纯吸吸尘与卷吸吸尘仿真对比分析北大核心CSCD

本研究基于计算流体力学软件FLUENT对纯吸式吸尘与龙卷风卷吸式吸尘进行了对比分析,旨在探明纯吸式与卷吸式在流场特征上的差异。通过对同一离地高度的吸尘口对比中发现,在近地面位置,纯吸式吸尘在吸尘口覆盖区域内有一个速度峰值,而卷吸式吸尘在吸尘罩覆盖区域内及覆盖区域外各有一个速度峰值,呈现双峰特性;在吸尘罩覆盖区域外的近地面,随着远离吸尘罩轴心,卷吸式吸尘气流速度降低较慢,而纯吸式吸尘气流速度降低较快。通过对不同离地高度的吸尘口对比中发现,随着吸尘口离地高度的增加,纯吸式吸尘近地面气流速度下降较快;而卷吸式吸尘近地面气流速度下降较慢。因此,充分利用卷吸式的近地面气流速度在吸尘口覆盖区域外降低较慢的特性,可实现大范围吸尘;充分利用随着吸尘口离地高度增加,卷吸式近地面平均速度降低较慢的特性,可实现远距离吸尘。     

层间配置对成层式铝蜂窝吸能特性的影响

为了考察层间配置对成层式铝蜂窝吸能特性的影响,设计了由4种类型铝蜂窝组成的多种成层式铝蜂窝结构,主要包括单层、双层、三层、四层的组合形式,分别对其进行准静力单轴压缩试验。结果表明:峰值力和平均平台力与面密度成正比,但随着蜂窝高度的增加,二者略微下降;等质量等尺寸的条件下,成层式蜂窝优于单层蜂窝;对比双层铝蜂窝结构发现,不等高成层结构更具缓冲吸能优势;对于同种蜂窝,随着叠层数的增加,MP值逐渐下降;根据压溃行为分析可知,当成层式铝蜂窝结构的层数大于等于4时,不能充分发挥其缓冲吸能作用。考虑到降低峰值力同时提高吸能水平,将上下层设置较硬型铝蜂窝、中间层设置较软型铝蜂窝的成层式结构可优先选择。     

静止轴肩对FSW温度与应力影响的数值模拟

目的研究外部辅助静止轴肩对搅拌摩擦焊接过程温度场以及应力场的影响。方法建立有限模型并采用热机耦合的方法分析常规与静止轴肩辅助工艺下7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接过程,得出不同工艺下的焊接温度与应力分布状态。对比常规与静止轴肩工艺下的温度与应力结果,得出静止轴肩对焊接过程中温度与应力的影响规律。结果焊缝横截面的高温区域均呈现出上宽下窄的碗型分布。相比于常规工艺,静止轴肩辅助工艺的焊缝区域温度具有上升速度较慢、下降速度较快的特点,且温度峰值低了55.7℃。静止轴肩具有随焊碾压的作用,在焊接过程中为焊缝区域提供一个额外的压应力,抵消焊接过程中产生的拉应力,焊后残余应力降低了17.4%。结论静止轴肩辅助工艺对焊缝区域的温度峰值以及残余应力峰值的降低均具有明显效果。     

轴向冲击作用下嵌套式薄壁球壳结构吸能性能研究及优化设计

针对单个小直径薄壁球壳吸能能力有限的问题,提出了一种嵌套式薄壁球壳结构,并通过有限元软件模拟其在轴向冲击下的动态响应过程,分析了外球壳厚度、内球壳高度和内球壳厚度对结构在轴向冲击下力学性能和变形模式的影响;建立了以比吸能、冲击荷载峰值为吸能性能的评价指标,以外球壳厚度、内球壳高度和内球壳为试验变量的响应表面模型;基于响应表面模型,通过非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)对试验变量进行优化,提出了不同工况下结构几何参数选取方案。结果表明,结构几何参数对其吸能特性影响显著,建立的响应表面模型准确可靠,优化方法得到了有限元模拟验证,有利于工程实际应用。     

考虑几何尺寸和物性参数影响的铝硅闭孔泡沫材料冲击吸能性能分析

几何尺寸和物性参数对铝硅闭孔泡沫材料动态力学性能影响较大。消除材料自身尺寸效应的影响,采用落锤冲击实验方法对不同几何尺寸和物性参数的泡沫材料进行冲击实验,研究几何尺寸和物性参数对材料冲击吸能特性的影响。冲击实验结果表明:(1)材料几何高度增加,冲击作用下应变值减小,吸能量却有减小趋势,说明材料几何高度增大,极易产生材料孔壁破裂或整体失稳破坏,造成材料抵抗冲击载荷能力降低,立方体试件高宽比在1.0～1.5之间为宜,圆柱体试件高宽比为1.0～2.0时缓冲吸能作用发挥较好;(2)随着材料直径增大,抗压强度值增加,且峰值后降低幅值减小,应变值逐渐减小,说明材料直径的增加提高了抗压强度值,增强了材料抗冲击能力,但直径增加有一定界限,圆柱和立方体高宽比为1.0左右为宜;(3)材料密度越大,抗压强度值也越高,但峰值后的突降也越大;材料孔隙度越大,抗压强度值越小,材料易产生破坏,抗冲击能力也较低;材料孔径增大,抗压强度值降低,但变形量增加,受冲击载荷作用影响较大;(4)对比结果得到冲击吸能效果良好的泡沫材料合理物性参数,密度为0.35～0.70g/cm3,孔隙度为65%～87%,孔径为1.0～4.0mm。     

400 km/h速度下转向架气动噪声特性研究

运用STAR-CCM+软件对400 km/h速度下高速列车转向架区域流场和气动噪声进行模拟,分析转向架区域流场结构;不同位置转向架气动噪声的差异;转向架组成部件对气动噪声的贡献量及其频谱特性与空间分布。结果表明,头车第一个转向架舱内气流湍化程度最高,是转向架系统中最主要的气动声源。位于转向架舱外直接受到来流冲击的部件辐射的气动噪声是转向架气动噪声的主要来源,而位于转向架舱内或被裙板遮挡的部件对转向架气动噪声贡献量很小。转向架气动噪声属于宽频噪声,但500 Hz以下的低频部分的声压级幅值远高于其他频段。转向架气动噪声具有明显的指向性。横向距离大于5 m时,声压级近似符合单个偶极子声源的远场衰减特性。在距离地面垂向高度1 m～6 m范围内,声压级随高度增加近似成线性关系减小,声压级的衰减主要发生在400 Hz以上频段。     

双吸式液环泵内流场及壳体压力脉动分析

为分析大流量液环泵内流场与外特性,文章对双吸式液环泵内部流动进行数值模拟,对轴向不同位置的内流场和壳体压力脉动特性进行研究。结果表明：轮毂直径的变化主要影响气相的分布,过渡区气相面积随着轮毂直径的减小逐渐增加。叶轮流道内速度流线曲率变化剧烈,吸排气口附近流速较高,二次流旋涡主要集中在压缩区和过渡区,在轴向上中间截面过渡区内旋涡更加明显。壳体内壁压力脉动幅值在圆周角50°和300°附近出现极大值,压力脉动幅值极差随着轮毂直径的减小而降低,各特征截面压力脉动幅值极差分别为4.9 kPa、4.8 kPa、4.7 kPa。轴向不同位置相同角度处压力系数的主频特征基本相同,压缩区壳体内壁压力脉动一阶主频为轴频,其他区域的主频为叶频。从吸气区至排气区,叶频对应的压力脉动幅值逐渐减小,在压缩区达到最小值后呈增加趋势。