风力机叶轮设计与有限元特性分析

以NACA4412翼型为叶片截面形状,基于葛劳涡(Glauert)理论,利用有限元方法对叶轮在不同气动载荷下的转矩和功率特性进行了研究。计算结果表明,叶片微元的功率随着叶片半径的增加而增加,驱动叶轮旋转的动力主要产生于叶尖附近;整个风力机的转矩和功率均随着风速的增大而增大且与理论公式计算结果基本一致;通过有限元方法验证了所设计叶轮的最佳尖速比为6,证明了所使用有限元法的有效性和可靠性。研究结果为叶片的优化设计与加工提供了参考,具有实际应用价值。     

风能-流体升压节流致热效应的实验研究

依据流体节流与摩擦学原理对风能致热效应进行了研究分析与实验。在800W实验装置上，取得了3小时内工质温升近50℃的实验结果，温升曲线与理论分析计算相一致。提出的能量与换热方程，可准确预测风致热装置内工质温升并可作为其换热器的设计依据。分析指出：风力致热的能量利用率高于风力发电的值；风力致热的工质应综合考虑其粘性、定压比热、密度、节流微分效应、温度—饱和蒸汽压力值等因素后优化确定；风轮、液体泵、节流器参数的确定应兼顾额定工况风能利用率及系统的变工况性能.     

仿竹设计在无人机起落架结构中的应用

应用于无人机的滑撬式起落架多使用弓形梁结构,几何特征上梁是一种细长弹性体,与竹子结构(具有较大细长比)相似.为了提高滑撬式起落架的结构性能,首先参考竹子的微观结构,设计了三种类维管束的仿生圆管,采用有限元法对仿生管轴向与径向碰撞吸能进行了仿真与计算;其次通过有限元静力学与动力学分析,对比了原结构与仿竹结构在相同载荷下的力学性能.仿真结果表明:静力学分析中,仿竹结构的最大应力相较于原结构降低约44％,并改善了弓形梁与滑筒连接处应力集中现象;动力学分析通过多工况模拟了起落架可能出现的平稳着陆与非平稳着陆,采用仿竹结构多工况的最大应力平均降低约22％,有效地提升了着陆性能.     

定位误差分析与计算在机床夹具设计中的应用与研究

定位误差分析是机械设计、制造及其自动化生产中的重要环节,直接决定加工零件的加工质量和生产成本,也是制约生产效率提高的一个瓶颈问题,分析了定位误差产生的原因、定位误差的计算方法及其在典型零部件加工过程中应用,揭示定位误差存在的本质,即是由基准不重合误差和基准位移误差两方面因素共同作用的结果,为减小定位误差提供了科学的研究基础。     

小麦脱皮机转子的轻量化设计

针对脱皮机转子的受力特点与工作要求,以转子结构参数作为输入变量,转子在工作载荷下的最大变形量、固有频率、最大应力为状态变量,以转子的设计重量为目标函数,采用响应面法和中心复合设计方法对转子进行轻量化设计。设计的试验涉及150个样本点(组)的数值计算,筛选得到了3个复合状态变量约束的优化候选点。通过该方法,在保证结构强度、刚度以及整机动态稳定性的条件下,转子最大可减重73.6kg,与原结构相比质量减少了35.16%,其最大应力降低了12 MPa。说明轻量化设计方法可在满足机器性能的前提下显著降低脱皮机转子的质量。     

电热冷联产的新压缩空气蓄能系统

提出一个将压缩空气直接在空气透平中膨胀做功发电,并产出热量和冷量的新压缩空气蓄能方法。分析了该新压缩空气蓄能系统工作的不可逆循环,并建立了仅忽略所有换热器流动阻力损失的该蓄能系统之能量转换利用率（η）计算方程式。用该方程分析研究了空气透平膨胀机与压缩机等熵效率、压缩机排气热能度、空气透平排气冷量度、换热器传热温差和空气压缩比等参数对系统η值的影响,发现空气透平等熵效率提高对η值的贡献大于压缩机效率同样提高的功效;在其它参数确定时,存在最佳压比,可使系统的能量转换利用率在该条件下达极值。分析表明：电热冷联产新压缩空气蓄能系统的能量转换利用率可达0．8左右。     

垂直轴螺旋型风轮-光伏电池互补发电装置

提出一种新型的垂直轴式阻力差螺旋型风轮-光伏电池互补智能化控制发电照明系统。风力机由相互缠绕的两螺旋面叶片构成，通过优化螺旋面的曲率、螺距、风轮高度等几何参数，优化设计风速下风力机的叶尖速比值，提高了风能利用率；通过智能化控制不同风速下的风-光互补性能，提高了灯具的整体节能水平与智能化控制效果，延长了蓄电池的使用寿命。该垂直轴螺旋型风轮－光伏电池互补发电技术可向偏远村落、海岛渔民供电等应用领域拓展。     

基于有限元的圆锥螺旋MEMS弹簧非线性分析

弹簧作为控制机件运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量的基本机械零件,它的作用在微机电系统（MEMS）中不可替代。设计一种应用于MEMS的圆锥形微弹簧,通过有限元方法对圆锥微弹簧非线性接触状态下,所表现的弹性特性进行了计算,得到微弹簧弹性特性曲线,并对微弹簧的非线性特性进行了分析,结果表明圆锥弹簧的刚度具有明显的非线性。有限元计算结果与理论公式计算结果基本一致,说明了采用有限元方法的可靠性。这种方法的采用对于微弹簧的优化、设计与加工具有实际意义。     

采用镜像对称方法的风机叶片结构补偿

耦合载荷引起的叶片挠曲变形一直以来是制约风力发电机安全性、可靠性提升的瓶颈问题。采用基于镜像对称方法的结构补偿技术对其结构进行优化，首先建立了风力发电机的三维模型，对其流固耦合特性进行分析；其次，根据叶片的节点变形建立风力发电机的参数化模型，采用中心复合设计方法生成了81组样本点；最后，采用直接镜像对称补偿方法和基于优化设计理论的镜像对称方法对叶片结构进行补偿，经对比分析可知，采用镜像对称补偿方法与基于最优化设计理论的镜像对称方法均可有效缓解因气动载荷而引起的风力发电机叶片结构挠曲变形，但前者可以在有效保证补偿结果的前提下节约大量的计算资源。     

飞机起落架的动力学分析与拓扑优化研究

针对某型飞机前起落架质量大、收放困难等问题,利用三维软件建立了飞机前起落架的三维模型并将其导入于Adams中,建立了适应于Adams软件飞机前起落架的动力学仿真模型,然后对其进行了着陆动态仿真分析,仿真结果与实际非常吻合,并利用动力学分析得到的工况条件,基于变密度法与优化准则法对飞机前起落架扭力臂结构进行了拓扑优化设计,计算结果表明,在满足刚度与强度的条件下扭力臂质量减小了2.72kg,减小幅度为25.4％,对飞机起落架的结构优化设计具有一定的参考价值.