结构参数对浮环轴承动态特性的影响研究

为了分析结构参数对浮环轴承动态特性的影响,以摩擦学和流体润滑理论为基础,采用浮环转速比为切入点推导出偏心率与结构参数的变化关系,并以此为基础应用有限元法对其进行分析,得出浮环轴承的动态特性系数随结构参数的变化规律.研究结果表明:总交叉刚度的绝对值和总主阻尼随浮环内外半径比或间隙比的增加而减小;总主刚度的绝对值和总交叉阻尼随浮环内外半径比的增大而减小,随间隙比的增加而增加.研究结果为浮环轴承设计提供了参考依据.     

固体润滑剂对磁流变液摩擦性能的影响

从磁流变液的配方设计入手,采用四球摩擦磨损试验机研究了不同类型的固体润滑剂对磁流变液摩擦性能的影响,并考察了固体润滑剂在不同触变剂体系和不同基础油体系磁流变液中的配伍性,记录了摩擦系数随时间的变化曲线。结果表明,无机层状结构类固体润滑剂和高分子化合物类固体润滑剂的加入均能有效地改善磁流变液的润滑性能,其中二硫化钼在无机层状结构类固体润滑剂中的润滑效果最佳,氮化硼的润滑效果最差。固体润滑剂在以二氧化硅为触变剂的磁流变液体系中的减摩效果优于以高岭土为触变剂的磁流变液体系。与硅油磁流变液体系相比,在矿物油磁流变液体系中聚四氟乙烯和氮化硼能能起到明显的润滑效果,二硫化钼和石墨的润滑效果变弱。     

固体润滑剂对磁流变液摩擦性能的影响

从磁流变液的配方设计入手,采用四球摩擦磨损实验机研究了不同类型的固体润滑剂对磁流变液摩擦性能的影响,并考察了固体润滑剂在不同触变剂体系和不同基础油体系磁流变液中的配伍性,记录了摩擦系数随时间的变化曲线。结果表明,无机层状结构类固体润滑剂和高分子化合物类固体润滑剂的加入均能有效地改善磁流变液的润滑性能,其中MoS2在无机层状结构类固体润滑剂中的润滑效果最佳,氮化硼的润滑效果最差。固体润滑剂在以SiO2为触变剂的磁流变液体系中的减摩效果优于以高岭土为触变剂的磁流变液体系。与硅油磁流变液体系相比,在矿物油磁流变液体系中聚四氟乙烯和氮化硼能能起到明显的润滑效果,MoS2和石墨的润滑效果变弱。     

基于磁流变弹性体的推进轴系半主动式吸振器研究

根据船舶推进轴系纵振动力学特性,针对动力吸振器的减振机理进行研究,并对半主动式吸振器的设计参数影响规律进行理论分析。基于磁流变弹性体的剪切模量可由外加磁场控制的特性,设计了一种剪切刚度可调的半主动式吸振器,对其移频特性进行了试验测试,并在1∶4的船舶轴系缩比模型上进行了变转速工况下吸振效果试验。实验结果表明,该吸振器具有12.3 Hz的移频范围,移频特性曲线线性度良好;并且在不同转速下相比被动式吸振器均有更好的吸振效果,进一步验证了利用磁流变弹性体设计推进轴系半主动式吸振器的可行性。     

涡轮增压器动力学建模及振动特性研究

采用结合有限元法(FEM)的多体动力学方法,对某车用浮环轴承涡轮增压器进行多体系统仿真模型的建立:以模态综合法为基础,建立增压器壳体与转子的柔性体子结构模型;以广义不可压缩雷诺方程为基础,建立增压器浮环轴承的EHD弹性液力润滑模型(Elastic Hydro-Dynamic)。计算得到内外油膜压力、转子振动特性以及增压器壳体表面振动速度,并进行实验验证。结果表明,采用柔性体多体动力学与EHD轴承润滑模型相结合的建模方法能够有效用于增压器的振动特性分析,该方法的应用也为研究增压器同步、次同步振动与噪声问题提供了理论依据。     

基于机理的磁流变减震器滞回特性魔术公式模型

为了发展一种新的、简单通用的磁流变减震器模型,以适用于半主动悬架的动力学分析与控制。通过对磁流变减震器进行运动学和流变学分析,将减震器的作用力分为剪切项、黏性项、摩擦项、弹性项和惯性项。对于其中表征磁流变液特性的剪切项,使用魔术公式进行描述,变化魔术公式中的系数可以适应不同使用工况,达到精度和适应性的统一。以魔术公式描述剪切项是该文的特色,因此将所提出的模型称为魔术公式模型。通过参数辨识获得各项参数与施加电流的关系,建立起磁流变减震器滞回特性魔术公式模型。该模型形式简单、参数一致且参数物理意义明确,方便用于半主动悬架系统动力学分析与控制器开发。通过试验数据与仿真结果对比,证明模型有较好的精度和适用性。     

基于修正Backlash滞环的磁流变减振器建模

针对磁流变减振器在半主动控制应用中的非线性建模问题,借鉴电磁学中描述磁滞现象的方法,引入动态Backlash like模型描述阻尼力-速度特性中的滞回现象,兼顾磁流变减振器在不同电流及不同频率时的动特性,利用Sigmoid函数修正Backlash滞环,并考虑磁流变液屈服后黏性及充气压力作用,并联一个弹簧-阻尼系统,从而提出一种修正Backlash滞环的参数化模型.在试验台架上对自制的磁流变减振器进行不同电流和频率下的动特性试验,用试验数据对模型参数进行辨识,并验证了该模型的预测性能,预测误差小于10%～15%.该模型结构简单,能较精确地描述和预测磁流变减振器动特性,具有良好的实用价值.     

螺旋桨推进轴系摩擦自激扭转振动研究

螺旋桨推进轴系中,转子扭转振动和轴颈-轴承非线性摩擦的耦合可诱发自激振动。为研究轴系摩擦自激扭振的形成机制和基本规律,采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型描述轴承-轴颈的动摩擦特性,通过拉格朗日方程和主振型叠加法建立了推进轴系摩擦自激扭振的非线性动力学模型。其后利用多尺度法分析了自激扭振发生的临界参数条件和基本规律,运用数值积分方法进行了动力学响应计算,并研究了主要物理参数对轴系摩擦自激扭振产生条件的影响。研究方法和结果可为推进轴系系统设计提供必要的理论参考。     

添加剂对羰基铁磁流变液的摩擦磨损特性的影响

采用四球摩擦磨损试验机考察了羰基铁磁流变液中添加剂对摩擦曲线、摩擦系数、磨斑直径、最大无卡咬负荷岛和烧结负荷如的影响，用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌。结果表明，SiO2或粘土等触变剂使磁流变液的润滑性能降低。通过添加有机钼等固体润滑荆可以提高磁流变液的润滑性能，但随着负荷的增大，含各类添加剂的磁流变液的摩擦系数和磨斑直径趋于一致。磁流变液的磨粒磨损的机理主要为微观切削，表现为沟犁效应。羰基铁磁流变液的边界润滑性能主要取决于基础油的特性．     

磁流变胶泥材料的磁控力学行为实验研究

采用主要成分为高粘度线性聚硅氧烷的弹性胶泥为基体,制备了羰基铁粉质量分数为20%,40%和60%的磁流变胶泥。对磁流变胶泥的流变学特性和动态力学特性进行测试,描述了磁流变胶泥的本构关系并识别其参数,分析了磁场、铁粉含量、剪切应变以及剪切频率对粘弹性能的影响。结果表明,磁流变胶泥的本构关系能用Herschel-Bulkley模型进行描述;剪切应力、刚度的磁场可控范围宽(铁粉质量分数为60%的磁流变胶泥剪切应力调节范围16~128kPa,储能模量可调范围0.52~3.28 MPa);随铁粉含量和磁场的增加,剪切应力增大、弹性增加而粘性减小;不同磁场下磁流变胶泥从线性粘弹性区向非线性粘弹性区转变的临界应变值不同,且磁场增大可拓宽线性粘弹性区的范围;在线性粘弹性区磁流变胶泥对0~80Hz频率无依赖性。     

考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型及试验验证

为了研究磁性颗粒在磁场作用下的不均匀分布对磁流变液力学性能的影响,通过卡方分布来模拟磁性颗粒的间距分布,对现有的磁流变液微观力学模型进行修正,并通过磁流变阻尼器的力学性能试验验证了模型的有效性。在磁流变液双链微观力学模型的基础上,修正相邻磁性颗粒的间距完全相等且不随磁感应强度而变化的假设,采用卡方分布来表征磁性颗粒间距的不均匀分布,并引入分布参数来描述磁性颗粒间距随磁感应强度的变化关系,推导了考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型;基于修正的微观力学模型,分析了分布参数对磁流变液剪切屈服应力的影响;将该文提出的磁流变液修正微观力学模型带入到磁流变阻尼器的准静态模型中,可以得到不同电流下的阻尼器最大出力,并与磁流变阻尼器力学性能试验数据进行对比来验证所提模型的有效性。结果表明,考虑了磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型可以更加精确地预测磁流变液在不同磁感应强度下的剪切屈服应力,尤其是在低磁感应强度情况下可以改善现有微观力学模型放大了磁流变液剪切屈服应力的缺点。     

磁流变夹层简支梁的有限元分析

智能材料——磁流变液(MRF)的流变特性如粘性、剪切弹性模量等随外加磁场可迅速、可逆变化,MRF可用于复合智能夹层梁板结构。建立了MRF简支夹层梁有限元模型,分别形成每层的单元矩阵,推导了MRF夹层梁的动力学方程,研究了上下面板为铝板条的MRF夹层梁的振动特性,进行了实验验证,计算与实验结果吻合较好:随着外加磁场强度的增加,梁的固有频率和损耗因子均增大,说明磁流变液在外加磁场作用下对夹层梁有显著的抑振作用。     

羰基铁粉性质对磁流变液摩擦磨损性能的影响

选用7种羰基铁粉通过机械球磨法制备磁流变液,利用四球摩擦实验机测试不同荷载和转速条件下磁流变液的摩擦系数,观察并计算磨斑直径,用电子显微镜(SEM)观察磨斑形貌,分析羰基铁粉表面类型、包覆和粒径对磁流变液摩擦磨损性能的影响。结果表明,磷化型羰基铁粉制备的磁流变液摩擦磨损性能优于还原型,羰基型最差;纳米Si O2包覆羰基铁粉能够有效降低磁流变液的摩擦磨损;低荷载条件下,磁流变液摩擦磨损性能受羰基铁粉粒径影响较大,在一定范围内减小粒径能够改善润滑性能,而随着荷载升高,这种影响逐渐减小。     

微型燃气轮机浮环轴承动力学参数影响因素研究

浮环轴承在高速运转时内层油膜承载力大于外层油膜承载力,在分析浮环轴承稳态内外层油膜压力时,只分析外层油膜压力即可表现出浮环轴承的承载能力.利用转子动力学分析软件DyRoBes与有限差分方法分别对相对重载微型燃气轮机浮环轴承外层油膜压力Reynolds方程进行数值计算,分析并比较其运算结果.由于浮环轴承自身结构的特点,使得浮环轴承内外层油膜刚度和阻尼的相互关系等效于弹簧和阻尼的串联,由此可以算出不同转速下的浮环轴承油膜总刚度和总阻尼及偏心比、轴颈的静平衡位置等影响浮环轴承油膜特性及动力学行为的重要参数,最后利用Routh-Hurwitz判别法分析了对应转速下的油膜稳定性.     

基于有限元计算的磁流变液特性分析及其与基于磁偶极子模型结果的比较

采用ANSYS有限元软件,计算了磁流变液单链在剪切过程中的力学特性,并以此为基准分别与基于简化偶极子模型和基于不简化偶极子模型的结果进行了比较。结果表明,简化偶极子模型在描述磁流变液力学特性方面具有较高的精度,但由其得到的剪切屈服应力略低于有限元计算结果。这对于改进偶极子模型以建立磁流变液性能更精确快捷的多层次描述方法,进而设计高性能磁流变液具有重要的意义。     

分布式摩擦激励下轴系振动研究

针对含水润滑橡胶轴承轴系在摩擦激励与弯扭耦合作用下产生自激振动并诱发异常噪声、而常用的点支承模型无法用于分析轴承分布支承力及轴承倾斜等因素对轴系振动影响,采用分布式轴承支承模型及速度依赖型Stribeck摩擦模型,利用拉格朗日方程及模态展开法建立摩擦激励下轴系动力学模型。用数值仿真研究轴系非线性振动与系统物理参数间关系,探讨接触力、转速、轴承倾斜等因素对轴系响应特性影响。结果表明,在相同摩擦系数、接触力、转速条件下轴承倾斜会使轴系更易产生自激失稳。     

磁流变阻尼器的实验建模

磁流变阻尼器是一种应用前景广阔的半主动控制阻尼器。基于对磁流变阻尼器的实验,建立了描述磁流变阻尼器阻尼特性的Bingham塑性模型和非线性滞回模型。讨论了施加电压（磁场强度）、激振振幅及频率对两种模型的参数的影响。该文提出的非线性滞回模型具有精度高、参数识别过程简单和准确反映磁流变阻尼器滞回特性等优点。     

温度对磁流变液材料及传力性能的影响

针对不同温度下磁流变液的性能差异巨大,造成高温环境条件下磁流变液流变效应下降、剪切力变化不可控甚至传动装置传动失效等问题,分析了温度对磁流变液及其剪切应力的影响,在此基础上建立了磁流变传动装置的有限元模型对传动装置工作时的温度场进行分析。研究结果表明,温度对磁流变液的黏度有较大影响,进而影响磁流变液的流变特性和屈服应力;温度对磁流变液的力学性能影响明显,特别是在温度高于100℃后,材料在磁场下的成链受到显著影响,造成流变效应下降、剪切力变化不可控等问题;磁流变液工作时磁性颗粒间的滑差会造成磁流变液温度的显著升高。     

磁流变弹性体调频吸振器的研制

传统的动力吸振器吸振频带较窄,限制了稳定性和吸振效果的提高,影响了其应用范围.而磁流变弹性体是一种剪切模量可由外加磁场可控的智能材料.本文利用磁流变弹性体作为动力吸振器的弹性元件和阻尼元件,并采用移频调谐的控制方法,设计了一种可调频的动力吸振器.对其进行的动力特性的研究表明,该吸振器移频范围较宽,在较宽的吸振带宽内具有较好的吸振效果.     

颗粒间摩擦对颗粒流润滑影响的力学机制

颗粒流润滑是一种可用于苛刻工况环境的新型润滑方式,颗粒间摩擦对颗粒流润滑影响的规律和特性是阐明颗粒流润滑理论的关键科学问题,也可以为极端工况环境下颗粒流润滑轴承的设计和参数选择提供技术支持。为了分析颗粒间摩擦对颗粒流润滑系统宏、微观特性以及下摩擦副与颗粒润滑介质间摩擦的影响规律,构建了颗粒流润滑离散元数值模型,并对该问题进行了分析和研究。研究结果表明:颗粒间摩擦对颗粒流润滑系统的减摩润滑特性具有显著影响,下摩擦副和颗粒润滑介质之间的平均摩擦系数会随着颗粒间摩擦的增大而增大;颗粒流润滑系统内的微观配位数和滑动率均随着颗粒间摩擦系数的减小而增大;颗粒润滑介质在摩擦副间隙的宏观流动行为具有明显的分层特性,且宏观流动速度随着颗粒间摩擦的增大而减小,进一步的分析结果表明:颗粒润滑介质的波动速度是直接反映其宏观流动速度快慢的关键性参数。