等壁厚螺杆泵定子的有限元分析

重点研究了等壁厚螺杆泵定子橡胶衬垫内轮廓线的变形规律,对其应力和应变分布情况作了辅助性分析;研究均匀内压作用情况下,考虑工作压差以及定子与转子的装配等所引起定子橡胶的变形和受力的变化.利用有限元分析软件Abaqus,对等壁厚螺杆泵定子进行研究,得出了螺杆泵定子在不同工况下的受力状态和变形规律,以及定子材料参数对变形规律的影响.利用此规律可对等壁厚螺杆泵进行优化设计,提高其工作效率.     

稠油开采中常规螺杆泵定子衬套磨损研究

为研究稠油开采中常规螺杆泵定子衬套的接触磨损,通过摩擦试验研究在不同转速和载荷下,定子衬套所用丁腈橡胶在高温含砂稠油中摩擦因数的变化规律。实验结果表明:定子橡胶的摩擦因数随着转数的增加先增大后减小,之后几乎保持不变;随着法向载荷的增大,定子橡胶的摩擦因数先减小后增大。以试验测得的摩擦因数为依据,利用有限元分析方法,对高温含砂稠油中螺杆泵定转子之间的接触进行分析,研究摩擦因数、过盈量、工作压差等因素对定子衬套接触磨损的影响。分析结果表明:衬套的剪应变随着衬套摩擦因数、过盈量、工作压差的增大而增大;位移量随着摩擦因数的增大而减小,随着过盈量的增大而增大;工作压差不但影响定子衬套内轮廓接触位置的磨损,还加剧衬套外壁面的黏着磨损。     

螺杆泵定子温胀溶胀耦合变形及密封特性

采油螺杆泵工作时,定子在高温介质作用下发生温胀和溶胀,使定子脆化、膨胀等,降低螺杆泵密封性能。通过试验测得橡胶材料体积热膨胀系数及水浸和油浸时的溶胀参数,推导橡胶定子自由膨胀变形量表达式;对定子温胀变形进行有限元计算,使用温度当量法分析定子溶胀特性,耦合温胀与溶胀载荷进行有限元计算,得到型线的温胀与溶胀耦合作用变形规律。结果表明：定子发生温胀与溶胀变形时,定子型腔内表面变形量与壁厚成比例,最大变形出现在定转子接触位置;溶胀产生的变形量远高于温胀变形量。对螺杆泵密封特性进行有限元分析,得到定转子间密封带接触应力随温度与过盈量变化规律。结果表明：接触应力随温度和过盈量的增大而增大,油浸时最大接触应力高于水浸。     

基于摩擦学系统理论的采油螺杆泵定子橡胶磨损分析

定子橡胶在原油介质下的减摩耐磨特性是衡量采油螺杆泵的主要技术指标之一。采油螺杆泵的运行环境复杂,影响其定子橡胶磨损的因素较多,属于典型的非线性系统问题。基于摩擦学系统理论,以橡胶定子、金属转子、石油介质、螺杆泵机械结构为主要元素,构建出采油螺杆泵的摩擦学系统框架;列出各元素特性,分析各元素之间的相互联系,并提出求解方法;对螺杆泵定子橡胶材料去除的摩擦学机制进行归纳,并初步讨论摩擦学机制与该摩擦学系统的关系。     

螺杆泵定子橡胶磨损趋势的遗传神经网络预测模型

针对螺杆泵定子橡胶在复杂工况下受多种因素影响的磨损预测问题,结合各影响因素之间非线性、时变性和强耦合性的特点,将遗传算法和BP算法相结合以实现网络结构参数的优化,建立了遗传神经网络的螺杆泵定子橡胶磨损趋势预测模型。同时,利用测试样本数据将模型的预测结果与BP算法的预测结果进行了比较。结果表明,基于遗传算法的BP神经网络优于BP算法,能够有效地解决受多因素影响的螺杆泵定子橡胶磨损预测的建模问题,具有一定的实用价值。     

基于Fe-safe螺杆泵定子橡胶疲劳裂纹形成寿命预测

采油用螺杆泵橡胶定子为研究对象,通过对定子橡胶材料的进行伸张疲劳试验,建立定子橡胶的S-N曲线;对螺杆泵进行力学特性分析,确定在靠近高压腔室螺旋密封带上螺杆泵最易发生疲劳失效;利用Fe-safe对螺杆泵定子橡胶进行疲劳裂纹形成寿命进行预测研究,确定螺杆泵定子橡胶各段模型的最小疲劳裂纹形成寿命和安全系数和随腔室压力的关系,即随腔室压力升高而下降,并拟合得到橡胶定子疲劳裂纹形成寿命与腔室压力的关系式。     

螺杆泵定转子过盈接触三维有限元分析

常规单螺杆泵包含两个主要的部件即橡胶定子和金属转子,定子与转子之间的相互作用是影响螺杆泵性能的主要因素之一.采用非线性有限元方法分析了螺杆泵定转子在初始过盈下的变形,结果表明转子在过盈力的作用下发生扭转与偏转;而且在初始过盈作用下圆弧段过盈小于初始过盈值,两条直线段的过盈并不相等.     

单螺杆泵定子橡胶温度场分析

应用传热学原理,采用有限元方法建立了常规单螺杆泵和等壁厚定子单螺杆泵定子橡胶温度场的计算模型,分析了定子温度分布特点;比较了2种泵定子温升对橡胶工作性能的影响;研究了不同工作压差和转速条件下,定子温升的规律,并给出了相应的表达式.结果表明:常规泵定子温度场呈对称椭圆形分布,温度梯度大,最高温度位于橡胶厚度最厚的中心部位;等壁厚泵定子温度分布较均匀,温升很小.相同工况下,常规泵定子橡胶温升为等壁厚泵的7倍,橡胶容易损坏.对于相同的橡胶材料,定子温升随工作压差的增加而非线性增加,随转子转速的增加而线性增加;常规泵定子温升受二者变化的影响远大于等壁厚定子泵.     

等壁厚螺杆泵采油技术

常规螺杆泵定子由于橡胶厚度不均匀而导致其存在受力、散热和溶胀不均匀等问题,等壁厚定子螺杆泵是在常规螺杆泵的基础上发展的新机型,它通过改变泵体结构,能够保证定子橡胶厚度均匀,从而改善了螺杆泵工作性能,解决了常规螺杆泵定子技术的不足。论述了等壁厚定子螺杆泵的性能优势,对等壁厚定子螺杆泵应用前景进行了探讨。     

两种采油螺杆泵定子摩擦特性对比分析

在采油过程中,螺杆泵定子容易因为磨损而导致失效,针对这一问题,对螺杆泵常规定子与等壁厚定子的摩擦特性进行了研究。首先,利用有限元分析软件对两种定子进行了热力耦合仿真;然后,分析了两种定子在工作过程中的摩擦应力状态,以及过盈量和温度对其摩擦性能的影响;最后,对两种定子的摩擦特性进行了综合对比,分析了两种定子分别在过盈量和温度范围内的适宜工作区间。研究结果表明：与常规定子相比,等壁厚定子的摩擦应力分布更为均匀;随着过盈量和温度的升高,两种定子的摩擦应力均呈逐渐增大的趋势;当过盈量低于0.3 mm,温度高于40℃时,等壁厚定子的摩擦性能优于常规定子;两种定子摩擦特性的对比研究结果对于定子结构设计优化及不同工况下定子样式选取具有一定的参考价值。     

发电机运行状态对定转子径向振动特性的影响分析

分析隐极同步发电机定转子径向振动随发电机运行状态的变化规律。首先通过分析不同运行状态时发电机电磁关系、电枢反应特性,以及正常运行时作用于定子的脉振电磁力特性和作用于转子的不平衡电磁力特性,分别得到定子径向倍频振动和转子径向工频振动在励磁电流一定时随发电机有功功率的变化特征,以及有功功率一定时随励磁电流的变化特征。实测了SDF-9型隐极同步发电机定转子振动信号,与理论分析结果基本吻合。另一方面也揭示基于振动特征诊断发电机故障时,必须考虑发电机的运行参数和运行状态,否则其诊断结果在实际应用中是不完整的。     

非圆柱形压实轮压实效果有限元分析

推导了基于Mohr-Coulomb屈服准则的非线性土力学模型,利用MSC/NASTRAN软件对冲击式压实机非圆柱形压实轮压实效果进行了有限元计算分析。计算结果与试验结果对比表明,计算结果满足工程精度要求,可以替代试验作为衡量压实效果的手段。并模拟计算了两种不同外形压实轮的压实效果,对影响压实效果的因素进行了分析。     

感应电动机定子磁场定向直接转矩控制中定子电阻自适应估计方法

定子磁链定向的直接转矩控制技术逐渐被广泛应用于高性能异步电动机调速系统。而在低速运行阶段,由于定子电阻参数的变化,传统的磁场定向控制性能往往很差。基于此,利用波波夫超稳定理论提出了基于定子电流的参考模型自适应系统,通过定子电流反馈构成了对电动机参数进行闭环估计,不仅考虑了定子电阻与电动机转速变化参数,而且还考虑了电动机的转子电阻变化参数,进而加速了估计过程的收敛速度,提高了定子电阻及转速估计的精度。在此基础上,提出定子电阻整定的定子磁链估计方法,并建立一个定子磁场定向直接转矩控制的仿真系统。仿真结果进一步验证了其有效性。     

异型扁坯轧制过程的理论与试验研究

利用刚塑性有限元法分析了异型扁坯的轧制成形过程,首次阐明了横向倾斜接触表面上节点速度分量之间的约束关系,得出异型扁坯宽展、筋高充满度及轧制变形和力能参数的变化规律,其结果与实测值相吻合,并求得变形区内部的变形场和金属质点流场。     

直流电阻对焊过程的有限元分析

采用电、热、塑性变形耦合的有限元方法,模拟了直流电阻对焊过程;探讨了变形过程中电场、温度场、变形之间以及变形过程中界面夹杂物清除率和变形之间的相互关系。分析表明,较大的变形有利于清除界面夹杂物。     

楔形压头压缩效果有限元分析与试验研究

在分析城市生活垃圾压缩转运站原有压缩装置的基础上,提出了一种新型压缩装置——楔形压头。用基于Drucker-Prager屈服准则推导的本构关系模型对楔形压头的压缩效果进行了有限元分析,结合试验参数,给出了压实密度计算公式,计算精度满足工程要求,可代替繁琐低效的试验工作。通过新研制的城市生活垃圾压缩试验台做了大量试验,得出了城市生活垃圾压实密度和施加压力的关系曲线,确定了对垃圾施行压缩的合适压力范围为0.1-0.2 MPa。研究结果表明,计算结果与试验结果吻合良好,楔形压头能明显改善垃圾压缩效果,比原有压缩装置可提高48％的垃圾装载量,为城市生活垃圾压缩转运站压缩装置的设计制造提供了理论基础。     

涡旋式压缩机动涡旋有限元分析方法

编制了具有较强通用性的动涡旋三维实体和二维壳体有限元分析网格自动生成软件。分别采用实体单元和壳体单元进行了涡旋式压缩机动涡旋的网格划分和应力及变形计算,总结了两者在求解时各自的优点,并提出了结论。这些软件可应用于涡旋式压缩机的设计和开发。     

FEM analysis of erosive wear

Surface damage caused by the impact of dispersed particles in gas or liquid flow is called “erosion”. Much attention has been paid to this phenomenon as one of the most serious problems to be solved, particularly concerning pipe-bends or valves in pneumatic conveying systems. But the phenomena of erosive wear are so complicated and vary depending on the factors of not only the kinds of material, hardness, shapes, sizes and mechanical properties of the particles, but also of blasting angles and velocity.

For the purpose of this study, mild steel was prepared and erosion wear tests were carried out. Steel grits were impacted against target materials at different incident angles. The results showed that the wear losses varied markedly as a function of the impact angles, and that the maximum wear occurred at specific angles. Maximum wear occurred at 20–30° for mild steel, and 60° for ductile iron. This impact angle dependence of wear was simulated by Tabor’s theory and FEM which could analyze the plastic deformation of alloy surface as a result of a single particle impact. In the case of both mild steel and ductile cast iron, it was found that the impact angles play a very important and valid role in the corrosion process.     

基于有限元分析的裂纹比拟法估算微动疲劳寿命

采用Ansys有限元软件对方足微动桥/平面试样接触状态进行分析,确定试样微动接触面上应力场分布和接触面三区(黏着区、滑移区、张开区)分布特征,分析接触面上接触状态随外加交变载荷的变化规律,在此基础上改进微动疲劳(fretting fatigue,FF)寿命估算的裂纹比拟法(crack analogue method,CAM)。选取不同水平的循环载荷及不同名义接触压力对Ti811钛合金试样在350℃下进行微动疲劳试验,验证改进裂纹比拟法(modified crack analogue method,MCAM)的准确性。结果表明,微动疲劳中接触面压应力与剪应力在黏/滑交界区存在突变,张应力幅在滑移/张开分界处达到最大值,裂纹易在此萌生并扩展。改进的裂纹比拟法估算值与实验结果取得良好的一致性。     

基于有限元的光固化快速成形中零件变形研究

以光固化快速成形过程中的零件变形为研究对象,详细分析了收缩力产生的根源及其作用原理,根据树脂固化时必然产生的收缩及层累加的特点,提出了收缩力、面分布载荷的概念;根据零件在成形过程中结构变化的特点,提出时变刚度的概念。基于此,建立了零件成形过程中的力学模型,利用有限元法分析了零件变形的趋势,揭示了成形过程中零件变形的本质问题。通过试验研究了零件的变形问题,试验结果证明了理论分析的正确性。由此提出了改进扫描工艺的分区域扫描策略,显著的减小了成形过程中零件的变形,提高了成形零件的精度。