弹性约束环境下圆柱壳体应力分析

根据薄壳理论,针对局部环状固井缺陷处地层蠕变挤压引起的套管破坏问题,建立套管应力变形分析的微分方程,探讨水泥环弹性约束条件下的边界待定问题,用位移法和半逆解法,确定待定边界,得到位移和应力解,分析应力分布状况,得到弹性约束环境下圆柱壳体的应力解与载荷、套管几何尺寸、力学性质、自由套管长度有关的结论。结果说明套管破损危险位置主要在缺陷中部和边缘,依此建立套管损坏条件。该理论分析对分析套管抗挤能力具有理论指导意义。     

表面形貌对活塞环密封及摩擦性能的影响

综合考虑活塞环表面形貌、弹性变形、运动面型线影响,建立柴油机活塞环-缸套摩擦副的弹性流体动压润滑计算模型,分析活塞环表面纹理方向及粗糙度大小对活塞环窜气及摩擦功耗的影响。研究发现,随着转速的提升,活塞的窜气量及摩擦功耗会加剧,导致发动机效率降低;活塞环-缸套摩擦副的表面纹理方向影响窜气量和摩擦功耗,采用活塞环横向纹理和缸套纵向纹理配合时,对活塞环窜气量及摩擦功耗的改善效果较好;活塞环和缸套的表面粗糙度对密封和润滑特性有较大影响,当缸套表面粗糙度增大时,窜气量先减小后增大,摩擦功耗先增大后减小,而在一定范围内,当活塞环表面粗糙度增大时,窜气量和摩擦功耗都减小。     

浮环弹性变形对浮环动静压轴承润滑特性的影响

浮环轴承在高速工况下运行时,浮环表面在油膜压力作用下会发生弹性变形,影响轴承润滑性能。针对带有深浅腔的浮环动静压轴承,采用有限元法和有限差分法耦合求解油膜Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,采用变形矩阵法求解弹性变形方程,计算浮环弹性变形分布;在浮环平衡的基础上,分析浮环变形对环速比、油膜承载力、端泄流量等润滑特性参数的影响。结果表明：浮环弹性变形分布与油膜压力分布呈现一致性,转速越高,偏心越大,变形越明显;考虑浮环弹性变形,浮环达到平衡状态时,内膜偏心率增加,环速比减小,轴承承载力与摩擦力矩均有所增加;由于浮环变形对内、外膜间隙及流动液阻的不同影响,使得内膜端泄流量增加,外膜端泄流量减少。     

热效应和弹性变形耦合条件下浮环轴承润滑静特性

当浮环轴承转子系统高速旋转时,油膜温升和浮环弹性变形是不可避免的。为研究油膜温升和浮环弹性变形对浮环轴承润滑静特性的影响,建立浮环轴承热流体动力润滑模型,利用数值差分法联立求解雷诺方程、能量方程、Rolelands黏温方程、浮环弹性变形方程和内外油膜膜厚方程,将油膜压力场、温度场和浮环弹性变形进行耦合分析,得到热效应和浮环弹性变形耦合影响下的油膜温升和浮环弹性变形量。结果表明:浮环轴承内外油膜温升和浮环弹性变形量随着偏心率的增加都逐渐增大;浮环弹性变形降低了内油膜温升,增加了外油膜温升;油膜温升降低了浮环弹性变形量;在耦合条件下内外油膜承载力、端泄流量和摩擦功耗均降低。     

煤矿探放水作业中卸压控水装置的设计分析

为解决煤矿探放水作业中因水压大而易出现的套管窜动、喷管等问题而设计了一套用于煤矿地测防治水的卸压控水装置,介绍了其结构,分析其工作原理,总结其主要优缺点.经实际应用可知,在0～2.5 MPa的探水钻孔作业中,通过应用该装置,能有效防治套管存在的窜动以及喷管问题,进一步提高了探放水作业的安全性.     

热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。     

立体停车场升降系统安全装置研发

研制开发一种具有自主知识产权的立体停车场升降系统安全装置,当停车场升降系统出现故障坠落时产生巨大能量,带有能量液体通过主进油口到下内耗腔,一小部分通过内外腔连接孔进入上稳压腔,绝大部分通过下内耗腔到主出油口流出。由于下内耗腔有液体流动压力会急剧下降,而上稳压腔无液体流动压力不变,上稳压腔的压力大于下内耗腔的压力,浮动压力平衡侧板克服弹性支承下移使下内耗腔间隙减小。通过计算流进能量吸收装置所损失的能量与流量线性增大,与浮动压力平衡侧板和能量吸收壳体底部的间隙减小成三次方数量级增大,能量损失快速转换为热能,进而实现随意调整冲击能量吸收值的大小,做到能量的合理匹配目的。     

相变在铁基合金抗空蚀中的作用机理

采用旋转圆盘试验机以45 m/s对8种奥氏体铁基合金的抗空蚀性能与2种不同晶体结构马氏体铁基合金进行对比研究,通过对组织结构X射线分析和表面局域弹性he值的模拟测定,探索相变对抗空蚀性能的影响规律及机理.结果表明,空蚀诱发相变与未诱发相变的奥氏体材料及马氏体材料试验48 h空蚀率都随着局域弹性he值增加而降低,局域弹性he值是抗空蚀性能的第一控制因素.相变在抗空蚀性能中的作用取决于诱发马氏体的能量吸收及he值大小,he值相近时空蚀诱发相变吸收能量可提高抗空蚀性能.奥氏体Fe-Mn-Si合金抗空蚀性能因诱发的密排六方(马氏体具有高的局域弹性he值而大大优于诱发体心立方(马氏体的奥氏体Cr-Ni不锈钢.     

基于ZSM-5型沸石-水系统的封隔器胶筒材料密封性能研究

为解决高温高压井中封隔器胶筒的失效问题,提高封隔器胶筒密封性能,提出一种基于纳米流控系统的封隔器胶筒材料。以蜂窝状结构为支撑骨架,在蜂窝内包覆憎水性纳米多孔介质与非浸润性功能流体的混合物,制备一种封隔器胶筒材料,该封隔器胶筒材料可随着外压的增大/减小,通过体系内液体流入/流出多孔材料孔道来调节自身体积变化,平衡外界压变。以ZSM-5型沸石-水系统为填充介质,实验获得不同环境温度下ZSM-5型沸石-水基封隔器胶筒材料的压力-体积变化关系。结果表明,当环境温度在30～75℃范围内变化时,随着温度的提升,该封隔器胶筒材料的上压力阈值减小、下压力阈值增大,服役时的压力将稳定在更小区间范围内;其有效变形能力也将随着温度的升高而增大,体现出良好的密封性能,可减小油套环空密封失效风险。     

超临界二氧化碳干气密封热-流-固耦合建模与变形特性分析

为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布,揭示工况条件对密封环变形的影响规律,在考虑CO₂真实气体效应的同时,建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型,借助CFD和CSM计算机仿真技术,研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明:密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面,热变形和力变形方向相反,其中热变形起主导作用;转速增大,密封环最大轴向热变形和力变形增大,动环最大轴向热-流-固耦合变形减小;介质压力增大,动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%,最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小;进口温度上升,动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%,最大轴向力变形基本不发生改变。     

华龙一号堆内构件能量吸收器缓冲性能研究

对华龙一号反应堆堆内构件能量吸收器进行了缓冲性能研究,充分考虑了水力功、堆芯跌落势能、燃料组件压紧弹簧弹性势能和能量吸收器弹塑性变形能间的能量平衡关系,研究了能量吸收器的性能影响因素,推导得出了堆芯跌落高度与能量吸收体长度间的关系、压力容器所受冲击载荷与能量吸收体长度间关系及能量吸收器最大应力与能量吸收体长度间的关系,发现通过减小能量吸收体体积和增大能量吸收体长度能有效降低堆芯跌落对压力容器底封头的冲击。     

直驱泵控三腔液压缸挖掘机动臂节能研究

针对液压挖掘机动臂系统举升时峰值功率大、下降时重力势能转换为热能浪费等情况，提出直驱泵控三腔液压缸动臂节能系统。该系统采用柱塞缸与活塞缸结合形成的三腔液压缸，通过伺服电机驱动定量泵控制A,B腔，C腔与蓄能器相接进行存储释放势能，并对蓄能器不同初始压力下对系统能耗进行分析。同时增设逆变器、电容等对马达工况回馈的能量进行电气式能量回收。MATLAB/Simulink建立直驱泵控三腔液压缸节能系统模型。在仅动臂升降工况下进行仿真，结果表明，相比直驱泵控差动缸，提出的节能系统可降低峰值功率36.64%和节能40.24%,实现高效的势能回收，取得良好的节能效果，同时系统运行速度最大误差减小了23%,进一步提高了系统运行平稳性。     

纳米铜/PTFE复合纳米减摩涂料在P110套管上的应用

以高纯度、高浓度的纳米铜悬浊液为基体,添加适量的其他纳米颗粒,以环氧树脂作为主要黏结剂,制备一种纳米铜/PTFE复合纳米减摩涂料。将该涂料涂覆在P110接箍的磷化层表面,在摩擦磨损试验机上考察其在不同载荷下的减摩性能,并通过P110长圆螺纹套管全尺寸上卸扣试验考察其抗黏扣性能。结果表明,该涂料具有高渗透性,其可渗入磷化层内部,固化后即与磷化层形成一层牢固的减摩纳米复合铜质金属层,起到类似于镀铜和纳米滚珠的复合减摩效果;该涂料能大大降低套管螺纹的上扣扭矩,从而可有效地改善甚至消除高钢级油套管磷化接箍黏扣的发生。     

考虑轴承热弹变形的增压器转子临界转速分析

针对不同入口油温下浮环轴承因受热变形而改变涡轮增压器转子系统振动特性的问题,提出从浮环轴承的热弹性变形角度研究高速涡轮增压器转子系统的临界转速变化规律.首先,实验测量3种典型入口油温下浮环轴承处的温度,基于热固耦合分析得到浮环轴承热弹性变形后轴承的内外间隙值,发现随着入口油温从20℃增加到70℃和120℃,内油膜间隙分...     

压电弯曲效应弹性环晶片夹持结构设计

为验证石英晶片弯曲效应,设计了弹性环晶片夹持结构.根据弹性力学和压电学推导石英晶片弯曲应力和极化强度计算公式,接着对设计的弹性环晶片夹持结构进行受力分析,为了减少结构变形对传感器使用影响,根据弹性力学能量原理推导出在载荷作用下该弹性环结构静刚度计算公式,并采用有限元方法进行强度和刚度校核.理论计算、有限元分析和实测均表...     

线接触弹流问题弹性变形方程的数字信号解法

根据数字信号系统的分析方法,提出了与弹性体受力变形对应的信号系统模型,在时域和频域内对该系统加以描述。利用信号分析的快速傅里叶变换及其卷积性质,实现了线接触弹流问题弹性变形方程的快速计算,其计算工作量为O（Nlog2N）。对Hertz压力分布接触区弹性变形的计算表明,弹性变形方程数字信号解法的精度与变形矩阵法相当,而计算量及存储空间的开销则大大低于变形矩阵法。因而,弹性变形方程的数字信号解法在弹流计算中具有实用价值。     

可变间隙密封液压缸异质环结构活塞形变研究

间隙密封液压缸因响应速度快受到了广泛青睐,其最大的缺点是泄漏量较大。结合可变间隙密封液压缸原理设计了一种新型的异质环结构,利用活塞基体材料和异质环的材料弹性变形差异产生的径向变形凸起结构提升间隙密封液压缸密封性能。建立环形异质材料结构引起活塞弹性形变的数学模型,并对活塞-异质环模型进行数值仿真。基于等效夹杂原理(EIM)对异质环不同结构参数、分布参数和材料特性下的活塞径向形变量进行计算。结果表明,软质环形结构能使活塞表面产生凸起状变形,硬质材料的环形结构能使活塞表面产生凹陷变形;异质环的长度、厚度等参数能改变活塞径向的最大变形量和最大形变所在的位置;随着异质环埋布深度的增加,活塞的最大变形量会逐渐减小。合理设置异质环的结构和分布参数以及材料特性,能有效减小间隙密封液压缸活塞-缸筒间隙的大小,从而降低泄漏量。     

振动能量液压转换器结构与特性研究

针对TBM掘进过程中主机剧烈振动问题和施工环境特点,提出一种基于液压系统的振动能量吸收转换装置。介绍了该转换装置的系统结构组成与工作原理,采用AMESim软件建立该系统的仿真模型。基于仿真模型研究了工况参数和元件参数对振动能量液压转换装置性能的影响规律。分析表明,振动能量油液转换器能实现相应功能。同时,在该结构条件下,液压马达转速随着活塞频率先增加后减小;马达转速随活塞幅值增加而增加但小幅值影响不明显;马达转速上升时间随蓄能器容积增加而增加;单向阀弹簧刚度需进行合理设计,否则转换器不能正常工作。     

一种核电主设备内管路流致振动分析

核电一回路主设备,如反应堆压力容器、蒸发器等内部管束或管路区处于一个高速横向流的流场中。在流场作用下会产生明显的由漩涡分离及流体弹性失稳引起的流致振动现象。根据管束的结构特点及在横向流作用下的振动行为特性,并根据ASME规范对某套管组件结构进行流致振动分析,结果表明:套管组件新结构可有效避免流致振动发生,而且该套管组件的设计流程可为其他核电厂主设备管束结构的设计提供参考。     

高温超高压金属弹性环密封技术研究

针对氟橡胶O型圈只能使用在210℃、210 MPa的难题,设计了一种新型弹性环密封结构。该新型弹性环密封结构能使氟橡胶O型圈在250℃、250 MPa工况下安装简便、可靠密封。通过有限元分析方法,针对弹性环密封结构中的弹性环,分析各结构参数对弹性环的应力和变形的影响,快速、准确确定弹性密封结构尺寸。该密封结构在一定程度上可替代金属密封结构。