带圆开孔的功能梯度矩形板的自由振动分析

为研究带圆开孔功能梯度矩形板的自由振动特性,基于一阶剪切变形理论及等几何分析建立了计算模型,采用精确几何建模的非均匀有理B样条(NURBS)基函数描述场变量,实现了计算机辅助设计(CAD)与有限元分析(FEA)的无缝结合。与相关文献对比验证了该方法的精确性,并讨论了边界条件、梯度指数、长宽比、板厚度及开孔半径对矩形板固有频率的影响。数值算例表明,等几何分析具有较高的精度,能有效求解带圆开孔功能梯度板的振动问题。     

泄流状态下输气管道内检测器流场计算

针对输气管道内检测器运行速度控制问题,研究了在泄流状态下输气管道内检测器的流场计算方法.基于输气管道内检测器的运行原理,利用标准孔板流量计构造内检测器泄流孔模型.以计算流体动力学理论为基础,应用计算流体动力学软件ICEM CFD和ANSYS CFX11.0生成流场模型并进行了数值模拟,用流体流经标准孔板时的流场模拟泄流状态下输气管道内检测器的流场,实现了对气体流经标准孔板前后压力场、速度场的数值分析.利用计算所得结果对流体流经内检测器模型的一些特点进行了分析,并对泄流孔的不同孔径进行了模拟.研究结果表明：利用标准孔板流量计作为在泄流状态下的输气管道内检测器模型具有一定的尝试性,对进一步研究输气管道内检测器速度控制问题具有一定的辅助作用.     

带圆开孔的功能梯度矩形板的自由振动分析

为研究带圆开孔功能梯度矩形板的自由振动特性,基于一阶剪切变形理论及等几何分析建立了计算模型,采用精确几何建模的非均匀有理B样条(NURBS)基函数描述场变量,实现了计算机辅助设计(CAD)与有限元分析(FEA)的无缝结合。与相关文献对比验证了该方法的精确性,并讨论了边界条件、梯度指数、长宽比、板厚度及开孔半径对矩形板固有频率的影响。数值算例表明,等几何分析具有较高的精度,能有效求解带圆开孔功能梯度板的振动问题。     

离心式超细空气分级机内腔流场分析

采用ｋ－ε双方程湍流模型处理分级机内腔气流场问题,参照ＰＨＯＥＮＩＣＳ计算流体力学程序,对分级机内腔的气流场进行数值计算。并将数值计算结果与五孔球形探针的测量结果相比较。绘制分级机内腔气流场中三维速度、压力分布的数值计算结果与五孔球形探针测量结果的比较图谱。结果表明,测量流场的速度、压力分布与数值计算值吻合较好,从而说明数值计算的流体力学模型是合适的。     

典型双剪连接结构钉传载荷计算方法对比分析

分别采用工程算法、简化模型有限元分析、考虑摩擦和接触的实体模型有限元分析三种方法,计算典型双剪连接结构钉传载荷,对比危险钉孔钉传载荷计算结果可知,三种计算方法计算结果差异较小,利用简化模型有限元分析方法可以得出较为可靠的钉传载荷计算结果,为利用有限元方法对复杂细节连接结构传载分析提供依据。     

亥姆霍兹自振空化装置流场特性的数值模拟

为了获得亥姆霍兹(Helmholtz)自振空化装置空化场的流动特性,利用计算流体动力学的商业软件Fluent,使用大涡的模型(LES)和多相流(Mixture)模型,对装置内流场进行数值模拟.通过研究不同操作条件、不同结构尺寸对空化效果的影响,得到了场内空化区的空化数、气含率分布以及速度压力振荡曲线,并将所得结果与孔板...     

电子设备机柜的振动分析

本文分析了电子设备机柜的结构特点,提出了杆梁板组合结构作为机柜振动分析的模型,编制了有限元求解程序,得到了计算结果,并进行了实验验证,介绍了利用程序计算改善机柜振动性能的途径。     

2．5D结构复合材料实体模型的参数化建模

用有限元计算软件分析2.5D结构复合材料的性能必须首先建立其实体模型,然而2.5D结构复合材料的实体模型十分复杂,增强体结构参数的变化导致模型变化,而有限元软件自身的建模能力不强,致使该软件的应用受到限制.采用参擞、关系式和编程设计等方法,用Pro/Engineer软件绘制了能随着增强体结构参数变化而改变的增强体几何模型,通过数据接口将其导入ANSYS,再经过对几何模型的实体化和布尔操作,得到实体模型.参数化建模过程表明,该方法简单、实用.     

柴油机排气歧管的CFD数值模拟分析

采用CATIA软件建立柴油机排气管三维实体模型,应用AVL FIRE软件对该排气管模型内流场进行CFD数值模拟计算,获得不同排气歧管分支在其排气流量最大时内部的压力场、速度场等.结果表明在总管与支管接口处,压力变化剧烈,能量损失较大,且管内有部分涡流区.对排气管的结构进行优化改进,优化后的结果表明,压力变化剧烈处明显变小,管内部分涡流区减小甚至消失,速度分布更加均匀.     

基于流-固耦合的车辆减振器动态非线性仿真分析

基于流-固耦合有限元方法,利用ADINA软件建立了高精度的叠加节流阀片有限元网格模型和流场有限元网格模型,并在ADINA软件后处理模块中进行求解分析,得到了减振器阻尼力-速度分段特性、示功特性、阀系内部的压力场和速度场特性,分析了减振器阀系动态非线性特性。结果表明:在高速减振器油的冲击下,阀系内部区域的压力场变化明显;达到开阀压力时,油液流动速度呈现跳跃变化,使得阻尼通道压力迅速变化。这说明叠加节流阀片有限元网格模型和流场有限元网格模型的精度对仿真结果影响最大。在流-固耦合计算中考虑了流体湍流流动、阀片接触和大位移变形,尽量使仿真模型与物理模型保持一致,试验结果与仿真结果吻合较好。     

Optimal design of FRMSM to decrease detent force

An optimal configuration of the flux-reversal linear synchronous motor (FRLSM) with the optimal number of attachment permanent magnets (PMs) was presented. The optimal model of 2 000 N was designed to reduce the detent force by redesigning the air-gap structure and skewing. The design parameters, mover PMs and stator core, were selected for optimal design by DOE. The thrust and the detent force of the designed optimal models were compared by finite element analysis (FEA). As a result, the thrust of the optimal model is slightly decreased by 1.97% compared with the basic model, and the detent force of the optimal model is greatly decreased by 88.47% compared with the basic model.     

基础变量选取对输气管道快瞬变流数值模拟的影响

依据输气管道快瞬变流数学模型中基础变量（压强p,焓H,密度ρ,熵s和流速u）组合形式的不同,将传统守恒型输气管流模型划分为传统的ppu模型、pHu模型和psu模型,并采用特征线法分别对三种模型进行等价转化及迭代求解。分别采用三种模型对输气管道阀门瞬时开关的室内试验进行模拟分析与结果对比,结果发现计算机运行情况对模拟方程中非独立变量的选择相对不敏感,三种模型比较而言,pHu模型精度较高,并且运行速度较快。     

直链烷烃动力黏度与声速关系研究

目前用于原油黏度预测的计算模型需要测定的物性数据较为复杂, 计算精度和适用范围有限。因 此, 实验中选取了几种具有代表性的直链烷烃作为模拟原油中烃类组分的模型化合物, 分别测定了在不同温度、 压 力条件下的黏度和声速数据, 考察了温度、 压力对直链烷烃声速的影响规律, 并建立了相应的黏度 - 声速关联模型。 结果表明, 直链烷烃的声速随温度增加而减小, 随压力增加而增加, 且声速与温度、 压力均为线性关系。直链烷烃的 黏度与声速为指数型对应关系。通过冀东油田3种不同原油对黏度 - 声速关联模型进行检验, 计算结果表明适用性 较好, 从而为解决常规原油黏度计算对物性参数的高度依赖提供了一个可行的新方法。     

流体中声速计算模型的开发和预测

针对目前声速模型存在参数难以确定,不能同时适用于气液两种相态等问题,通过分析压力、声速及温度三者的关系,基于PR状态方程开发了声速的新计算模型。在温度为273~364 K,压力为0.1~96.5 MPa的范围内,利用该模型对水介质中总共124个声速数据点计算的总平均误差为0.61%;乙醇介质中总共48个声速数据点计算的总平均误差为0.53%;对水和乙醇混合物中总共79个声速数据点计算的总平均误差为3.16%。通过和Wilson声速模型的预测误差对比,得出PR声速模型预测精度较好。     

虚火花放电初始过程的PIC模拟

比较了两种计算气体放电的模型——流体模型和PIC模型。利用PIC方法对虚火花放电初始放电过程进行了计算机模拟,揭示了三个放电阶段电离增长的特点。对不同的气压和阴极孔径下虚阳极的形成时间和传播速度进行了模拟计算。较高的气压和较大的阴极孔径能够加速虚阳极的形成,并加快向空心阴极扩展速度。研究了较高气压和低气压下空心阴极效应在形成虚阳极过程中的作用。在低气压下,空心阴极效应在起始放电过程中具有重要作用。     

萧山黏土非达西渗流性状的试验研究

针对传统固结理论不能考虑非达西渗流的不足，研究了渗流速度与水力梯度的非线性关系，总结出4种非达西渗流模型来研究在加载条件下土的渗透性的变化规律.利用GDS高级固结仪对萧山黏土试样进行了固结渗透联合试验，设定了多级常水头渗透试验并整理出渗流速度、水力梯度等相关试验结果，分析了非达西渗流模型的土性参数.试验与分析结果表明，三参数模型、幂指数模型和非线性分段模型这3种非达西渗流模型的拟合效果较好；折线渗流模型简单实用，在特殊情况下可以简化为线性渗流模型或达西定律.4种非达西渗流模型对于萧山黏土的渗流特性研究都是适用的.     

Theoretical and Experimental Investigations of Gyroplane Jump Takeoff Dynamics

自转旋翼机跳飞动力学的理论和试验研究

杨兴邦1,项昌乐1, 2,徐彬1, 2,樊伟1

（1.北京理工大学 机械工程学院;2.北京理工大学 车辆传动国家重点实验室）

创新点说明：

（1） 考虑自转旋翼机跳飞时旋翼桨叶的总距突增瞬态效应,推导了时变的总距突增旋翼的气动响应模型;

（2） 基于以上总距突增的气动响应模型,考虑瞬时地面效应,建立了自转旋翼机跳飞动力学模型;

（3） 搭建了自转旋翼跳飞试验平台,并完成跳飞试验;

（4） 利用跳飞动力学模型,分析了自转旋翼跳飞时,总距突增、地面效应和诱导速度对跳飞性能和旋翼气动特性的影响。

研究目的：

建立简单准确的跳飞动力学模型,分析关键因素（总距突增、地面效应和诱导速度）对跳飞性能和旋翼气动特性的影响,有效预测自转旋翼机的跳飞动力学性能,从跳飞系统设计方面指导自转旋翼机设计。

研究方法：

（1） 根据叶素动量理论和叶素理论,建立时变的总距突增旋翼气动响应模型,将模型应用于NACA试验中直升机跳飞旋翼（与自转旋翼机跳飞旋翼气动环境相同）的气动特性计算,采用数值解法求解;

（2） 在（1）基础上,考虑瞬态地面效应,建立自转旋翼机跳飞动力学模型,并应用到试验样机的跳飞性能计算,采用数值解法求解;

（3） 自主搭建了自转旋翼试验样机跳飞平台,使用编码器采集试验样机的电机和旋翼转速,超声波传感器采集样机离地距离并转换为样机质心的跳飞高度;

（4） 使用三个简化跳飞模型、一个经验跳飞模型和本文跳飞模型计算试验样机跳飞性能,统计各模型计算得到的瞬时跳飞高度均方差（MSE）和最大跳飞高度误差（MHE）,两两比较,并逐一与样机跳飞试验的跳飞高度数据对比,定量得出关键参数对跳飞性能的影响;利用本文模型分析了关键参数对跳飞旋翼气动特性的影响;

结果：

（1） 时变的总距突增旋翼的气动响应模型求解NACA试验中的直升机跳飞旋翼气动特性,计算结果与NACA试验数据对比,模型计算准确可信;

（2） 自转旋翼跳飞动力学模型求解试验样机的跳飞性能,并与样机跳飞试验数据对比,模型计算精度超过95%;

（3） 关键因素中,地面效应对跳飞的影响最大,诱导速度模型的影响次之,总距突增气动延迟的影响最小;总距突增对旋翼的诱导速度和拉力的影响与旋翼半径和跳飞时间有关,诱导速度的响应滞后于拉力;地面效应对诱导速度和拉力的影响作用到整个旋翼桨盘,只与旋翼桨盘离地高度有关。

结论：

（1） 本文推导的时变的总距突增旋翼的气动响应模型准确可信;

（2） 建立的自转旋翼跳飞动力学模型对跳飞性能的计算精度高达95%;

（3） 跳飞动力学模型可用于自转旋翼机性能的预测,在快速预测自转旋翼机跳飞性能时,可忽略旋翼的总距突增;

关键词：跳飞;总距突增;地面效应;诱导速度;MSE和MHE

     

射孔完井有限元模型的建立及网格划分

介绍了射孔完井中二维和三维有限元热流模型的建立及网格划分的基本方法 ,用热流场模拟射孔完井渗流场 ,用同一种导热率材料来模拟井筒和孔眼 ,该材料导热率相对于地层模型导热率为无限大时 ,能模拟整个射孔完井渗流场。该二维和三维模型 ,能研究射孔深度、有无钻井污染和压实带情况下 ,孔眼内流体流速、压实带外边界渗流速度、渗流压力场、全井产量及产能比。并用APDL程序语言编写了二维和三维模型及网格划分的通用程序 ,为射孔完井优化设计及产能预测提供了实用的有限元网格模型 ,同时也为这方面的研究提供了简捷的方法     

植被作用下的弯曲复式河槽漫滩水流2维解析解

研究植被作用下的弯曲复式河槽流速分布对于确定其过流能力、泥沙输移、河床变形、滩岸保护有着十分重要的作用。作者研究了有植被的弯曲复式河槽中的垂线平均流速横向分布问题,在动量方程中加入滩地植被引起的拖曳力项,并考虑弯曲主槽和二次流的影响,采用3种不同的紊流扩散项积分方法,得到了3种计算模型。运用英国FCF弯曲复式河槽试验资料对模型进行验证,结果表明,在不同区域选取合适的二次流系数K比仅考虑主槽中的K值能更好地预测流速分布;滩地种植植物后,主槽中的K值明显增大;3种模型的预测结果在滩地上基本相同,主要差别出现在主槽区和掺混区。通过比较分析不同模型的计算误差,得到了计算结果最优的模型。     

多种因素下的滤失速度计算模型

本文在研究前人大量滤饼试验结果的基础上提出了一种更加精确的滤失速度计算模型。该模型考虑了裂缝中流体滤失的三个区(滤饼、侵入、油藏)的真实压降、流体粘度、缝中剪切速度、侵入区前沿移动等多种因素的影响。该模型可用于水力压裂、前置液酸压设计中滤失速度的计算。