柔性Rushton搅拌桨的振动特性

采用数值模拟的方法分析了课题组前期开发的实验室规模的柔性叶片Rushton搅拌桨的振动特性,并采用丹麦的Brüel & Kj?r及中国的东华振动测试仪进行了实验研究。结果表明,桨轴系统的第1~6阶振型为弯曲型,第7~12阶振型为扭转型。模拟得到的固有频率与实验结果吻合较好,均表明存在集聚现象;与干模态固有频率相比,湿模态固有频率有所降低。承受高频交变激励载荷时,桨轴系统存在明显的应力和应变谐响应。桨轴系统的固有频率随转速的增大而减小,随介质黏度的增大而增大。研究结果为柔性叶片Rushton搅拌桨的放大设计及工业应用奠定了基础。     

搅拌传动系统作用下夹套式搅拌反应釜动态特性研究

夹套式搅拌反应釜由于传动装置中电机长期工作下搅拌作用产生振动与疲劳。针对搅拌反应釜振动问题,以有限元软件Ansys APDL建模,利用顺序耦合技术进行了有预应力的模态与谐响应分析。分析结果表明,模态分析采用Block Lanczos法提取前6阶固有频率及振型,为谐响应分析提供可靠的分析频率范围;具有预应力谐响应分析得到一系列动力学特性曲线,采用POST26后处理器提取搅拌口凸缘结构、耳座垫板、夹套封头和筒体下封头的最大响应节点处位移频率曲线和应力频率曲线,得出发生共振的频率、共振幅值和共振幅值最大的方位。另分析了其在多种工况下的静态应力场,为搅拌釜的安全可靠运行和进一步优化设计提供理论依据。     

基于流固耦合的错位桨搅拌假塑性流体动力学特性

基于ANSYS Workbench分析平台,采用双向流固耦合计算方法,对错位六弯叶搅拌器）6PBT）和六弯叶搅拌器）6BT）的动力学特征进行了对比分析,根据桨叶与流体之间相互耦合运动特性,探讨了宏观流场的结构和搅拌功耗特性,分析了桨叶的变形和等效应力分布,并对6PBT桨在静态和预应力状态下的模态进行了对比研究。结果表明：同6BT桨相比,6PBT桨叶端部变形量增加了8%,端部应力提高了61%,而根部应力降低了6.7%,应力沿径向呈均匀化分布,这表明错位桨对流体的作用力更大,能够更快地传递能量,同时桨叶强度也得到相应提高;6PBT桨的静模态与预应力模态振型分布一致,在施加预应力后模态频率无明显改变,说明桨叶流场的流固耦合作用和预应力对桨叶模态的影响不大;随转速的增大,6PBT 桨的节能效果显现,体现出错位桨的优势。     

基于流固耦合的错位桨搅拌假塑性流体动力学特性

基于ANSYS Workbench分析平台,采用双向流固耦合计算方法,对错位六弯叶搅拌器(6PBT)和六弯叶搅拌器(6BT)的动力学特征进行了对比分析,根据桨叶与流体之间相互耦合运动特性,探讨了宏观流场的结构和搅拌功耗特性,分析了桨叶的变形和等效应力分布,并对6PBT桨在静态和预应力状态下的模态进行了对比研究。结果表明:同6BT桨相比,6PBT桨叶端部变形量增加了8%,端部应力提高了61%,而根部应力降低了6.7%,应力沿径向呈均匀化分布,这表明错位桨对流体的作用力更大,能够更快地传递能量,同时桨叶强度也得到相应提高;6PBT桨的静模态与预应力模态振型分布一致,在施加预应力后模态频率无明显改变,说明桨叶流场的流固耦合作用和预应力对桨叶模态的影响不大;随转速的增大,6PBT桨的节能效果显现,体现出错位桨的优势。     

搅拌容器系统的振动分析

采用有限元法对载荷工况下的搅拌容器系统进行了预应力模拟,通过模态分析得出该系统在预应力状态下的1～10阶固有频率,同时把转换和计算得到的系统在工作状态下电机的转动频率、轴的转动频率、流体通过挡板的频率、流体通过叶片的频率和流体的冲击频率作为激振频率,并与固有频率进行对比得出:激振频率分别落在1～10阶固有频率±20%区间之外,即在工作状态下搅拌容器系统不会发生共振。     

基于ANSYS的聚氨酯发泡机搅拌器结构设计及优化

为解决现有聚氨酯发泡机原料搅拌器因笨重而引起功率和材料的浪费、搅拌效率低等问题，采用响应面分析法对聚氨酯料罐内搅拌器进行结构轻量化设计。设计了一种四叶平直叶开启式涡轮搅拌器，以其搅拌轴和搅拌叶片为主要研究对象。首先，将UG＿NX建立的几何结构导入ANSYS中对两者进行有限元静力学分析。根据搅拌器的实际工况，分别施加力与载荷后，求解得到变形图和等效应力图。其次，在静力学分析的基础上对叶片进行响应面分析。以质量最小为优化目标，叶片的厚度和宽度为设计变量，叶片在对应的力与载荷条件下所受的应力与变形为约束条件，最后求解得到质量最小且满足应力、应变条件下所对应的最优结构尺寸方案。最后，为避免搅拌轴发生共振，对搅拌轴进行模态分析，得到其前六阶的振型和固有频率。最终仿真结果表明，叶片质量减少为原来的31%，且最大变形仅为0.035 mm，最大等效应力为7.52 MPa。证明采用响应面分析法对搅拌轴及叶片的结构进行轻量化设计能够满足强度要求。     

小型风力机叶片全覆冰仿真和模态试验对比研究

风力机叶片覆冰后会影响风力发电机组正常工作,甚至会使风力机过载、叶片折断,进而造成安全事故和资源浪费。应用ANSYS模态仿真和模态试验两种研究方法,探究风力机叶片在不同覆冰厚度下模态参数的变化,得到叶片前四阶振型和固有频率。结果表明,仿真和试验模态测试结果接近,振型相符,基频的误差在3%以内。覆冰后叶片一阶固有频率振型为挥舞,从第二阶开始,出现挥舞和摆振方向的耦合模态振型。前四阶振型随着覆冰厚度增加振动形式保持不变,主要振动形式为挥舞摆动,叶尖处的振幅逐渐变小。随着覆冰厚度的增加,叶片固有频率逐渐降低,在覆冰厚度为30 mm时,叶片基频比不覆冰降低28. 7%。     

钢渣破碎滚筒有限元模态分析

本文对滚筒法渣处理装置筒体进行有限元模态分析,得到了筒体前十阶模态参数。根据模态分析结果,可以看出筒体的振型及其所对应的固有频率,这样就可以根据筒体工作状态下的激励频率,确定哪几阶固有频率是必须避开的,并且得到了筒体在不同振型下所受到的最大变形。     

刚柔组合桨强化粉煤灰酸浸搅拌槽内固液混沌混合

传统粉煤灰提铝工艺中酸浸搅拌槽均采用刚性搅拌桨。因刚性桨卷吸能力有限，导致固体颗粒易沉槽、流体混沌混合效率低。提出刚柔组合桨强化酸浸搅拌槽中固液混沌混合行为。实验基于固含率为30%的粉煤灰-自来水体系，研究了刚柔组合酸浸搅拌槽内混沌混合特性及能量耗散规律。采用扭矩传感器采集扭矩时间序列信号，借助Matlab软件编译计算混合过程中最大Lyapunov指数和多尺度熵等混沌特性参数，以单位体积功耗表征搅拌反应器的功率特性。实验考察了搅拌桨安装离底高度、柔性片长度、柔性片宽度等因素对酸浸槽内粉煤灰混沌混合的影响，对比了刚性桨与刚柔组合桨体系的能耗差异。研究结果表明：刚柔组合桨通过柔性片的作用，能增大搅拌桨的卷吸力，进而减少固体颗粒沉槽现象，促进全槽混沌混合；在最优化条件（120 r/min，搅拌桨安装离底高度为T/4，柔性片长度为1.2H ₁、柔性片宽度为D/8）下，体系最大Lyapunov指数达到最大值0.0645，各尺度下的MSE均比其他条件更大，表明刚柔组合桨能够通过柔性片的多体运动，强化体系混沌混合，均化体系能量分布；刚性桨与刚柔组合桨的单位体积功耗随着转速的增加呈现指数规律增长。     

基于有限元的 燃气舵振动特性

 采用ＡＵＴＯＣＡＤ软件对某固体火箭发动机Ｃ／Ｃ燃气舵进行三维建模,使用ＡＮＳＹＳ软件对Ｃ／Ｃ燃气舵进行了有限元振动分析,并采用ＢＬＯＣＫＬＡＮＣＺＯＳ方法进行计算,得到了燃气舵在固定约束下的前５阶固有频率和振型,并对第１阶的Ｍｉｓｅｓ等效应力进行了分析。结果表明,在初始的前２阶模态,燃气舵舵片出现弯曲,从第３阶模态后叶片开始剧烈扭转;第１阶模态的Ｍｉｓｅｓ等效应力分布显示燃气舵舵片的底处应力最大,并讨论了材料的密度和弹性模量对固有频率的影响。这些结果为燃气舵进行结构优化提供了理论基础。     

刚柔组合桨强化粉煤灰酸浸搅拌槽内固液混沌混合

传统粉煤灰提铝工艺中酸浸搅拌槽均采用刚性搅拌桨。因刚性桨卷吸能力有限,导致固体颗粒易沉槽、流体混沌混合效率低。提出刚柔组合桨强化酸浸搅拌槽中固液混沌混合行为。实验基于固含率为30%的粉煤灰-自来水体系,研究了刚柔组合酸浸搅拌槽内混沌混合特性及能量耗散规律。采用扭矩传感器采集扭矩时间序列信号,借助Matlab软件编译计算混合过程中最大Lyapunov指数和多尺度熵等混沌特性参数,以单位体积功耗表征搅拌反应器的功率特性。实验考察了搅拌桨安装离底高度、柔性片长度、柔性片宽度等因素对酸浸槽内粉煤灰混沌混合的影响,对比了刚性桨与刚柔组合桨体系的能耗差异。研究结果表明:刚柔组合桨通过柔性片的作用,能增大搅拌桨的卷吸力,进而减少固体颗粒沉槽现象,促进全槽混沌混合;在最优化条件(120 r/min,搅拌桨安装离底高度为T/4,柔性片长度为1.2H1、柔性片宽度为D/8)下,体系最大Lyapunov指数达到最大值0.0645,各尺度下的MSE均比其他条件更大,表明刚柔组合桨能够通过柔性片的多体运动,强化体系混沌混合,均化体系能量分布;刚性桨与刚柔组合桨的单位体积功耗随着转速的增加呈现指数规律增长。     

涡轮自吸桨强化气液混合及氧化反应速率

自吸式搅拌桨具有强化多相及均相体系混合的特性,被广泛应用于化工冶金等领域。本文提出了一种新型涡轮自吸桨,并对其在混合及氧化还原过程中的强化作用进行了研究。以电导率法作为测定方法,以混合均匀时间作为表征参数,对搅拌转速、搅拌输入功率、示踪剂添加位置、吸气和吸液混合等影响因素进行了系统研究。研究结果表明,混合均匀时间随搅拌转速增加而降低,且存在临界转速,即为200r/min,当搅拌转速大于临界转速200r/min后,混合均匀时间基本维持稳定;当搅拌桨以吸气形式运转时,其他条件相同的情况下,自吸桨200r/min转速的混合效果与常规搅拌桨350r/min的混合效果相当;当搅拌桨以吸液形式运转时,自吸桨在0.27kW/m³输入功率下可达到常规搅拌桨1kW/m³以上输入功率的搅拌混合效果。同时,本文以水杨酸为活性氧捕集剂,初步探究了自吸式搅拌桨在强化氧化还原过程的机理,研究结果表明自吸式搅拌桨在吸气运转过程中,混合搅拌体系产生了羟基自由基,对应羟基化产物在120min后积累浓度为73.47μmol/L。此外,以二价铁为氧化剂受体,以二价铁的氧化效率为表征参数,对自吸式搅拌桨实际应用效果进行了系统研究,研究结果表明,在氧化二价铁的过程中,当pH为5.0时,自吸桨氧化优于曝气氧化效果;在pH=4.0、常温条件下,相较于普通搅拌桨,自吸式搅拌桨对应体系的氧化效率达到30%,是常规搅拌桨的10倍;当转速大于300r/min时,转速增加对氧化平衡终点影响较小,对氧化速率影响较大,即转速为400r/min的氧化效率比300r/min的氧化效率高30%。     

复合材料导管结构设计和有限元优化

导管桨可以有效提高推进效率,相比于金属导管,复合材料导管可以有效地减少导管螺旋桨重量,有利于导管桨的工程应用。采用纵、环肋的导管结构设计,克服了复合材料导管刚度较低的缺点。分别以干、湿模态为目标函数,利用ANSYS有限元软件APDL优化设计理论,对导管环肋分布位置进行了优化设计,给出了导管的最优结构形式,并比较了一阶干、湿模态频率和振型的异同。研究结果表明,复合材料导管一阶湿模态频率约为一阶干模态频率的25%,但振型特征相差不大;给出的结构优化设计方法对复合材料导管结构的工程设计具有一定的指导意义。     

基于ANSYS真空平板玻璃的动力学模态分析

利用大型有限元分析软件ANSYS对真空平板玻璃结构进行模态分析,按照真空玻璃国家标准,建立1000mm×1000mm真空平板玻璃模型,在ANSYS中设置材料属性及边界条件进行模态分析,在0～100000Hz频率范围内求解其1～10阶整体结构的固有频率及振型。另外,对相同尺寸下普通玻璃及中空玻璃模型进行模态分析,与真空平板玻璃固有频率及振型加以对比。结果表明:与普通平板玻璃及中空玻璃相比,真空平板玻璃每一阶固有频率最大,并且变形最小。说明真空平板玻璃刚度性能优先于普通玻璃及中空玻璃。为其整体设计及其制造提供了科学的依据,将有效预估结构的振动特性。     

汽车变速箱速度传感器扫频振动性能分析与结构优化

针对一种采用玻纤增强PPS材料作为骨架的汽车变速箱传感器,采用ABAQUS/Standard隐式求解器计算分析了其在特定加速度激励曲线作用下的扫频振动性能。仿真结果显示,其Y向振动工况的结构最大应力大于许用应力,不满足设计指标要求。通过对比分析Y向振动工况的变形及模态分析结果,发现产生结构最大应力的原因是加速度激励激发了传感器的第一阶模态振型,进而导致较大的变形和应力。最后,针对性地进行了传感器的结构设计优化,减小传感器Z向长度并改变安装固定位置。仿真结果显示,优化设计的Y向振动工况的最大应力下降到许用应力以下,X向振动工况的最大应力虽然有所增大,但仍小于许用应力。优化方案三个方向振动工况均满足设计指标要求,且质量下降了14.3%,一定程度降低了材料成本。     

液化搅拌过程混合性能的研究

为研究搅拌槽内液化过程的混合情况，以糙米粉溶液液化过程为研究对象，采用计算流体力学方法对3种搅拌桨的流场分布、混合时间、功率大小、剪切力大小等方面进行了模拟和分析。结果表明：倾斜大直径搅拌桨（ILD）与多叶片组合式搅拌桨（MBC）和最大叶片式搅拌桨（MB）相比有更强的径向混合能力，近桨叶处的径向速度相比多叶片组合桨和最大叶片桨增加4倍左右；倾斜大直径搅拌桨的死区占比最少，对物料的混合效果最好，在相同的操作条件下，倾斜大直径搅拌桨的功率降低了18%，在保持低能耗的同时，倾斜大直径搅拌桨平均剪切速率更大，更有利于非牛顿流体层流条件下的混合。     

脉冲射流-刚柔组合桨强化流体混沌混合及传质性能研究

传统搅拌反应器普遍使用刚性桨进行机械搅拌,导致反应器内容易产生混合隔离区而降低流体混合效率。采用多流场耦合诱发混沌现象,促使更多流体进入混沌状态,是提高流体混合效率的有效途径之一。结合Matlab软件编译PJ-RF-RT体系中的压力脉动信号得到最大Lyapunov指数（LLE）与多尺度熵（MSE）,探究不同脉冲周期下占空比、桨型、柔性桨叶厚度、桨离底高度及脉冲空气射流量对搅拌反应器内流体混沌混合的影响,同时,对比分析了桨型、射流类型、气流量对体积氧传质系数K_La的影响。研究结果表明,在脉冲周期T=0.4 s,占空比D=80%时,RF-RT桨体系较R-RT桨体系的LLE增大了11.58%,且RF-RT体系的MSE显著高于R-RT桨体系,表明脉冲射流刚柔组合桨体系能更好地诱发流体混沌,增大流体混合效率,均化体系能量分布。此外,脉冲射流耦合RF-RT桨体系增强了流体的湍流特性,促使液膜厚度减小,强化了传质,在单位体积功耗P_v=360 W/m³时,PJ-RF-RT体系的K_La较PJ-R-RT提高了13.46%,PJ-R-RT体系的K_La较SJ-R-RT提高了11.86%。     

全钢载重子午线轮胎模态的有限元分析

采用ABAQUS软件对12.00R20规格全钢载重子午线轮胎建立三维有限元模型,并对该模型进行模态分析, 得到了在标准充气压力和额定负荷工况下轮胎的固有频率和相应的振型,同时还研究了气压和负荷对轮胎固有频率的影响.结果表明,在允许充气压力范围内,随着充气压力和负荷增大,轮胎的固有频率提高.轮胎模态的有限元分析能够为研究轮胎动态特性以及轮胎与整车匹配提供理论指导.     

新型橡胶柔性齿轮的制备及其结构和性能分析

制备一种新型橡胶柔性齿轮并通过有限元技术对其丁腈橡胶（HNBR）阻尼环结构进行设计,确定HNBR阻尼环外径为52 mm时其内径为46 mm最佳。对新型橡胶柔性齿轮进行模态有限元分析,得到新型橡胶柔性齿轮的模态特性,证明新型橡胶柔性齿轮能够更好地避免共振现象。通过模态试验,研究不同温度下新型橡胶柔性齿轮的固有频率变化,得出新型橡胶柔性齿轮的1阶固有频率随着温度的升高而减小的结论。本工作为新型柔性齿轮动力学性能的研究奠定了基础。     

变频刚柔搅拌反应器强化锰矿浸出及除铁过程

传统锰矿浸出过程采用刚性搅拌反应器,存在矿粉悬浮效果差、锰矿利用率低、浸出液中铁含量较高的问题。本文采用变频刚柔搅拌反应器强化锰矿的浸出过程,实验对比分析了不同桨叶类型、搅拌桨操作方式和变频间隔时间对锰矿浸出效果、搅拌功耗的影响,同时分析了变频刚柔桨耦合空气射流在除铁过程的效果。结果表明,变频刚柔桨通过柔性钢丝绳对流体的扰动作用以及变频操作对稳定流场的更新作用,提高浸出液中Mn²⁺含量;同时,由于体系变频操作的频率变化,降低了搅拌功耗。相同功耗下,刚柔组合桨体系浸出液中Mn²⁺含量相对于刚性桨体系提高了10.8%;相同转速下,刚柔组合桨体系在浸出过程的功率消耗相对于刚性桨体系提升了25.4%。变频间隔时间为30min时,变频刚柔桨体系浸出液中Mn²⁺含量相对于刚柔组合桨体系降低了2.17%,但相应搅拌功耗降低了28%。调节体系pH后,采用变频刚柔桨耦合偏心空气射流操作,可有效降低浸出液中Fe²⁺含量。在通气60min后,浸出液中Fe²⁺浓度已至较低水平,低于0.15mg/L。