小型强化内燃机燃烧室爆震流场及波致疲劳模拟

为了研究小型强化内燃机燃烧室在爆震工况下的可靠性,本文以小型强化内燃机热力学系统简化模型为基础,建立了燃烧室内热力学参数之间的数值关系。基于Rover K16内燃机模型,采用有限元模拟燃烧室爆震现象,对活塞进行热-机耦合仿真,预测活塞进行爆震工况下的寿命。通过改变缸内空燃比,得到了不同工况下的缸压曲线,验证了爆震激励实验。研究结果表明：爆震的发生没有使应力超过活塞的强度极限,但大幅度增加了活塞的应力及变形值,而且改变了活塞的危险点位置。活塞顶面外缘压力最大,达到210 MPa,远超过燃烧室中心高压区域的初始赋值。最先发生破坏的位置在活塞顶面中心、活塞内腔交界处及第1气环处,计算得到内燃机可连续运行249 398 km,达到规定里程22万km。本文方法能够有效模拟爆震冲击波对活塞寿命产生的影响,对小型强化内燃机爆震工况下的寿命预测起到指导作用。     

燃气轮机燃烧室过渡段冷却结构尺寸优化设计

通过选择导流衬表面冷却孔直径作为尺寸优化的设计变量,运用二次回归正交组合试验设计方法合理分布试验点,并结合最小二乘法构造出燃烧室壁面温度及冷空气出口压强关于冷却孔直径的响应面模型,研究了燃气轮机燃烧室过渡段的冷却问题。最后采用自适应响应面法对响应面模型进行了优化设计。数值模拟结果对过渡段的造型及冷却设计提供了有价值的参考。     

基于近似模型的活塞抗疲劳优化分析设计

活塞在恶劣工作环境中极易发生疲劳破坏后导致变形和销座断裂,需要对其进行抗疲劳设计.以某内燃机活塞作为研究对象,结合CAD/CAE的集成技术,提出一种基于近似模型的活塞结构优化减重的方案.对活塞原模型进行CAD/CAE组合建模和有限元分析,求得优化所需要的约束条件;构建了基于近似模型的活塞优化设计模型;利用ISIGHT软件对优化模型进行仿真;经过优化,在不超过活塞材料的极限强度的情况下,活塞结构减重6.4%并提高了疲劳寿命,达到预定优化设计要求.     

燃气轮机过渡段双腔室模型设计及优化

以燃气轮机燃烧室过渡段结构及性能为研究对象,设计了具有三排冲击孔的过渡段简化双腔室模型。采用正交试验设计、响应面近似建模方法分析求解流场及温度场,得到了双腔室模型内壁面加权平均温度及最小压强关于冲击孔角度、风向倾角的响应面模型。最后,采用内点优化算法对响应面模型进行了优化,得到了最优冲击孔角度及风向倾角,研究了最优及初始冲击孔角度、风向倾角对双腔室模型内壁面冷却性能的影响。结果表明:优化方案冷却效率比初始方案提高了7.53%。仿真分析结果对双腔室结构冲击孔角度设计具有很好的参考价值。     

HQ1400型压裂泵蜗杆花键轴强度及寿命分析

在花键轴材料分析及机械性能测试的基础上,通过花键轴载荷分析,利用Pro/E和Pro/M对花键轴进行强度和疲劳寿命分析,证实花键轴的断裂机理就是疲劳断裂,并从设计、材料选择、加工制造、质量控制等方面提出了针对性的措施,认为:在改进设计和制造蜗杆花键轴时,应该选用50CrMoA,调质处理加表面淬火,控制钢中的S、P、Cu含量,适当加大花键轴的直径,同时加大齿根圆角半径,以提高花键轴强度和寿命.     

顶板与竖向加劲肋围焊端部局部应力优化分析

针对顶板与竖向加劲肋围焊端部疲劳细节,提出角钢支撑和加劲肋开孔2种应力优化方法。通过数值模拟结合疲劳试验,研究优化方法对围焊端部应力水平和疲劳性能的影响,分析角钢厚度、开孔竖向距离和横向深度3类尺寸参数对优化效果的影响。结果表明:角钢支撑约束顶板面外变形,可降低围焊端部应力水平。加劲肋开孔削弱围焊端部刚度,可降低围焊端部分配的次应力。增加角钢厚度、减小开孔竖向距离、增加开孔横向深度可提升应力优化效果。降低围焊端部疲劳应力可延迟或避免疲劳裂纹的产生,加劲肋开孔不影响裂纹扩展寿命和扩展路径。     

浅形缩口直喷式柴油机燃烧室结构特点及其对排放特性的影响

利用AVL公司的FIRE软件对重型车用柴油机缩口直喷式燃烧室内的气体流动特性进行了数值模拟计算。引入涡流强度保持性的概念 ,计算分析了不同缩口直径对燃烧室内涡流强度保持性的影响。在此基础上 ,对不同缩口直径燃烧室进行了喷射系统参数的优化匹配试验研究。结果表明 :采用缩口直喷式燃烧室结构可有效组织燃烧室内的气流运动 ,并能与喷射系统参数进行优化匹配 ,在保持动力性和经济性基本不变的条件下有效地改善柴油机的排放特性     

潜孔冲击器活塞的应力强度因子有限元分析

工程中经常发生潜孔冲击器活塞沿着小径倒圆角部位断裂的问题,这主要是因为在该处存在应力集中,导致一些缺陷或微裂纹不断扩展,直至活塞断裂。通过ANSYS在活塞小径倒圆角部位建立裂纹体,求得应力强度因子,并分析活塞的内孔直径和倒圆角半径与冲击末速度对其应力强度因子的影响规律。     

带圆角圆弧头铣刀设计的关键技术

淬硬钢为典型难加工模具材料,其加工过程中受强热力耦合载荷作用,易导致刀具磨破损,进而降低模具加工表面质量。为了提高工件加工表面质量和刀具寿命,对带圆角圆弧头铣刀的设计进行了研究。首先,结合球头立铣刀和平底圆角立铣刀切削特性,提出了一种适用于大型淬硬钢模具加工的带圆角圆弧头铣刀。其次,对带圆角圆弧头铣刀几何特征进行定义,建立了铣刀轮廓面数学模型,推导了螺旋切削刃参数方程。最后,通过仿真、刀具磨削试验和检测中心对所设计的带圆角圆弧头铣刀进行了检验。检验结果表明:带圆角圆弧头铣刀的刀具直径、圆角半径、圆弧头半径、刃形的磨削精度误差范围在±0.001 mm以内,螺旋角、前角和后角的磨削精度误差范围在±0.05°以内,为刀具的推广应用提供了技术保障。     

基于响应曲面法U形件弯曲成形工艺参数优化

U形件弯曲成形过程中比较凸出的问题是回弹,将响应面法(RSM)与有限元仿真软件Dynaform相结合,应用于SUS430不锈钢的U弯曲成形.选取凹模圆角半径、模具间隙、冲压速度3个工艺参数作为主要的影响因素,回弹角度作为优化目标,建立15组Box-Behnken设计(BBD)试验方案,并建立因变量与目标值间的二阶非线性回归响应模型,借助Design-Expert软件对响应模型进行优化,通过优化取值获得模型较优的参数组合.经过仿真验证,将回弹角度由原来的3.39°减少到了2.19°,响应面与有限元软件的结合显著减少有限元模拟的次数,同时提高U形件成形质量.     

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能

为了研究钢箱-砼组合结构中PBH剪力键在反复荷载作用下的疲劳性能,设计制作了PBH剪力键试验模型,进行了24万次疲劳推出试验。在疲劳破坏形态和试验滑移及应变数据分析的基础上,利用数值工具开展肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数的PBH剪力键疲劳寿命影响因素分析。研究表明：PBH剪力键的疲劳破坏形态与静载破坏相似,表观表现为混凝土面多处斜向劈裂裂缝、内部榫孔混凝土压碎、穿入钢筋局部屈服;疲劳破坏演化过程分为疲劳损伤开始、发展、破坏3个阶段,其中疲劳发展阶段占整个疲劳阶段的91.7%,结构刚度在疲劳损伤开始和发展阶段退化较慢,在疲劳破坏阶段退化较快;肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数对PBH剪力键疲劳寿命影响均有明显影响,其中穿入钢筋直径对疲劳寿命的影响尤为突出。     

基于超磁致伸缩材料的活塞异形销孔加工原理研究

利用超磁致伸缩材料的特性控制刀杆弯曲变形,提出了一种加工活塞异形销孔的新方法.通过理论分析导出了线圈控制电流与超磁致伸缩刀杆变形量之间关系的数学模型.在此基础上,进行了超磁致伸缩刀杆变形性能试验,获得了镗刀切削半径增量与线圈控制电流之间的关系曲线,验证了超磁致伸缩刀杆的可控性和稳定性.然后研制了活塞异形销孔加工控制系统,包括主控、位移检测、热变形补偿温度检测和恒流源驱动等功能模块.基于此原理开发的活塞异形销孔设备达到微米级加工精度.     

工程p-S-N曲线的小子样预测方法研究

基于非嵌入多项式混沌(NIPC)展开及贝叶斯更新方法,提出一种中等寿命区p-S-N曲线的小子样预测方法。该方法运用较少应力水平下的小子样疲劳寿命数据样本,采用优化方法求解Basquin应力-寿命模型参数的样本数据;由此建立NIPC展开式并进行大子样抽样计算,通过大子样拟合优度检验,得其概率特性,继而拟合模型参数统计量与应力水平的关系。为改进模型参数统计量的预测精度,引入另一应力水平下的小子样试验数据,运用贝叶斯更新方法对模型参数统计量进行修正;由此通过Nataf变换对任意应力水平下模型参数进行抽样,代入模型计算获得疲劳寿命样本,进一步统计获得其概率分布,即完成基于小子样的p-S-N曲线预测。完成了铝合金2024-T3疲劳试验,各应力水平下试验寿命均落于预测概率疲劳寿命的上下95%分位数区间内,表明新方法得到的p-S-N曲线可有效预测疲劳寿命的概率特性。     

适用于机器换刀的一体式刀座结构的承载性能

为了提高一体式刀座系统的承载性能,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对一体式刀座系统受载状态进行分析. 结合滚刀的自动拆装过程,研究一体式刀座系统各结构参数间的联动关系及不同结构参数对其承载性能的影响. 基于正交试验权矩阵分析法,对显著影响一体式刀座系统承载性能的结构参数进行优化. 结果表明,正交试验各因素对一体式刀座系统承载性能的影响程度从大到小依次为：转动块颈部圆角半径、转动块宽度、刀轴与转动块转轴竖直距离. 得到一体式刀座系统综合性能最优方案为：转动块宽度107.5 mm,转动块颈部圆角半径60.0 mm,刀轴与转动块转轴竖直距离97.5 mm. 优化方案较原始方案整体最大变形降低了11.31%,端盖最大应力降低了34.07%,转动块最大应力降低了41.01%.     

300M钢耳片孔挤压强化全过程有限元模拟

采用三维非线性有限元方法模拟300M钢耳片开缝衬套冷挤压的完整过程.分析开缝衬套挤压、铰孔及孔边挤压三道工序对孔边残余应力场的影响,与试验测量结果进行比较,表明模拟过程是可行、有效的.开展铰削量及孔边挤压预制倒圆角半径的参数化分析,给出铰削量对残余应力场的影响规律及最佳的预制倒圆角半径,通过疲劳试验及断口分析验证模拟结果的合理性.疲劳试验结果表明,经过开缝衬套挤压及铰孔工艺之后,疲劳寿命提高近137%,进行孔边挤压强化会将疲劳寿命提高183%.     

中-低渗透砂岩稠油油藏开发实践与认识

八面河油田面14区沙四段属于中-低渗透砂岩稠油油藏,储层渗透率较低,孔喉半径小,原油粘度大,采油速度低,开发效果不理想。通过缩小注采井距、完善注采井网,强化注水,后期积极实施压裂、酸化、解堵等增产措施,解放中-低渗透层,能达到提高采油速度,改善此类油藏开发效果的目的。     

适用于机器换刀的一体式刀座结构的承载性能

为了提高一体式刀座系统的承载性能，采用数值模拟与试验研究相结合的方法，对一体式刀座系统受载状态进行分析.结合滚刀的自动拆装过程，研究一体式刀座系统各结构参数间的联动关系及不同结构参数对其承载性能的影响.基于正交试验权矩阵分析法，对显著影响一体式刀座系统承载性能的结构参数进行优化.结果表明，正交试验各因素对一体式刀座系统承载性能的影响程度从大到小依次为：转动块颈部圆角半径、转动块宽度、刀轴与转动块转轴竖直距离.得到一体式刀座系统综合性能最优方案为：转动块宽度107.5 mm，转动块颈部圆角半径60.0 mm，刀轴与转动块转轴竖直距离97.5 mm.优化方案较原始方案整体最大变形降低了11.31%，端盖最大应力降低了34.07%，转动块最大应力降低了41.01%.     

流化床布风板结构对流场影响的数值模拟研究

应用CFD软件Fluent对流化床炉内布风板入口0.5 m段进行冷态流场模拟。研究在一定的开孔率下不同的布风板板孔布置（正方形、圆形和三角形）与不同开孔直径（0.5 mm、0.6 mm、0.8 mm）下对流化床冷态流场与布风板压降的影响。最终实验表明：孔径为0.5 mm、板孔三角形结构的布风板更容易使气流稳定,有益于物料的正常流化。     

中间包控流装置的物理模拟研究

根据相似原理,建立1∶3的物理模拟模型,通过正交试验考察了挡渣堰、导流坝组合控流装置对中间包流场的影响。研究结果表明,堰坝间距是影响流场的主要因素,优化控流组合方案为：挡渣堰距注入流中心线距离1 200 mm,挡渣堰下沿距包底距离500 mm,导流坝高度360 mm,堰坝间距300 mm.优化后中间包流场趋于合理,钢液在中间包内的停留时间延长,活塞流体积增大,死区体积减小.     

基于混合响应面法的滚压成型回弹角预测控制及应用

为了解决板金属滚压成型回弹角预测精度不足以及滚压成型工艺参数的选定过多依赖于经验设计的问题,提出将参数响应面法与非参数响应面法结合形成混合响应面法,利用混合响应面法对滚压成型的加工工艺参数进行优化并预测控制板金属回弹角的大小.通过混合响应面法可以分段构建板金属滚压成型回弹角预测模型,将预测模型的回弹角响应值和滚压成型实验回弹角值进行误差分析比较,两者具有良好的一致性;最后通过优化求解回弹角预测模型得到回弹角的最小值,结果表明,选用适当的成型板料弯曲内半径、过弯角可以大大减小滚压成型回弹角.