考虑真实粗糙表面的燃机球轴承磨损与混合润滑耦合机理

船舰燃机轴承服役环境苛刻,工作界面难以建立全膜润滑状态,局部粗糙峰接触发生磨损,而磨损又会通过影响表面形貌反作用于界面混合润滑状态,影响轴承摩擦学特性。目前,面向燃气轮机滚动轴承,开展考虑真实表面粗糙度的磨损与混合润滑状态耦合作用的研究仍然很少。因此,以燃气轮机涡轮端球轴承为对象,综合考虑接触界面磨损、弹性变形与实测机械表面粗糙度影响,建立滚动体与内滚道三维磨损区域下的润滑-接触数值分析模型,研究低速、重载及滑滚苛刻条件下轴承摩擦磨损特性。     

基于非结构化网格和浸入边界的流固耦合数值模拟

对浸入边界方法进行改进,使其适用于非结构网格。利用非结构化网格技术生成贴体网格,充分利用贴体网格与浸入边界的优势,提高复杂区域内流固耦合问题计算效率。流体Navier-Stokes方程空间项采用非结构化网格有限体积法离散,时间项采用欧拉隐式方法。利用浸入边界方法模拟运动固体区域,流固界面作用力通过VOS(Volume Of Solid)方法进行处理。通过振荡圆柱绕流计算结果与文献实验数据对比,验证了本文方法的合理性和正确性,利用本文方法对管路中阀门动态过程进行了数值研究。     

基于传热系数反求法的船用柴油机组合活塞热分析

建立了柴油机组合活塞的2D有限元模型,并利用传热系数反求法对该模型进行热分析。在仿真分析中,将活塞头部外表面传热系数定义为设计参数,实测温度与仿真温度的差值定义为目标函数。通过仿真计算得到了活塞头部外表面传热系数的分布,并利用反求法得到的传热系数对有限元模型进行热分析,仿真结果与实测温度吻合;传热系数反求法收敛迅速,可以有效用于活塞及其他内燃机零部件的温度分布和热负荷分析。     

基于润滑油颗粒效应的柴油机轴系扭振特性研究

以船用中速机顶环为研究对象，基于混合润滑模型、微凸体接触模型和颗粒承载模型，引入颗粒的粒径和质量浓度，提出了一种活塞环-缸套液固两相润滑模型，分析了颗粒的承载能力、摩擦力、摩擦功耗，探究了固体颗粒对中速机润滑性能的影响。在此基础上，以往复摩擦机为研究对象建立了考虑摩擦力矩的轴系扭振计算模型，以此分析含颗粒润滑状态对扭振的影响并进行了试验验证。研究表明:固体颗粒使活塞环-缸套间的最小油膜厚度和摩擦力增大；柴油机轴系的扭振增大，其中2、4谐次对应扭角增大的比例最大。     

船用柴油机凸轮动态摩擦学分析及型线优化设计*

柴油机配气凸轮工作环境较为恶劣,工作过程中配合界面间载荷、速度及曲率半径等工况周期性变化,导致润滑接触条件苛刻,磨损情况恶劣。以某船用柴油机配气凸轮机构典型工况为算例,针对凸轮-挺柱常见的磨损问题,研究凸轮-挺柱动态接触特性;采用余弦-等速段和高次五项式对凸轮型线进行优化设计,并对凸轮-挺柱副动态接触及弹流润滑状态进行数值分析。结果表明:原凸轮磨损的原因是凸轮-挺柱副在运动周期内动态接触应力出现明显波动,最大值超过许用应力值;经型线优化设计后,凸轮-挺柱动态接触应力降到许用值以下,改善了动态接触特性,凸轮型线具有较好的润滑特性,运行过程中可保持较稳定的油膜润滑状态;凸轮转速和接触载荷的改变会直接影响凸轮-挺柱的润滑状态,尤其是随凸轮转速增大,润滑膜厚增大,压力减小,润滑接触状态明显改善。     

提高轴系扭振信号时频转换精度的方法

为了高精度地对扭振信号进行测试和处理,针对脉冲计数式扭振信号时频转换中的误差原因,提出了对扭振信号进行等时间间隔二次采样和对扭角计算公式进行修正2种方法来提高扭振信号时频转换精度。通过在整周期和非整周期标准扭振信号的时频转换中进行对比,证明2种方法对提高扭振信号时频转换精度均是有效的,而且利用修正的扭角计算公式所得的扭角信号为等时间采样信号,免去二次采样的过程,既能够保证时频转换的精度要求,又不会影响计算速度。此外,通过研究发现平顶窗对减小扭振信号截断所带来的泄露误差效果最好,增多齿盘的齿数或使用高精度的编码器会提高扭角时频转换的精度。     

通过辐射模态研究封闭空间结构声辐射及其有源控制

通过辐射模态研究了封闭空间的结构声辐射及其有源控制问题.分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系,并通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射有源控制模型.针对辐射模态在有源控制中的应用实现问题,给出了一种新的控制策略,即将辐射模态按对应辐射效率或耦合强度从大到小排列,使前k阶声辐射模态声势能最小化.采用压电陶瓷作动器作为控制力源进行了封闭空间结构声辐射有源控制数值计算与分析研究.结果表明,辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;在低频范围内,一般只需最小化前三阶辐射模态声势能,在更低频或声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样.     

基于颗粒效应的活塞环-缸套润滑特性研究

活塞环-缸套摩擦副润滑油中掺杂固体颗粒会导致液固两相润滑的出现,为研究颗粒效应对润滑特性的影响,本文采用往复摩擦磨损试验机在有无颗粒作用下进行活塞环-缸套摩擦力的实验测试.再通过实验测定颗粒的几何形状特征及缸套的力学性能.最后分析颗粒对润滑特性的影响.结果表明:滑油中加入固体颗粒后摩擦力大幅度增加.     

船用柴油机正时齿轮动态热摩擦特性分析

船用柴油机正时齿轮具有尺寸大、变速比高、传递功率密度高和结构布局紧凑等特点，苛刻的工况作用于齿轮润滑-接触界面，导致摩擦力过大、温度过高，进一步引发齿面磨损、胶合等失效问题．针对船用柴油机正时齿轮的典型工况，采用多重网格法和多重网格积分法，研究热效应作用下齿轮一个啮合周期中的油膜厚度、油膜压力、摩擦系数及关键啮合点温度变化，并对不同工况及结构参数的船用柴油机正时齿轮的润滑状态进行了预测、分析与优化．结果表明：在一定范围内，增大齿轮宽度、提高传动比及转速能有效改善船用柴油机正时齿轮的润滑状态．考虑实际工况条件，优化结构参数(压力角和模数)能有效降低齿轮啮合过程中的摩擦及温度．     

船用柴油机供油凸轮-滚轮副弹流润滑分析

凸轮-滚轮是柴油机供油系统核心摩擦副，通常处于周期性瞬变载荷、瞬变速度及瞬变曲率苛刻服役环境下，接触界面弹流润滑特性复杂，表面点蚀、磨损故障频发，降低使用寿命。本文以某船用柴油机供油凸轮机构为研究对象，建立考虑凸轮副瞬变动力学的弹流润滑分析模型，验证了基于单质量动力学模型的凸轮副弹流润滑结果的准确性，并研究了工作行程内工况变化对凸轮-滚轮副动态接触及弹流润滑性能的影响规律；讨论了凸轮转速和接触载荷的改变对凸轮-滚轮摩擦润滑状态的影响。结果表明：一个工作周期内，最大接触应力出现在供油结束角处，润滑状态最差，回程段结束处表面摩擦闪温最大，低速、重载情况下润滑膜厚明显降低，导致摩擦系数较大及表面闪温过高问题；此外，通过优化偏心距及基圆半径等结构参数，可使得凸轮-滚轮间摩擦润滑接触状态明显改善。