接触问题的三角形载荷离散FFT加速算法

接触问题控制方程的有效求解,往往涉及到复杂的数学理论知识,而在实际工程应用中,接触应力分布又具有高度随机性。为高效快速求解任意载荷分布下固体的接触响应,基于三角形载荷离散单元,嵌入离散卷积快速傅里叶变换(DC-FFT)算法,提供了一种高精度、高可靠度的计算方法。相比于通常采用的分段均布载荷离散方法,三角形单元的解析求解略显复杂,但能更好地模拟接触载荷任意分布的特性,对于接触边缘处载荷由零递增或递减为零的情况,也可以予以充分考虑。为优化三角形载荷离散单元的求解方法,根据接触影响系数矩阵的“激励-响应”特性,推导了三角形载荷单元和均布载荷单元作用下的应力分量解析解。通过构造包含影响系数矩阵的离散卷积形式应力解,将某一目标节点在所有载荷单元作用下,重复度极高的矩阵运算叠加过程,采用DC-FFT算法来简化加速计算。通过程序编程计算,分析验证了所提出算法的精确度和高效性。

基于频域和时域法的电池包随机振动疲劳计算对比研究

针对频域法和时域法在随机振动疲劳计算中的适用性问题,以某型号电池包为研究对象,综合研究了2种方法的计算精度和计算效率.首先,建立电池包有限元模型,并通过模态试验进行验证;其次,以国标GB 38031―2020加速度功率谱密度(PSD)载荷谱作为频域载荷输入,并利用傅里叶逆变换技术将其转换为加速度时域载荷;最后,分别基于频域法和时域法计算电池包的振动加速度、应力和疲劳寿命,并进行了计算精度、效率的对比分析和精度的试验验证.结果表明,在电池包总振级和应力均方根值(RMS)方面,频域法和时域法计算结果相近,相对误差小于16%;在加速度和应力峰值方面,频域法“3σ”计算结果与时域法差距较大,若采用“4σ”或“5σ”原则,计算结果与时域法相近,相对误差小于15%;在振动疲劳方面,频域法计算寿命约为时域法的3~6倍,主要原因包括Dirlik模型和应力响应PSD谱差异,其中Dirlik模型造成的差距小于1.5倍;在计算效率方面,频域法比时域法高约134倍.试验数据表明,时域法计算精度更高,适用于结构危险位置振动疲劳的精确计算,而频域法计算效率更高,适用于结构危险位置的快速预测.

聚氨酯橡胶减振环对限位器刚度和阻尼特性的影响

基于有限元仿真方法开展了聚氨酯橡胶减振环对限位器刚度和阻尼特性的影响研究。基于Mooney-Rivlin模型以及广义Maxwell模型建立聚氨酯橡胶材料的超弹性及黏弹性本构模型;根据冲击试验获得的高应变率下聚氨酯橡胶材料的应力-应变曲线,建立应变率相关的聚氨酯橡胶材料冲击本构模型;基于所建立的材料本构模型分别建立限位器的动态及冲击仿真模型。采用所建立的仿真模型进行聚氨酯橡胶减振环材料参数和结构参数对限位器刚度和阻尼特性的影响分析,确定聚氨酯橡胶减振环的硬度,获得聚氨酯橡胶减振环结构参数对限位器刚度和阻尼特性的影响规律。研究结果可为限位器的结构设计及材料选择提供参考。

基于正交试验的全金属单螺杆泵转子最大转矩研究

通过正交试验对全金属单螺杆泵进行流场仿真,收集了在不同因素、不同水平下全金属单螺杆泵转子所受到的最大转子转矩数据,对其进行方差分析。分析结果反映出了各因素与转子最大转矩之间的关系,并判断出不同因素与研究目标的相关性强弱,并通过曲线图反映了这一现象。

强夯起重机臂架结构有限元分析及优化

针对强夯起重机臂架实际工况下的应力集中、结构冗余等问题,以某新型强夯起重机为分析对象,采用UG NX及其Nastran模块建立三维模型,有限元分析计算确定多种工况载荷,得到强夯起重机在静载和动载荷作用下的位移和应力分布情况,确定应力集中和结构冗余部位,通过优化设计改善结构应力分布,减轻臂架质量并提高其力学性能。对起重和脱钩工况的优化结果表明,臂架最大应力和最大位移分别减少12.5%和6.99%,臂架质量减轻2.36%。

大温升蒸汽压缩式热泵系统优化研究进展

在“双碳”战略的背景下,大温升热泵技术不仅低碳节能,而且能够有效利用更低品位热能,向更高温领域发展。本文概述了大温升蒸汽压缩式热泵系统(大温升系统)优化的研究进展,从制冷剂、组件、循环优化、示范验证四个方面详细分析了大温升系统可行的优化手段。分析表明:当前大温升系统实践工程的常用制冷剂仍以R134a、R245fa等高GWP制冷剂为主;而在大温升制冷剂筛选方面,自然纯制冷剂中二氧化碳(R744)适用温度范围广泛,性能表现优异;水(R718)是大温升系统突破超高温(150℃)限制的潜力制冷剂之一;有机纯制冷剂发展迅速,R1234ze(Z)、R1336mzz(Z)等具有极低的GWP与优异的热力学性质;制备R32基、HFOs基、CO_(2)基混合制冷剂低GWP的混合制冷剂是当前具有前景的思路;在组件优化方面,压缩机变频技术等成熟技术为大温升系统组件优化提供了现行方案;磁悬浮轴承技术工业产品走向成熟,可有效降低大温升系统摩擦损失;线结构换热器技术等新兴技术为大温升系统提供了新的组件优化思路;在循环优化方面,补气/补液增焓与多级压缩等成熟技术为大温升系统循环优化提供了现行方案;喷射技术与涡流管技术等研究成果对大温升系统具有优化效果,但受到工程实践经验缺少、机理研究不明等方面限制;结合示范验证部分,补气增焓技术是目前适用范围最宽泛、工业运用最成熟的大温升系统优化技术,一定条件下可提高大温升系统性能系数20%以上;串联多级压缩技术与复叠式压缩技术是提高系统温升范围、保障低温供暖的有力手段。

加装螺旋导流板的双层铜管换热器传热性能分析

为提高螺旋铜管(SCT)换热器的综合传热性能,通过在换热器内加装螺旋形导流板,采用双向流固耦合计算方法,分析了不同入口流速和导流板安装位置下对换热器内部双层SCT的振动和传热性能的影响。数值结果表明:双层SCT换热器外层SCT的振动强度明显高于内层;无振动时内层SCT的传热系数高于外层,有振动时外层SCT的传热系数高于内层;随着入口流速增加,内外层SCT的振幅均增大,传热系数提高;导流板的安装位置会直接影响SCT的振动和传热特性,且在SCT呈现最大振动强度和最佳传热性能时的安装位置并不相同;对比振动强化传热参数Q PEC和综合传热性能因子R JF发现,双层SCT换热器的Q PEC和R JF均高于单层,两螺旋导流板分别安装在换热器的左、下位置时,Q PEC最大,安装在换热器的左、上位置时,R JF最大且比安装在左、下位置时最高增大了7.99%。该研究可为高性能SCT换热器的设计提供理论和数据支撑。

缆线在铅垂面内弯曲的大变形曲线微分方程及其数值解法

针对民用与工业应用中经常用到的自然弯曲的软管和柔缆,归纳出5个共同特点,作为本文研究缆线的基本假设。从这些假设出发,根据受力和应力分析,首次推导了缆线在铅垂面内弯曲的大变形曲线方程。列出了多种端部约束条件下相对应的求解大变形曲线的方程组。证明了悬链线与纯弯曲线都是本文的特例。提出了获得数值解的递进法,并针对两端夹持约束的情形给出了具体算例。说明了存在多解的原因以及比较不同解稳定性的方法。

超高压爆破片设计爆破压力的半经验计算公式

针对超高压正拱型爆破片提出设计爆破压力的半经验计算公式,开展超高压爆破片预拱变形后非均匀减薄壁厚的测量试验,借助试验数据对爆破片变形后非均匀减薄壁厚的理论计算公式进行修正,同时,为进一步简化半经验公式及过程,选取不同材料、爆破压力和挠曲高度的试验数据,建立爆破片挠曲高度和材料应变硬化指数之间的关联关系,对设计爆破压力半经验公式化繁为简,利用试验方法,对爆破片的爆破压力进行试验验证,试验结果与理论计算结果吻合较好,其误差分别为3.72%和6.59%,对实际工程应用具有指导意义。

考虑双重不确定性的机械产品元动作可靠性分配方法

针对元动作可靠性分配中专家评价的不确定性问题,提出了一种同时考虑认知不确定性和随机不确定性的可靠性分配方法。利用功能运动动作(FMA)的层次方法将机械产品进行合理分解,得到产品的基本运动形式(元动作);将专家进行分组并以概率语言术语集(PLTS)进行评价,以降低专家评价的随机不确定性;将各组专家综合评价结果作为证据进行推理,根据证据融合理论综合所有专家信息,并减小专家的认知不确定性影响;计算各元动作权重值,进而将产品可靠性指标分配给元动作。通过应用实例,验证了所提方法的有效性和实用性。

考虑性能稳定性的机械系统可靠性分配方法研究

针对机械系统可靠性分配,提出了一种考虑性能稳定性的可靠性分配方法。引入元动作理论对机械系统进行结构分解,以元动作单元为分配对象,建立元动作可靠性二层综合评价指标模型,结合多准则决策(MCDM)方法,得到元动作可靠性分配系数;然后建立机械传动系统稳定性模型,并计算各个元动作对系统性能稳定性的影响系数;最后,利用性能稳定性的影响系数对可靠性分配系数进行修正,实现机械系统可靠性的合理分配。通过与传统方法进行对比,验证了所提方法的有效性。

多连杆式下斜刃横切剪剪切力数值分析

针对多连杆式下斜刃横切剪剪切力求解问题,采用有限单元法建立了数值求解模型。用装配后的实物进行了剪切实验,将数值解和实验解、文献解进行对比,三者结果之间比较吻合,验证了数值求解模型合理性。对不同带材厚度h、剪刃侧向间隙Δ、下剪刃斜度tanα、剪切液压缸伸出速度v及上下剪刃磨损量ω下的横切剪剪切力分布规律进行了归纳。分析结果表明,下剪刃磨损对剪切力的分布影响大于上剪刃的磨损,剪切厚度为6mm的带材的最佳剪刃侧向间隙Δ可取为(0.4±0.1)mm、下剪刃斜度tanα可取为1/25、剪切液压缸伸出速度可取为(300±50)mm/s。提出了横切剪在设计、选型、电气调试以及实际使用过程中的一些建议。

基于闪光法的蒸汽发生器传热管导热系数的测量研究

针对蒸汽发生器传热管的导热系数很难由理论计算直接获得、通常需要通过试验测量得到的问题,基于瞬态传热原理,在保持传热管外形的基础上,运用激光闪光法设计了一种基于传热管导热系数测量装置。分别对4种不同厂家制造的690合金传热管的导热系数进行了测量,并将测得的数据在20~400℃范围内进行线性拟合,通过拟合公式,可直接求得该温度范围内任一温度条件下的导热系数,为蒸汽发生器传热计算提供可靠的参数。

基于主从关联优化的产品族参数规划方法研究

针对产品族优化设计中存在的共性与个性的相互依存、制约关系,研究面向产品族的主从关联的参数优化规划技术。建立基于灵敏度分析的产品族参数识别划分方法,根据产品族设计参数的主从关联特点,建立优化问题的双层规划模型。提出一种采用多项式响应面拟合和遗传算法相结合的混合算法实现双层规划,下层采用多项式响应面法将双层优化目标拟合成为单层优化目标,在上层实现产品族公共参数的优化,再通过上层可适应参数的松弛约束关系传递,在下层利用遗传算法实现变型产品的参数优化。以起重机卷筒组件产品族规划为例,基于所提出的主从关联优化方法,得到个性变型产品参数最优值,为起重机卷筒组件产品及类似产品的产品族优化设计提供一种方法借鉴。

无人驾驶汽车纵向速度的磁敏传感器控制方法

在无人驾驶汽车行驶过程中,工况的切换导致纵向速度控制难度较大,为提高行驶的稳定性和安全性,提出了基于磁敏传感器的无人驾驶汽车纵向速度控制方法。对无人驾驶汽车纵向运动的参数计算,为磁敏传感器建立基础环境。利用永磁体为磁敏器件提供偏置磁场,计算点磁源磁场强,获得磁敏传感器空间坐标。在空间坐标内,将汽车转速跟踪控制问题转化为连续系统的传感器状态描述,算出加速度和变化速率约束范围,得到最优控制输入增量;为避免制动与驾驶方式频繁转换,将节气门开度和期望制动器主液压控制量作为执行器控制输入,完成汽车纵向速度控制。实验表明,所提方法能够很好地跟踪期望的纵向速度,可以根据探测信息实时地调节控制参数,纵向车速控制效果更加稳定,保证行驶安全。

换热器内逆向折流板对螺旋管传热性能的影响

为了提高换热器的综合传热能力,以逆向折流板螺旋管(RBST)换热器为研究对象,通过改变折流板与螺旋管的安装方式,获得了更高综合传热性能的RBST换热器;采用双向流-固耦合的计算方法,研究了不同流速和不同结构方案下流体诱导螺旋管振动对RBST换热器综合传热性能的影响,并探讨了螺旋管振动的有效性。结果表明:当RBST换热器内的折流板与螺旋管采用间隙安装时,螺旋管的振幅随入口速度的增加而增加,但其振动频率始终保持不变;螺旋管振动能够增强RBST换热器的综合传热性能,但是强化传热评价指标最高仅为1.0303,效果并不显著,且振动强化传热效果会随着入口速度的增加而削弱;当RBST换热器内的折流板与螺旋管采用无缝安装时,换热器综合性能评价指标最高为1.018,这既延长了螺旋管的使用寿命,又提升了换热器的综合传热性能。

旋流条件下螺旋弹性铜管振动强化传热性能分析

为了充分利用流体诱导螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube,HECT)振动增强传热,以获得更高综合传热性能的HECT换热器装置,基于安装正向螺旋引流板的螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube-forward spiral baffle,HECT-FSB)换热器和逆向螺旋引流板的螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube-reverse spiral baffle,HECT-RSB)换热器,采用双向-流固耦合法,研究了旋流条件下入口流速(U_(in))对HECT振动强化传热性能的影响。研究表明:U_(in)在计算范围内增加,HECT的振幅增大、传热系数提高,HECT换热器的进出口压降增大、PEC(performance evaluation criteria)值减小;HECT-RSB换热器的HECT振幅和传热系数、进出口压降明显高于HECT-FSB换热器。HECT-FSB换热器的PEC值高于HECT-RSB换热器,振动强化传热性能更佳,当U_(in)=0.3 m/s时,PEC值高出了9.00%。HECT-RSB换热器的综合传热性能因子JF值最大,综合传热性能最佳,与已发表文献中的换热器相比,U_(in)在计算范围内综合传热性能因子JF值平均提升了2.7%。该研究可为HECT换热器装置综合性能的提升提供技术支撑。

砂浆颗粒气力输送装置及关键参数研究

为解决砂浆颗粒气力输送过程中物料的输送效率低以及弯管处所受到的磨损较大的问题,提出了基于ANASY FLUENT模块的仿真研究。首先,是对气力输送装置的三维建模,确定合适的输送装置;其次,再对气固混合物在管道中的运动进行受力分析,得到颗粒群在管道中运动的微分方程为后续的仿真进行验证;最后,对砂浆颗粒的水平管道进行不同的气体输入速度研究及对弯管处进行不同弯径比的仿真。通过对比不同气力输送的入口速度对气相和固相在管道中的运动分布以及对比不同弯径的弯管下的气相压力云图,得出了适合砂浆颗粒输送的最佳速度以及最优的弯径比。

多夹杂物对重载铁路钢轨疲劳寿命的影响

非金属夹杂物容易引起钢轨疲劳损伤,为了探究非金属夹杂物特征参数对重载钢轨疲劳性能的影响规律,文中采用ABAQUS有限元软件建立重载钢轨分析模型,对外载荷作用下含夹杂物钢轨的应力状态进行仿真计算,通过FE-SAFE疲劳仿真软件对含多夹杂物钢轨进行疲劳寿命预测。结果表明:相比于软质塑性MnS夹杂物,硬质脆性Al2O3夹杂物对钢轨最大应力的影响更大;夹杂物位于钢轨的高应力区时,在外部载荷作用下,曲线段钢轨的最大应力大于直线段钢轨的最大应力;相邻夹杂物相距临界距离时,多夹杂物水平分布时比其垂向分布时对钢轨应力的影响更大,且随着相邻夹杂物距离变小,钢轨基体的最大应力变小;相邻多夹杂物会使钢轨疲劳寿命骤减,含4个相邻夹杂物的钢轨比含2个夹杂物钢轨的疲劳寿命短。

带切向接管内压圆筒的极限承载能力计算

针对压力容器切向接管开孔结构存在较大结构不连续性、易产生较高局部应力、目前没有适用的圆柱壳切向接管结构常规设计方法的问题,采用极限载荷分析方法,探讨不同切向接管无量纲结构参数(直径比do/Di≤0.3、径厚比Di/T≤125、厚度比t/T≤1.75)对承压圆柱壳体极限承载能力的影响,并定义了基于无接管壳体的强度削弱系数。结果表明,这3个因素都对圆柱壳切向接管结构的强度具有显著影响,当do/Di和Di/T增大、t/T减小时,强度削弱系数增大,意味着切向接管对圆柱壳的强度削弱程度增大。在大量计算结果基础上,对强度削弱系数进行回归分析,得到了回归方程,为带切向接管内压圆筒结构的强度设计提供参考。