深海带电插拔连接器力学特性分析

以水下7 000 m工况的深海带电插拔连接器为研究对象,旨在获得湿插拔连接器在深海双重高压下的受力特性和插拔过程中的动密封性能。介绍连接器的插头结构与压力补偿技术;推导压力补偿器工作容积的计算公式;运用Ansys Workbench建立插头内壳体组件与插孔组件的动密封有限元模型,对内壳体、压力平衡膜及内胆进行强度计算;分析由连接器插拔引起的平衡膜内外瞬时压差对膜的应力分布及变形情况;讨论密封件径向压缩量、密封接触面摩擦因数、插拔速度对插拔过程中动密封性能的影响。结果表明:插头插合时,平衡膜外表面应力基本不变,其变形减小;拔出时,平衡膜外表面的应力及变形都逐渐增大。密封件之间的接触压力受密封接触面过盈配合量的影响明显,增大过盈配合量可显著提高动密封区域的接触压力及密封性能,同时也会加剧密封件失效的可能性,密封接触面的摩擦因数、插拔速度对接触压力的影响则较小。     

50 kW双透平气浮转子系统动力学特性研究

本文以海洋温差能发电为背景,设计了以气体轴承为支撑的50 kW双透平转子系统。应用ANSYS分析软件,对50 kW双透平转子系统进行动力学仿真计算分析,首先采用模态分析法求得了转子系统各阶临界转速及固有频率;其次,基于模态分析进行谐响应分析,得到叶轮径向幅频特性曲线,验证了转子系统能保持稳定运行;最后,对叶轮进行了离心应力分析。结果表明:双透平转子系统的临界转速为16 241.0 r/min,设计的工作转速符合安全裕度;系统在受到外界激振力时叶轮不会与喷嘴发生碰撞;叶轮的最大变形发生在叶尖处,且从叶片顶部到根部逐渐减小,最大应力发生在叶片顶端靠近轴孔的根部,叶轮在工作时不会损坏叶片。研究结果可为双透平试验与结构优化提供一定的理论依据。     

钛表面微凹凸织构的激光加工及其细胞黏附研究

钛以其优异的力学性能和良好的生物相容性而被广泛用于制造医疗植入体。为提高钛在人体内的稳定性、抗菌性等,需对其表面进行修饰改性。本研究采用飞秒和皮秒激光在钛表面加工出微凹槽和微凸起结构,对比了两种激光技术在钛表面加工的微凸起和微凹槽结构在表面形貌、亲疏水性和生物相容性等方面的差异。表面形貌、轮廓、元素的表征结果表明两种激光加工结构的尺寸主要受能量密度的影响,而形状受光斑重叠率的影响较大,皮秒激光加工表面的氧含量较高。由于飞秒和皮秒激光改性钛表面微织构形貌的差异,水接触角(以下简称“接触角”)从初始的40.25°分别降为9.88°和0°。通过对比样品在空气、真空、生理盐水中保存3 d后的表面接触角发现,皮秒激光加工样品表面能保持稳定的超亲水性;经硅烷处理后,飞秒激光改性表面的接触角可达152.80°,而皮秒激光改性表面的接触角为146.38°。细胞黏附和增殖的实验结果表明飞秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于细胞的黏附和排列,而皮秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于促进细胞的铺展和迁移。     

静压主轴轴心轨迹的主动控制

为实现活塞椭圆销孔加工的新方法,需要主轴轴心沿着期望的小椭圆轨迹运动。对一种液压伺服回路系统进行深入研究,利用回路中的电液伺服阀来主动控制轴心的运动轨迹。首先建立主轴的动力学方程,并联立雷诺方程、流量连续性方程及承载力公式,获得了轴心运动坐标与电液伺服阀控制参数的定量关系。最后利用MATLAB软件得到轴心运动轨迹为椭圆时,伺服阀的控制参数及静压油腔的压力参数,这为活塞椭圆销孔精密加工新方法的后续实现奠定了理论基础。     

基于Fluent的螺带式混凝土搅拌主机数值分析

使用计算流体力学软件Fluent数值分析了螺带式双卧轴搅拌主机搅拌槽的三维流场,采用欧拉模型、动网格技术和用户自定义函数,在搅拌速度、搅拌叶片螺旋升角、搅拌时间不同的条件设置下,利用粒子示踪法(PTM)数值模拟了物料在搅拌槽内的搅拌混合过程,用搅拌时间评价搅拌主机的搅拌效率。对不同速度下的湍流动能和速度矢量分析。比较得出该型搅拌机较优的搅拌速度、搅拌叶片螺旋升角及搅拌桶长宽比等主机参数。最后通过搅拌试验验证仿真结果数据的可靠性。     

自动化脉冲流镀设备及其应用

设计并制造了针对内孔类零件电刷镀修复的自动化脉冲流镀设备,其主要由镀笔主轴、三向数控工作台、镀液分离回收系统、工件夹具(以发动机连杆为例)、控制系统5部分组成。该设备能够为流镀过程提供脉冲(PC)和直流(DC)两种电源,可以精确控制镀笔3个方向的运动轨迹和速率,并能保证工作过程中6种镀液互不混合、循环利用。采用该脉冲流镀设备分别在直流电流和脉冲电流条件下制备了纳米复合镀层。与直流镀所得镀层相比,脉冲镀所得镀层更加均匀致密,Al2O3纳米颗粒含量更高,显微硬度更高,残余应力更低,耐磨性能更佳。     

基于模态分析的机床床身优化设计

为提高平面光学元件抛光机床的加工精度,对其床身进行模态分析,得到机床结构固有的振动特性,实现对机床床身的优化设计。首先,通过3D建模软件构建机床模型,并将其导入ANSYS有限元软件中进行模态分析,得出机床的前几阶固有频率和振型;然后,根据模态分析结果对机床横梁和立柱进行优化设计,得出优化结构;最后,对优化后结构进行模态分析,并将结果与优化前分析结果进行对比。对比可得,优化后的机床床身前三阶固有频率分别提高15.61%、14.63%和16.07%,有效提高机床稳定性,提高工件加工精度。     

基于FEM/IBEM的金刚石圆锯片振动噪声及其频谱分析

采用有限元和边界元联合分析,构建金刚石圆锯片的声辐射模型。以2200mm金刚石圆锯片为例,建立金刚石圆锯片的二维有限元模型,采用Lanczos法得到金刚石圆锯片的固有频率振型,再通过模态叠加计算金刚石圆锯片在轴向激励下的振动响应。将金刚石圆锯片的速度作为声学边界元模型的边界条件,计算金刚石圆锯片的辐射噪声。结果表明:金刚石圆锯片轴向模态比较容易激发,具有较强的声辐射能力,某些频率下声辐射功率达到110d B以上;节圆数极大影响金刚石圆锯片的声辐射功率;金刚石圆锯片结构具有轴对称性,其辐射声场分布也呈现对称性;主轴线上声压级相对于其他方向(不考虑-10°-10°,170°-190°范围)声压级低。数值仿真计算为金刚石圆锯片的降噪措施的制定提供了一定的参考。。     

基于STEP的异型螺杆数控加工技术

为了适应异型螺杆集成制造技术的发展趋势,研究了螺旋面的STEP数据模型和内旋风铣削技术,提出一种基于STEP的异型螺杆数控加工方法。研究了螺旋面的STEP数据模型和几何信息的提取方法;给出了利用非均匀有理B样条模型获取螺旋面参数的方法;研究了螺旋面的内旋风包络铣削加工工艺及其刀轨计算方法;针对异型螺杆设计了一种计算机辅助制造系统,该系统包括STEP文件读取分析、特征识别、刀轨计算、刀轨验证、后处理等模块,实现了异型螺杆的设计系统与数控加工系统之间的有效集成。该系统的主要功能已实现并在实际加工中获得了验证。     

产品方案低碳设计研究综述与展望

温室气体(GHGs)排放是全球气候问题日益严重的重要原因,成为人类社会面临的共同挑战。产品设计阶段对其生命周期的环境产生重要影响,低温室气体排放产品的设计和开发对于缓解气候变化至关重要。聚焦于产品方案低碳设计的“设计-评价-再设计”过程,围绕产品方案的低碳设计信息建模、碳足迹评估、低碳决策优化以及低碳设计工具开发四个方面,分析了其研究的现状与应用场景。针对现有产品方案低碳设计研究存在的设计信息关联难集成、清单数据动态难获取、设计信息海量难优化、设计工具分散难融合等问题,提出了产品方案低碳设计的发展愿景和研究方向：1)复杂映射关联机制下的设计信息集成建模,2)融合设计场景的碳足迹评估策略,3)低碳设计多目标、多阶段智能决策优化方法,以及4)低碳设计集成工具开发。