基于计算流体动力学的迷宫型灌水器流量预测

通过反求迷宫型灌水器注塑产品的实物结构,建立其流量数值预测的物理模型,分别采用层、紊流模型对40～150 kPa压力下的灌水器流量进行数值计算,并相应开展该灌水器流量与压力关系的试验测试.试验结果验证了计算流体动力学(CFD)方法预测灌水器流量的可行性,同时对比发现紊流模型的计算值更接近于试验值.通过对迷宫流道内流场分布的研究表明,由于流道曲折度较大,其内流体流动状态的转折点大幅度提前,在雷诺数Re=250～300之间时,流动就开始过渡到紊流状态,从而导致灌水器内的流动在40～150 kPa压力测试范围内均处于一种紊流状态.     

基于数值计算方法的水下合成射流推力特性

研究了水下合成射流的数值计算方法,对比了不同网格尺度、不同边界层尺度以及不同湍流模型对合成射流流场以及推力的影响,结果发现,推力计算结果对网格尺度、边界层尺度及湍流模型并不敏感。将推力数值计算结果与已有的试验结果进行了对比,两者具有很好的一致性,验证了数值计算方法的正确性。研究了不同L/D（L为活塞直径,D为出口直径）条件下合成射流激励器的推进效率,结果显示,当L/D值在4附近时,合成射流推进效率最高;当L/D值偏离4时,推进效率降低,这与已有的试验结论一致,进一步证实了数值方法的正确性。建立了水下合成射流的推力模型,该模型将合成射流的推力分为以下3个部分：质量变化引起的动量变化、加速度引起的动量变化以及外部流体的阻滞作用。结合该模型,对一种出口可偏转合成射流激励器不同偏角下的推力进行了对比分析,证明合成射流的高效率源自于外部流体的阻滞作用。     

基于Ansys Fluent的离心空化发生器数值模拟研究

离心空化发生器是水力空化发生器中的一种,现阶段,离心空化发生器的结构特征和工况对空化效率的影响尚不明确,因此,本文对离心空化发生器在多结构多工况下进行数值模拟研究,得到空化效率较高的结构和工况,用以指导离心空化发生器实际应用。利用Solidworks进行多结构建模,并将模型导入Ansys Fluent中进行网格划分和边界条件的设置,控制方程选择雷诺时均ns方程,空化模型选择Schnerr-Sauer,湍流模型选择标准k-ε两方程模型进行有限元仿真分析,建立不同结构和不同工况下空化效率变量分析图。结果表明：空化发生的主要区域在转子内孔底部;转子内孔为75°的离心空化发生器模型的空化效率明显优于70°和80°时的离心空化发生器;不同的转子转速和水流入口速度对空化效率有影响,转子转速越快空化效率越高,空化效率随着水流入口速度的增大先升高后下降,在0.5m/s时达到峰值。     

基于HMM的机械设备运行状态评估与故障预测研究综述

随着对机电设备安全性和可靠性要求的不断提高,准确获取趋势性故障发展历程的退化特征信息并建立有效的故障预测模型是提高设备运行可靠性的关键。隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)具有描述隐藏状态和观测状态的双随机过程属性,与设备的退化过程在某种程度上是相似的,因此成为故障预测模型的研究热点。综述国内外基于隐马尔可夫模型的退化评估与预测方法,重点论述基于隐马尔可夫模型及其改进方法隐半马尔可夫模型(Hidden semi-Markov Model,HSMM)的机械设备故障预测方法,分析比较各种方法的优缺点,并总结展望基于隐马尔可夫模型故障预测方法的发展趋势。     

基于振动应力飞行实测的螺旋桨旋转共振特性研究

研究了某推进式螺旋桨在工作中的旋转共振问题。对典型工作状态下桨叶的振动应力进行飞行实测,通过对应力测量结果进行频谱分析,获得螺旋桨受迫振动的主频率成分。然后建立桨叶有限元模型,通过模态分析求解各工作状态桨叶的固有频率,作出坎贝尔图,得出危险转速,对这些转速下的频谱图进行检查,分析桨叶是否发生共振,为螺旋桨结构动力学设计提供依据。     

基于MPS方法的二级齿轮箱飞溅润滑特性研究

飞溅润滑时,二级传动齿轮箱内部润滑油流场分布情况十分复杂,传统有限元方法难以对其进行可视化仿真分析,在模型处理、算法选用、网格划分和计算工作量等方面存在诸多问题。基于充分的调研与大量的前期计算分析,利用移动粒子半隐式（MPS）法对轨道车辆用二级传动齿轮箱的飞溅润滑特性进行研究。分析了不同输入轴转速、初始润滑油油量和环境温度下齿轮箱内部润滑油的流场特性,实现了齿轮箱飞溅润滑的可视化计算;分析了不同工况下齿轮啮合点的油液粒子数时域变化情况,发现啮合处粒子数与转速关系不大,与初始油量成正相关,40 ℃时啮合处滑油粒子数最多,润滑效果最好;分析了各工况的齿轮箱搅油功率损失情况,发现搅油功率损失与输入轴转速和初始滑油油量成正相关,与环境温度的提高成负相关,且均为非线性变化。     

基于Fluent软件的三栅极P极特性研究

运用Fluent软件功能,对三栅极P极处产生等离子流体工作介质的特性进行了初步探讨;阐述了基于Fluent的三栅极P极特性及其参数化模型的建立过程,进行了参数化模型数值计算模拟实验分析;为三栅极P极特性的研究奠定了一定的基础。     

水力喷射空气旋流器气相压降特性的数值模拟

利用雷诺应力模型(RSM)的流体体积(VOF)多相流模型对水力喷射空气旋流器(WSA)的气相压降特性和流场进行了数值模拟研究。结果表明,雷诺应力模型和VOF两相流模型能够较好地模拟WSA的气相压降特性和液相回流比,WSA的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区和高压降区3个区域。在低压降区,射流保持较好的完整性;压降突跳区,射流呈袋式破碎雾化;高压降区,射流呈剪切破碎雾化。WSA内的静压分布关于Z轴比较对称,整个WSA内在射流—旋流耦合场之上的区域压力最大,其次是WSA的分离空间,在排气管进口区域压力最小。     

基于CDA与HSMM-DBN的齿轮磨损状态识别研究

提出了由动态贝叶斯网络表达的隐半马尔可夫模型用于齿轮磨损状态识别的新方法,通过计算待识别磨损特征向量的概率值来确定齿轮磨损状态。根据磨损特征之间的非线性关系这一特性,应用曲线距离分析方法对特征进行降维。最后,利用5种不同工况下的齿轮磨损实验数据对模型进行验证。结果表明,该模型可以有效地识别齿轮磨损状态,识别正确率可以达到94.5%,为齿轮箱的健康管理提供了科学依据。     

基于APDL和UIDL联合技术计算三维表面裂纹应力强度因子

工程上常将裂纹看作是半椭圆表面裂纹。由于建立半椭圆表面裂纹的全裂纹有限元模型并非易事,在应用有限元法求解裂纹的应力强度因子时,常取裂纹模型的1/4进行分析。采用模型分块处理方法,利用Ansys软件,联合APDL和UIDL技术进行二次开发,实现通过简单界面操作建立半椭圆表面裂纹的全裂纹模型,并可将全裂纹模型方便地嵌入到实体结构中。使用该建模方法分别求解了中心半椭圆表面裂纹和斜置半椭圆表面裂纹的应力强度因子,与理论解和文献中的求解结果基本一致。表明使用该二次开发建立的全裂纹模型求得的应力强度因子是准确可靠的。该联合开发的建模功能可以用来求解复杂外载和复杂结构的应力强度因子,对工程实际应用有重要的应用价值。     

基于CFD技术的旋风分离器减阻性能研究

利用雷诺应力模型对旋风分离器气相流场进行数值模拟研究，在此基础上对安装在旋风分离器排气芯管下口的双进口螺旋减阻装置进行了研究，并通过与直径为205mm的Stairmand旋风分离器和直径为150mm的Bohnet型旋风分离器的试验数据进行比较，结果表明，减阻装置可以使排气管下口切向速度降低，内外漩涡交接面半径明显外移，合理改变旋风分离器内部压力分布，能有效降低旋风分离器的压力损失35％以上。研究结果还表明，旋风分离器数值模拟结果和试验数据吻合较好，应用计算流体动力学（CFD）来研究旋风分离器性能方便且可行。     

基于时间应力及隐马尔可夫模型的焊点故障预测技术

焊点所承受的各种环境应力和工作应力的时间历程(时间应力)是其疲劳失效的直接外因.从时间应力导致焊点故障的机理入手,以焊点的三维有限元模型为基础,对焊点实时损伤的评估方法进行研究.通过建立焊点损伤及故障演化的隐马尔可夫模型,以实时损伤评估信息为基础,结合基于寿命消耗的故障预测方法,研究从时间应力测量的角度对焊点进行故障预测的详细技术流程和相关算法.最后以塑料四方扁平封装器件焊点为研究对象,对提出的焊点故障预测技术的有效性进行了试验验证和分析.     

基于轴心轨迹的水轮机转子-轴承动负荷特性分析计算

从水电机组主要部件导轴承的根本属性分析入手,明确指出水电机组导轴承是一类动负荷轴承,提出了通过测试导轴承处轴颈的振动摆度,计算分析水电机组导轴承系统动负荷的方法。结合雷诺润滑方程进行求解研究,仿真计算得到了实际运行导轴承系统的动负荷数值。结果表明,在正常工况情况下,轴瓦的压力分布主要取决于轴颈的位置角度,各个瓦块的承载情况大致相似。该研究为预测导轴承支撑寿命提供了现实的可能,解决了开展水轮机组状态检修的一个重大实际问题。     

基于改进HSMM的设备故障预测方法研究

针对传统隐半马尔科夫模型(HSMM)在故障诊断和预测应用中存在的不足,对传统HSMM做了以下改进:一是将状态持续时间概率分布和监测值概率分布连续化,并假定其服从威布尔分布;二是基于状态开始时间的识别,提出了状态剩余持续时间;三是提出了时变转移概率的概念,给出了各时刻转移概率的计算方法。确立了基于改进HSMM的故障诊断和预测的方法体系,给出了故障诊断判据和设备剩余寿命的计算式。案例研究表明方法是合理有效的。     

基于MPS的某重型汽车主减速器润滑系统优化与分析

为优化和改善某重型汽车驱动中桥主减速器的润滑系统,在原有壳体基础上提出增加油勺和油道等部件的优化方案;运用移动粒子半隐式法(MPS)分析该优化方案的润滑效果;以一级柱齿轮和二级锥齿轮为研究对象,选取高速和低速2种典型工况,得到润滑油液的飞溅状态和速度分布。结果表明:2种工况下润滑油都能通过油勺和油道浸入到轴承和差速器等相关部件,润滑效果得到了改善,从而验证了优化方案的可行性。将移动粒子半隐式法(MPS)成功地运用到减速器润滑分析之中,为润滑系统的分析提供了一种新方法。     

基于样例的建模方法

提出一种新的基于样例的几何造型方法,该方法利用三维模型之间的剪切/粘贴操作从已有的两个或多个三维几何模型构造出新的几何模型.设计并实现了一种基于隐式曲面布尔运算的网格模型剪切/粘贴算法,该算法首先将需要的部分网格从源模型上剪切下来,并将其配准到目标模型上;然后将两网格模型转化成点模型表示,并将点模型转化成径向基函数(RBF)的隐函数表示;再对两隐函数进行布尔运算;最后将布尔运算生的隐函数曲面进行多边形化,得到最终的网格模型.该算法的布尔运算不是直接对网格模型进行操作,避免了耗时的面线、面面求交计算.试验结果表明,该算法具有很好的网格融合效果,可用于影视动画中构造特殊夸张造型.     

基于MPS方法的齿轮箱内部型腔结构搅油损失仿真分析

为探究内部型腔结构对搅油损失的影响规律,提升汽车传动系统效率,以齿轮箱为研究对象,运用移动粒子半隐式法建立了齿轮箱搅油损失数值仿真模型;通过数值仿真结果并结合润滑油分布情况分析了不同轴向间隙、径向间隙、挡油板、集油槽和内部型腔对搅油损失的影响规律。分析结果表明,搅油损失与轴向间隙呈非线性正相关关系,但当轴向间隙到达一定数值后,对搅油损失的影响较小;与径向间隙呈非线性负相关关系,且随着径向间隙的增加,其下降的趋势变小;挡油板和集油槽结构能降低搅油损失,且随着其长度的增加,效果更加显著;流线型型腔与圆弧状型腔会在一定程度上增大搅油损失。     

基于仿真分析的离心泵特性曲线计算

采用多参考坐标系模型和标准k-?双方程湍流模型,应用流体动力学软件FLUENT对一种标准离心泵的内部流场进行模拟计算,通过对泵内流场的压力分布和流动速度进行分析,得到其内的流动状态,进而利用仿真结果计算出泵的特性曲线,并与试验性能曲线进行对比,在额定工况附近二者吻合情况较理想.     

基于仿真分析的离心泵特性曲线计算

采用多参考坐标系模型和标准k-ε双方程湍流模型,应用流体动力学软件FLUENT对一种标准离心泵的内部流场进行模拟计算,通过对泵内流场的压力分布和流动速度进行分析,得到其内的流动状态,进而利用仿真结果计算出泵的特性曲线,并与试验性能曲线进行对比,在额定工况附近二者吻合情况较理想。     

基于子模型算法的某螺旋桨遥测盘局部强度计算与分析

针对传统有限元对大型旋转件进行数值模拟时网格数量多、计算精度低、应力集中难以表征等缺点,应用有限元子模型算法,对某旋转遥测盘的局部旋转强度进行了详细计算分析。在ANSYS软件中建立了基于循环对称的全局有限元模型,计算最大工作转速的应力分布情况,确定高应力区。根据全局模型结果建立高精度的子模型,进一步模拟子模型的应力分布情况,得到危险点应力,进行了强度校核,结果表明考核部位的局部强度满足设计要求。