火箭发动机涡轮泵机械密封结构与工艺的一体化设计研究

火箭发动机涡轮泵机械密封是一类典型的高参数机械密封,在高速、高压等极端工况下工作,其设计研究较普通机械密封更为重要。为解决涡轮泵机械密封结构设计与制造工艺相互分离的问题,提出了结构与工艺的一体化设计方法。该方法基于公理化设计理论,以结构设计和工艺实现为功能需求,对涡轮泵机械密封的研制过程进行功能分解,获得了结构工艺的一体化设计流程。以某火箭发动机涡轮泵机械密封静环的设计为例,对一体化设计流程进行了验证,并重点分析了静环石墨的选型及其与基体材料的相容性问题。该研究有助于提高机械密封的设计水平,还可为其他高参数机械产品的研制提供参考。     

聚乙烯表面仿生聚合物刷的构建及其生物摩擦学特性研究

正项目负责人:熊党生(E-mail:xiongds@163.com)依托单位:南京理工大学项目批准号:509751451.项目简介置换关节常处在边界润滑和混合润滑状态,磨损是导致其无菌松动和晚期失效的主要因素。本研究模仿天然关节软骨表层滑膜腔的刷型结构与润滑功能。(1)在人工关节承载材料—聚乙烯表面构建聚合物刷,研究表面接枝聚合物刷的生物相容性与润湿性能,研究聚合物刷的表面形态、结构、接枝率及其对摩擦学行为的影响,研究模拟体液环境下聚合物刷的润滑与磨损失效机理;(2)研究制备了在聚乙烯表面可"再生"聚合物刷的块体材料,研究了接枝工艺对材料力学、生物相容性和     

新型金属烤瓷材料--遮色瓷粉体的研究

用高纯长石粉等国产原料,采用熔融后水淬、湿法球磨的工艺,制备齿科用金属烤瓷材料。对自制遮色瓷粉体的粒度、润湿性能、遮色性能以及生物相容性等进行研究与测定。结果表明：自制粉体的性能已达到生物医用材料的要求,可以应用于临床。     

基于CFD磁悬浮离心血泵多相流流场仿真研究

磁悬浮离心式血泵具有较好的血液流动性与血液相容性，由于其转速低、轴向尺寸小被应用于心室辅助装置。然而，血液本身是一个非常复杂的非牛顿流体，把血液看成单相流体不利于弄清红细胞在离心血泵内的分布规律，同时也没有考虑红细胞对流场的影响。为了弄清血泵流场的分布规律，且又不过多增加数值仿真的计算量，通过将血浆定义为液相、红细胞定义为固相，采用混合物模型（Mixture），基于计算流体力学进行模拟仿真，探讨磁悬浮离心式血泵多相流流场分布规律。研究结果表明，在工作转速（n=3600r/min），进口流量为6L/min的工况下，磁悬浮离心血泵可以满足人体生理需求，具有较好的机械效率，该研究为弄清血泵多相流流场提供了数值仿真支撑。     

计算流体力学方法分析一例喷射悬浮血泵的液力、悬浮及溶血特性

左心室辅助装置被用于治疗严重的心力衰竭,目前第三代左心室辅助装置采用液力悬浮或磁力悬浮手段,让转子悬浮在腔室中,从而完全避免机械磨损。然而,磁力悬浮需要主动控制和额外能耗,不利于长时间续航。而液力悬浮轴承间隙很小（通常小于100 μm）,在这一微小间隙中,会产生高切应力和滞流点,从而造成血液损伤。为此设计一种采用新型喷射悬浮手段的血泵。该悬浮手段为被动式,且几乎没有额外的能量损耗。运用流体力学方法分析这一血泵的液力、悬浮和血液相容性能,进行试验验证,并对比新型悬浮血泵和没有喷射流道的参照泵的血液相容性。研究显示,喷射悬浮方式可以在较大的间隙下有效实现转子悬浮,且具有良好的血液相容性,对左心室辅助装置的发展有重要意义。     

混流血泵血液压差损伤机理分析及仿真

血泵对血液的破坏程度是衡量血泵性能的一个重要指标,而植入式混流血泵内部流场中过大的压力梯度是导致血液中红细胞破碎从而引起溶血的重要因素之一。本文采用水力旋流场及血液流变学理论对混流血泵内血液压差损伤机理进行了研究,给出了红细胞压差破碎的判定依据,并结合所设计的植入式混流血泵,应用多相悬浮体CFD仿真技术,对血泵中的压力场进行了仿真分析。仿真结果表明:所设计的植入式混流血泵中的压力分布情况可以满足血液生理要求。     

超声锁相热像技术检测接触界面类型缺陷

为了提高超声锁相热像技术(ULT)的检测效率并获得最佳检测结果,对超声波调制、热图序列处理和检测参数选择进行了研究。阐述了超声锁相热像技术的检测原理并进行了理论分析,建立了ULT的检测系统。采用方波调制的超声波激励试件,用红外热像仪记录试件表面热图,并用瞬态处理方法对热图进行锁相处理得到相位图和幅值图实现对缺陷的检测。用该方法检测了钢板表面及近表面的微裂纹(微米级)和铝合金板内不同深度缺陷等接触界面类型缺陷。结果表明,检测A3钢板材料表面(近表面)裂纹时,调制频率可选择0.5Hz,接触压力约0.25kN,激励头与微裂纹的距离对检测结果几乎无影响,激励位置可根据试件结构而确定;由于降低调制频率可提高缺陷的检测深度,检测铝合金材料时,调制频率≤0.3Hz能够探测到4mm深度的缺陷;另外,该方法能够准确检测蜂窝夹层结构的脱粘缺陷。研究表明,研制的检测系统数秒内即可完成对接触界面类型缺陷的准确检测。     

铸锡青铜与巴氏合金抗粘附磨损的实验研究

基于对磨损影响因素拓展分析的所悟，并依据“相容性”理论，率先尝试改铸锡青铜注塑机拉杆衬套为钢背内衬巴氏合金衬套，在SZ－4000型塑料注射成型机上进行了500h工况对比实验，实验结果表明，解决磨损问题不能仅局限在对抗磨材料的研制与单纯提高材料的硬度；提出了摩擦副偶件间材质硬度差值的大小及表面粗糙度的匹配也是问题关键的观点。     

基于动网格的永磁悬浮章动血泵流场数值模拟及溶血预测

血泵转子高速旋转会造成血细胞出现不同程度的机械损伤，严重时可能危及患者生命，研究血泵流场特性是设计人工心脏泵的关键。以自主研发的章动磁悬浮血泵为例，基于计算流体动力学非定常三维N-S方程，采用标准κ-ε模型、用户自定义函数和动网格技术，模拟分析血泵内部流场情况，探究三维流场内速度、压力以及剪切应力大小及分布规律。建立磁悬浮章动血泵的溶血模型，采用粒子追踪法获取红细胞在血泵内所受剪切应力和暴露时间，预测血泵的溶血特性。研究结果表明血泵内部流动均匀，没有明显的回流和滞流现象，具有良好的血液相容性。研究为磁悬浮章动血泵的进一步优化设计和性能评价提供重要依据。     

复相陶瓷刀具材料的物化相容性分析

物理和化学相容性问题是复相陶瓷刀具材料设计中的重要内容之一。本文在所建立的化学相容性计算模型基础上 ,利用计算机编程计算并分析了各种可能的复相陶瓷刀具材料组分系统的化学相容性问题。定性分析了复相陶瓷刀具材料的物理相容性 ,认为各组分材料的热膨胀系数和弹性模量的最优匹配 ,是获得同时具有较高的抗弯强度和断裂韧性的复相陶瓷刀具材料的必要条件之一。     

车用橡胶材料与润滑油脂的相容性

针对车用橡胶材料与润滑油脂的种类和应用繁多,导致二者相容性太差而引发汽车安全与材料使用寿命问题,从车用橡胶材料和润滑油脂的种类和使用情况出发,评述橡胶材料与油脂的相容性试验方法、测试标准以及评定参数等研究进展情况,并对车用橡胶与车用油脂相容性研究思路进行分析总结,为车用橡胶材料与润滑油脂的选用提供一定的技术帮助.     

基于黑硅为吸收层的热电堆红外探测器

基于黑硅对部分波长红外光的高吸收效率,结合红外探测器对吸收层材料的要求,针对以黑硅为红外吸收层的设计与测试进行了研究;设计采用工艺中刻蚀出现的"黑色"物质为吸收层材料,研究对不同波长红外光的吸收效率。根据红外基本理论,结合MEMS工艺可行性和兼容性设计一种微机械热电堆红外探测器,热偶对的排布位置进行上下设计;突破原有的硅衬底的释放困难和SOI衬底的成本过高的问题,提出一种氧化层上的多晶硅作衬底,最后器件以正面干法释放器件的方法,在提高探测器性能的同时节约成本。     

Multi-objective optimization of surface texture for the slipper/swash plate interface in EHA pumps

Well-designed surface textures can improve the tribological properties and the efficiency of the electro-hydrostatic actuator (EHA) pump under high-speed and high-pressure conditions. This study proposes a multi-objective optimization model to obtain the arbitrarily surface textures design of the slipper/swash plate interface for improving the mechanical and volumetric efficiency of the EHA pump. The model is composed of the lubrication film model, the component dynamic model considering the spinning motion, and the multi-objective optimization model. In this way, the arbitrary-shaped surface texture with the best comprehensive effect in the EHA pump is achieved and its positive effects in the EHA pump prototype are verified. Experimental results show a reduction in wear and an improvement in mechanical and volumetric efficiency by 1.4% and 0.8%, respectively, with the textured swash plate compared with the untextured one.     

海水柱塞泵平板式配流阀的密封问题

重点分析了海水液压柱塞泵中配流阀的密封和失效机理，并结合海水介质迥异于传统油压介质的理化特性，着重探讨了阀芯、阀座间的密封型式、材料选择与表面处理工艺。     

汽车尾气温差发电系统车载兼容性多目标优化研究

汽车尾气温差发电系统在接入发动机的排气管时会改变其气流,为了尽可能降低对发动机原有性能的影响,提高汽车尾气温差发电系统的发电性能,针对汽车尾气温差发电用六边形热交换器,以表面平均温度最高和压力损失最小为目标进行其车载兼容性优化。基于CFD软件搭建了热交换器的有限元仿真模型,研究热交换器的入口气体流速对其表面温度和压力损失的影响,以及入口气体温度对其表面温度的影响,以翅片长度、角度、宽度及翅片间的间距为设计变量,针对试验数据建立高斯过程回归代理模型,并采用灰狼算法在多目标优化函数空间中寻求最优解。结果表明,与经典的NSGA-Ⅱ算法相比,利用多目标灰狼算法进行优化时所得Pareto解集更为集中,设定的评价指标值也更高;与优化前的几种结构相比,优化后的热交换器表面平均温度有所降低,但压力损失下降显著;与空腔结构热交换器相比,其表面平均温度和压力损失均有提升,压力损失增加幅值在可接受范围内,证明优化后的热交换器能有效兼顾汽车尾气温差发电系统的功率及其车载兼容性。     

换热器流路计算机辅助建模系统的开发

管式换热器结构紧凑,换热效率高,应用广泛。建立简单精确的计算机流路模型有利于应用计算机系统对管式换热器进行分析计算,提高设计效率。为简化流路模型的建模过程,提出了流路的计算机建模方法及计算机辅助建模系统的设计思路。系统基于Visual Studio及Auto CAD平台,采用面向对象的VisualC＋＋程序语言开发应用程序,使用兼容性良好的Access建立流路模型数据库。系统由五个功能模块组成,具有模型绘制、模型检测和模型管理等相关功能。系统界面友好,操作简单,实用性强。     

某型加固计算机的主机机箱结构设计

介绍了计算机主机机箱的加固技术,其中包括：热设计,电磁兼容加固技术,抗振动冲击加固技术,维修性技术,利用波导通风窗,导电胶条,导电密封垫,电源滤波器等,成功研制出符合各项指标的硬铝合金材质的加固计算机主机。     

基于截面轮廓的NURBS曲面重建

提出了一种基于变截面轮廓线族重建NURBS曲面的方法。用自动跟踪法反求出轮廓线组的脊线,并用脊线自动调整各轮廓线的起始点位置。然后插值各个轮廓线,构造封闭的样条曲线,以特征点处的节点为分段点实现多条样条曲线的分段相容,并蒙皮构造封闭的B样条曲面。对于有特征点的轮廓线,通过设置特征点的重数及在曲线构造和曲面蒙皮中的相应处理,可以在曲面上保留轮廓线中的特征。     

天然高聚物静电纺丝技术的研究与应用

天然高聚物的生物相容性好,可以促进细胞的粘附和生长,所以可以用来构建组织工程力架。通过静电纺丝技术得到的纳米纤维与胶原纤维等细胞支架材料的尺寸相近,因此,利用生物高分子静电纺丝作为血管、骨和皮肤等生物力架具有很好的效果。论述了静电纺丝技术的基本原理,并且就各种高分子材料的特点和具体应用展开了一定的说明,高压静电纺丝技术作为目前制备纳米级纤维的主要手段,未来将会在纺织工程、生物工程、组织工程以及农业工程等领域发挥更为显著的作用。     

Lubrication behaviour of iron rhenate in relation to matching pairs at elevated temperatures

Iron rhenate was compounded by a chemical method, which can be reproduced during the wear process of Fe-Re alloys at elevated temperatures. The friction coefficient of iron rhenate was determined using five types of ball material (Si₃N₄, Al₂O₃, glass, 440 C, and Hast C) matching seven types of disc material (Al₂O₃, 761 iron base superalloy, glass, stainless steel, bronze, copper, and Al-Li), using a ball-on-disc device. The results show that the iron rhenate plays a role in lubrication from room temperature to 600°C. The lubrication behaviour is related to the nature of the matching pairs: the hardness of the materials, the compatibility of iron rhenate with the materials of the matching pairs, and the surface roughness of the disc most affect the lubrication behaviour of iron rhenate. The principle of tribologically matching pairs is proposed.