多孔挡板影响液体晃荡冲击压力特征的研究

船舶波浪中航行激励液舱内液体晃荡产生的激振力会导致液舱结构局部失效,从而影响船舶运动姿态,而多孔挡板可以有效避免该问题。构建了大振幅水平激励试验平台以探讨冲击压力对频率的响应规律,分析了多孔挡板在不同激励频率下冲击压力的时域和频域特征,并从挡板结构和涡旋强度方面解释冲击压力特征产生差异的原因。结果表明,大振幅激励下的波浪翻卷、破碎等非线性特征会导致共振频率偏离固有频率;多孔挡板能够降低液体晃荡冲击压力的峰值与峰宽,且在一阶固有频率处压力峰值降低率更显著;多孔挡板不改变幅频中的主频成分,时频谱中仅有能量较低的低频成分;多孔挡板的固体结构阻碍行进波中大部分流体运动,剩余小部分流体通过孔隙会产生涡旋运动,从而耗散能量,减缓流体对液舱壁面的冲击。     

基于Abel-Noble方程的变截面涡旋压缩机径向泄漏机理研究

涡旋压缩机径向泄漏一直是阻碍其发展的技术难题,为了准确计算实际状况的径向泄漏量,根据热力学和流体力学理论,基于Abel-Noble状态方程建立可压缩、考虑壁面摩擦、气体粘性、流动状态等实际因素影响的泄漏量计算模型。采用Fluent软件对轴向间隙的径向泄漏流场进行分析,计算其泄漏量的大小,然后将理论计算结果和仿真计算结果与试验结果进行对比。结果表明:三者结果吻合程度较好,证明了计算模型的正确性,另外通过改变该模型中的几何参数,可以预测和计算任何类型的涡旋压缩机的泄漏。这对研究大功率涡旋压缩机泄漏和应用提供理论参考。     

变工况下钢厂转炉支承螺栓断裂机理分析

在变工况条件下,炼钢厂转炉在运行过程中支承螺栓容易发生断裂,针对这一问题,以某钢厂130 t转炉为例,对不同工况下炼钢转炉支承螺栓的断裂机理进行了研究。首先,推导了转炉的倾动力矩方程,采用MATLAB计算不同倾动角度下转炉倾动力矩,得到了倾动力矩曲线,从而准确计算出了不同工况下支承螺栓的载荷;然后,采用有限元方法对支承螺栓进行了建模,对最大受力情况下的支承螺栓及其销轴进行了力学分析;最后,对支承螺栓结构进行了优化改进,并对优化后的支承螺栓进行了性能验算。研究结果表明：转炉在旋转至65°时,支承螺栓的受载最大,出钢口对侧螺栓过度圆弧处最大等效应力接近材料屈服强度极限;所采用分析方法可为后续定量增大支承螺栓安全系数提供依据,以确保转炉在不做较大结构修改前提下的安全运转。     

高压气流管道瞬态冲击振动分析及抑振研究

为了解决高压配气间管道系统工作时发生的剧烈振动问题,确保重大型号试验任务的顺利开展,采用多种数值模拟手段和试验测试手段相结合的方法,进行结构振动分析及抑振研究。首先,基于有限体积法构建主管道2及其出气管道的内流场流体动力学数值模型,计算并提取动态气动载荷;其次,基于有限元方法建立包含主管道2及其出气管道在内的整个配气间里的管道系统的结构动力学数值模型,分析其结构模态特性;最后,综合以上2个数值模型,计算高压气流管道结构瞬态激励振动响应,并依据结果设计相应的抑振装置。该综合分析方法充分厘清了振动的基本诱因,抑振后的结构振动大大降低,完全具备了持续工作的能力。研究表明,该振动研究方法可用于指导高压高速流体管道结构设计或结构技改,也可用于指导空气动力试验装置的研制。     

多孔钛基贱金属阳极的性能和失效机理的研究

通过以钛金属粉末冶金技术制备的多孔过滤钛材料为基体,以涂敷 Sn,Sb 氧化物为中间层,再涂敷 Mn（NO3）2溶液,然后进行热分解的方法制备贱金属多孔钛阳极。为了研究多孔钛基贱金属阳极在析氧领域的应用,在1 mol/L 的 H 2 SO4溶液中做强化寿命测试,电流密度为20000 A/m2。由试验结果可知,随着基体多孔钛的厚度的增加,在不改变涂层成分的条件下,多孔钛基贱金属阳极的强化寿命呈线性增加,当到达一定厚度之后,强化寿命为一定值,不再随着基材厚度的增加而增加。通过研究多孔钛基贱金属阳极失效前后的表面形貌,从表观上分析了多孔钛基贱金属阳极的失效机理。     

极限工况下无人驾驶车辆运动规划策略研究

针对无人驾驶车辆在极限工况下的运动规划问题,提出一种适应极限工况的无人驾驶车辆运动规划策略。首先,建立了准确描述车辆运动的动力学模型,并采用修正的非线性轮胎模型反映轮胎与不同路面之间的动力学特性;其次,提出一种基于安全制动距离的自适应势场模型,以适应极限工况下外界条件与车辆参数的变化;再次,考虑到车辆在极限工况下易发生横向失稳,设计出横向稳定性指标(Lateral stability index,LSI)作为关键优化参数,并展开车辆横向稳定性分析;然后,基于模型预测控制方法(Model predictive control,MPC),将极限工况下的运动规划问题转化为多目标优化问题;最后,构建出PreScan-Simulink-CarSim联合仿真平台,并在冰雪路面等多种极限工况下对所提出的运动规划策略进行了验证。仿真结果表明,该策略有效提升了无人驾驶车辆在极限工况下的安全性与稳定性。     

变载荷下SiC多孔陶瓷的摩擦磨损性能研究

在改进后的MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机上研究变载荷下SiC多孔陶瓷的摩擦磨损性能,通过变载荷和静载荷试验对比分析变载荷对摩擦因数的影响及变载荷下多孔陶瓷的磨损机制。结果表明,变载荷下随着载荷增大SiC多孔陶瓷摩擦因数减小,SiC多孔陶瓷的磨损机制为脆性断裂和磨粒磨损。建立多孔陶瓷和45#钢的环-块摩擦副几何模型,运用有限元分析软件ANASYS Workbench仿真分析变载荷对接触应力的影响。结果表明,SiC多孔陶瓷的接触应力分布不均匀,并且接触应力呈现环-块接触的垂直轴线区域大、两侧小的状态,其中最大接触应力出现在与块接触区域,环和块的最大接触应力位置错开一定的距离。     

连续波强激光辐照下光学薄膜元件损伤机理和热畸变研究

研究了多层反射膜的光学吸收，得到薄膜界面吸收系数的近似计算式。对环状强激光辐照下光学薄膜元件的瞬态温度场和热畸变分布以及损伤机理进行了详细的理论分析，用泰曼干涉仪实际测量了连续波氧碘激光辐照光学元件的热畸变量，并与理论计算结果相比较，理论和实验符合较好。     

复杂工况下大型风电装备传动系统失效机理研究

正项目负责人:褚福磊(E-mail:chufl@mail.tsinghua.edu.cn)依托单位:清华大学项目批准号:510752241.项目简介针对大型风电装备传动系统安全运行的需要,研究了风电机组传动系统的失效机理。分析了齿轮传动系统齿面点蚀与断齿的故障机理,研究了点蚀与断齿的定位与严重程度的诊断方法,得到了行星齿轮系统各个部件出现故障时的特征频率。提     

轮式车辆作用下轻质软路面增强杆的力学机理分析

以应用于松软滩基的简易轻质软路面的增强杆为对象,依据去粗存精的原则,提出一些假设,对增强杆的受力进行抽象和简化,建立相应的力学模型.以弹性地基梁的相关理论为基础,利用理论计算的方法给出增强杆内力和变形的表达式,为后续研究提供了理论基础.     

车用高压燃料气瓶技术发展趋势和我国面临的挑战

压缩天然气汽车、氢能汽车是汽车工业发展的趋势,盛装高压天然气、高压氢气的高压燃料气瓶是其关键部件之一。在介绍车用高压燃料气瓶特点、发展历史和发展趋势的基础上,对比了国内外研究现状,分析了我国面临的挑战。     

基于空调压缩机支架改进的燃料电池轿车降噪

研究了空调压缩机独立运行工况下燃料电池轿车的声振特性,并对空调压缩机支架进行模态计算.分析表明;支架因在压缩机振动的工作频率附近存在低阶固有频率发生共振,进而造成车身板件振动并向车内辐射噪声,是空压机向车内传递噪声的主要途径.使用增强材料提高了压缩机支架的整体刚度,有效避免了支架的共振,降低了车内噪声2 dB以上,改善了车内外声品质.     

柴油润滑性的机制研究

利用作者从事柴油润滑性研究与检测工作十年来积累的大量数据,将柴油的常规理化分析指标以及质谱分析结果与柴油润滑性的相关性进行归纳总结,探讨柴油润滑性的机制。结果表明:脱硫工艺过程与柴油的润滑性有很好的相关性;磨损对某些含硫物质的多少并不敏感;柴油中氮含量越高,润滑性越好;柴油的黏度和密度越大,润滑性越好;馏出点温度越高,馏分的润滑性越好;饱和烃中的链烷烃和环烷烃对润滑性起负作用,而非饱和烃对润滑性有贡献,在芳烃组分中,多环芳烃比单环芳烃对提高润滑性的贡献大。     

多孔层的孔隙特性和各向异性对燃料电池瞬态性能的影响

燃料电池(Fuelcell,FC)与外部环境之间的传热和多孔层的传质均会影响FC内的水热气电状态,进而影响到催化层的电化学反应速率,从而显著影响其瞬态性能(Transient performance,TSP)。多孔层的孔隙特性和各向异性是影响其传热传质能力的关键因素,充分认识其对FC-TSP的影响规律,对于优化车载FC动力源的负载响应有重要意义。为此,综合考虑FC与外部环境动态热交换,内部水热气电等各物理性质的空间动态分布以及气、液和溶解相等多相时变转化关系,建立FC多相三维瞬态传质传热数值模型,以分析多孔层非均质性质对动态过程的影响。进一步,以电流密度的阶跃变化模拟动态负载,分析FC的电压,膜的水含量和温度,微孔层|催化层界面的氧浓度。结果表明,多孔层的孔径大小和分布及各向异性对FC的TSP有明显影响。另外,不同热条件对FC的内部物理量分布的影响较对TSP的影响更为显著。     

基于SPH算法的驾驶室底部结构对爆炸冲击波响应数值仿真

针对地雷等简易爆炸装置在车辆驾驶室底部非接触爆炸问题,引入无网格光滑粒子流体动力学(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)算法模拟爆炸冲击波作用下车辆底部结构的响应。以四边约束靶板为研究对象,分析靶板在爆炸冲击下的能量、应力变化和破坏形态,通过与传统的任意拉格朗日欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)固流耦合分析法和经验公式计算结果对比,验证SPH算法应用于处理此类问题的可行性;利用SPH算法对爆炸冲击波作用下驾驶室底部结构进行数值仿真,分析车辆底部的油箱、电瓶支架、驾驶室地板、车架等关键结构的冲击响应,并与试验做出对比验证。仿真结果表明,基于SPH算法的爆炸仿真分析具有精度较高、建模简单、耗费计算资源少等优势,能够应用于爆炸冲击波作用下驾驶室底部板壳结构的响应研究,并为驾驶室底部结构抗爆炸设计提供参考。     

行波超声马达传动机理的研究（一）——运动传递机理及定子中存在弯曲行波的条件

首先基于几何分析法研究了压电行波超声马达的运动传递机理，重点分析了驻波的产生和行波的合成原理，与转子相接触的定子表面质点的椭圆运动。然后基于弹性动力学方法研究了在定子中存在弯曲行波的条件，得出旋转型压电行波超声马达定子中弯曲行波的产生是基于同频和同节线的两个正交弯曲振型的叠加规律，提出了对圆形薄板圆形对称的基本结构要求     

微波毫米波T/R组件内键合引线熔断机理研究

键合引线的耐电流水平是影响键合可靠性的重要因素之一,直接决定了雷达微波毫米波T/R组件的使用寿命。文中结合雷达微波组件的实际应用需求,开展键合引线耐电流水平研究,并深入分析了引线熔断机理,探讨引线熔断的微观过程,为电讯设计提供数据和理论参考。研究发现,键合引线熔断过程是焦耳热作用下的原子热迁移过程。熔断电流水平受外部气氛影响,大气气氛下的熔断电流水平略高于真空气氛下,可为航天产品设计提供参考。     

履带车辆液压机械差速转向机构转向性能研究

采用机械系统动力学分析与建模通用方法,考虑车辆转向时履带滑转（滑移）及转向中心偏移等因素,在对车辆转向受力状况进行分析与计算的基础上,建立了履带车辆液压机械差速转向机构转向动力学模型,采用Newton-Raphson方法对模型进行了求解。根据提出的转向性能评价指标,结合实例样车,采用仿真与试验方法研究了履带车辆转向性能,行驶试验的结果表明,所建模型能反映履带车辆转向性能的变化趋势。研究结果为履带车辆液压机械差速转向机构设计及行驶控制提供了理论基础。     

噻唑在油气井环境中对油管钢的电化学缓蚀机理研究

利用交流阻抗技术和动电位极化方法研究了噻唑缓蚀剂在模拟高温高压油气井水介质中对N80油管钢的缓蚀机理。结果表明：在二氧化碳环境中,噻唑的缓蚀机理服从“负催化效应”,在钢刀表面有很强的吸附能力,缓蚀效率较高,在腐蚀产物膜上吸附能力降低;在二氧化碳和硫化氢混合环境中,噻唑的缓蚀机理变为“几何覆盖效应”,吸附能力较差,缓蚀效率较低,但是能改变腐蚀产物膜的性能。