敏度和一致性参数提高至1.2 mGs/MPa和1.8%。     

差厚激光拼焊板盒形件的数值模拟研究

拼焊板技术在汽车制造业中得到了广泛的应用。焊缝存在是拼焊板成形性能降低的一个重要因素,因此研究控制焊缝移动非常重要。通过对盒形件拉伸的应力分析,得到焊缝移动规律;基于非线性隐式算法,选用各向异性屈服准则,采用阶梯压边圈,精确建立了焊缝模型,对盒形件拉深进行了数值模拟,并与试验结果进行了比较。通过对模拟结果的应力、单元厚度分析,比较模拟和试验的吻合程度,验证了应力分析和模拟的正确性。