空蚀实验装置的超声振动系统及其变幅杆研制

空蚀是水力机械常见的失效破坏形式,常用超声空蚀实验装置来研究空蚀过程及材料的抗空蚀性能。针对超声空化原理及超声空蚀实验装置的要求,利用变截面的波动方程和传统变幅杆的设计理论设计了圆锥复合变幅杆;通过ANSYS软件对变幅杆进行模态分析和谐响应分析,并对其进行多尺寸结构优化设计,以获得最优尺寸参数;根据优化参数研制了圆锥复合变幅杆,将其与换能器和工具头联接构成装置的超声谐振系统,并进行了阻抗分析和振动性能测试,结果表明变幅杆振动效果良好、满足超声空蚀实验装置的要求。

以ADAMS为平台的旋挖钻机变幅机构变幅油缸举升力仿真分析

介绍旋挖钻机变幅机构的主流结构形式及其工作原理,并借助Pro/E建立变幅机构的三维模型,再导入ADAMS建立动力学仿真模型。在ADAMS虚拟环境中,对变幅机构两组变幅油缸在不同运动顺序下的举升力分别进行仿真,给出两组变幅油缸举升力的仿真曲线,并分析仿真结果,得出对旋挖钻机变幅机构设计具有指导性的一些结论。

基于两种梁理论对变幅锥形杆弯曲振动的特性分析及参数设计

为了研究圆锥形杆自由振动的特性,分别基于欧拉-贝努力梁理论和铁木辛柯梁理论,建立变截面杆自由振动的分析模型。采用一种含三角函数的级数形式来表示欧拉-贝努利梁理论下杆的位移函数,以满足端部位移的条件;利用能量泛函极小化得到系数满足的线性方程组,进而获得不同边界条件下圆锥形杆在欧拉-贝努利梁理论下的若干阶固有频率;类似地,假设位移的级数形式并利用能量函数,建立锥形杆基于铁木辛柯梁理论的求解方法,可得各阶固有频率和模态;给出等截面杆在两种理论下固有频率的转化公式,并推广应用到圆锥形杆的固有频率近似转化。算例分析锥形杆截面参数对结构固有频率的影响,并基于目标设计频率和若干限制条件对锥形杆的尺寸进行设计。数值结果表明,在应用欧拉-贝努利梁理论和铁木辛柯梁理论时,所提方法都能够稳定收敛且计算效率高,具有较高的精确度。该研究工作为超声工程中变幅杆的动力学特性提供了计算依据。

FGH96高温变幅疲劳载荷试验及损伤累积模型研究

针对涡轮盘用镍基高温合金FGH96,开展两级疲劳载荷试验以及谱载荷试验。试验载荷设计参考了涡轮盘关键点载荷及实测飞行任务谱特征。采用常见损伤累积模型对试验结果进行分析。结果显示,FGH96在低-高载荷次序下循环分数和大于1,在高-低载荷次序下循环分数和小于1,符合常见非线性疲劳损伤累积模型的预期;对于谱载荷的疲劳寿命,由Chaboche非线性疲劳损伤模型与时间分数模型组成的损伤累积模型的预测则偏保守,且具有较高的预测精度,预测结果均在2倍偏差带内。

几种扭振复合超声变幅杆的研究

对左、右段为圆柱型、中间段为变截面杆的三段式复合扭振超声变幅杆给出了频率方程和参数计算通式据此得出中间段l2分别为指数型、类国雄型、类悬镇线型和类余弦型，而l1=l3≠0，或l1≠0；或l3≠0的各种组合复合杆的参数计算式，并算出了其参数值，给出了主要参数曲线．测试了十组典型试件的谐振频率和放大系数，实验结果与理论值基本一致。

超声波振动农业触土部件变幅杆性能分析与试验

针对超声波振动农业触土部件的结构要求,对比研究了指数型、悬链线型、圆锥型和阶梯型4种不同类型超声波变幅杆的谐振效应和聚能放大性能。利用变截面变幅杆的纵振波动方程求解得到4种变幅杆超声波激振下的轴向位移函数和应变分布函数,借助MatLab编程计算求得变幅杆轴向位移和应变分布和变幅杆的关键参数。结果表明:4种变幅杆的最大位移都发生在变幅杆的小端处,轴向应变曲线的最低点显示了易发生破坏失效变幅杆的极大应变点;相同条件下,4种变幅杆放大系数从大到小排列依次为阶梯型、悬链线型、指数型和圆锥型。阶梯型变幅杆虽然放大系数较大,但形状因数最小,过渡处易遭到破坏;圆锥型变幅杆的形状因数最大,其它两种居中。最后,分别通过有限元仿真分析和土槽试验的方法对计算结果进行验证,仿真与试验结果和理论计算结果保持较好的一致性。

低水头宽变幅抽水蓄能机组水泵水轮机泵工况优化研究

本文针对国内某低水头抽水蓄能电站宽水头变幅特点,基于CFD优化方法对水泵水轮机模型进行水力性能研究。该电站运行水头变幅达到1.565,远超出同水头段定速抽水蓄能电站水头变幅,水力设计难度极大。在相对导叶高度b0/D1=0.185基础上对水泵水轮机进行优化设计,通过数值模拟方法对水泵水轮机整体性能进行预估。对比分析设计方案对宽水头变幅的适应性,同时兼顾水泵与水轮机工况的能量匹配关系,最终JFP20水泵水轮机方案达到了项目要求,研究成果可为今后中低水头宽变幅抽水蓄能机组水泵水轮机的参数选择和水力设计提供参考。

变跨变幅钢栈桥结构设计及受力性能分析

【目的】为了研究变跨变幅钢栈桥在多荷载工况下的承载性能。【方法】以向莆联络线向莆左线特大桥施工中的一座钢栈桥为研究对象,通过桥梁有限元软件Midas civil建立数值模型,分析其在5种不同工况下各个构件的受力状态。【结果】研究结果表明:钢栈桥贝雷梁在各种工况作用下,结构强度及刚度均有较大安全富余;桩顶分配梁在工况1及工况2作用下,其折算应力的安全富余系数较小,仅为1.23和1.20,工况5作用下其刚度的安全富余系数为1.20,施工过程中需要避免过重的临时荷载堆放;钢管立柱在工况5作用下的正应力安全富余系数仅为1.50,施工过程中应采取措施确保施工的安全性;转角处三角区设计符合结构性能要求。【结论】研究成果可为同类栈桥设计提供借鉴。

功率超声铆焊变幅杆的设计与分析

功率超声塑料铆焊变幅杆的设计中,纵波谐振频率和振幅是设计的关键。某工程实践中以阶梯形铆焊变幅杆为设计对象,有限元模态分析中,其纵波固有频率为19982 Hz,谐波扫频响应共振频率为20082 Hz,阻抗测试频率为19813 Hz,三者误差率较小,且在材料阻尼率为0.004时,变幅杆端头有仿真最大振幅59.16μm,与激光测振仪测量的振幅49.8μm同样误差较小,实践加工验证,铆焊效果较好。结果表明有限元固有模态、谐波响应、阻抗分析、振幅测试分析可为超声变幅杆的工程设计提供高效的设计、分析、测试方法。

傅里叶变幅杆的外形函数与性能分析

为设计振幅放大系数和形状因数均优良的变幅杆,研究了以不同阶次的傅里叶级数为振动位移函数的傅里叶变幅杆模型。推导了不同阶次傅里叶级数时变幅杆的外形函数,计算了相应的形状因数和位移节点。利用有限元方法计算了变幅杆的谐振频率、位移幅值和位移节点,并比较了其与传统变幅杆的性能优劣。结果表明:当面积系数较大时(大于3.34),阶梯形变幅杆的振幅放大系数最大,其次是二阶傅里叶、悬链线形、指数形,最小为圆锥形;圆锥形变幅杆的形状因数最大,其次是指数形、悬链线形、二阶傅里叶,最小为阶梯形。谐振频率与面积系数相同的条件下,二阶傅里叶变幅杆的振幅放大系数远大于指数形、悬链线形和圆锥形变幅杆的相应值,其形状因数远大于阶梯形变幅杆。在同时考虑振幅放大系数和形状因数的条件下,相较于传统变幅杆,二阶傅里叶变幅杆综合性能更好。

二次供水叠压设备准入判据及管网压力变幅分区方法

为了明确叠压供水方式的准入标准,提出了用于叠压供水设备选取及城市给水管网压力变幅分区的判据,并对其重要参数——叠压最小允许压力H_(dmin)、叠压最大压力波动ΔH_(dmax)进行原理分析,据此判据将城市给水管网划分为压力稳健区、压力波动区、压力脆弱区,并以在西部A市自来水公司GIS、SCADA系统采集的2022年西部A市主城区年最大用水日时全部供水节点的日最大水压、最小水压为可信数据,作出西部A市主城区给水管网的压力变幅分区图,以此作为西部A市主城区叠压供水设备选取的参考依据。

建筑起重机变幅液压缸位置ACO优化PID控制优化

为了提高建筑起重机变幅液压缸位置控制精度,引入蚁群算法(Ant Clony Optimization,ACO)对PID控制进行优化,给出了位置控制系统控制器。并针对阶跃响应和正弦响应,开展仿真分析。得到如下结论:处于干扰力阶跃响应下,蚁群算法相对Ziegler-Nichols与果蝇算法(Fruit Flies Optimization,FFO)优化PID控制系统响应曲线分别减小了32.1%与12.3%的超调量,调整时间缩短34.3%与26.54%,稳态误差减小54.18%与33.21%。利用ACO优化PID系统表现出了更优的阶跃响应性能。处于干扰力正弦响应下,以ACO优化PID系统相对其它两种算法获得了更低的最大跟踪误差,时平均跟踪误差也明显减小。经综合分析可知,采用ACO优化PID系统获得了最优的抗干扰性能。该研究对提高起重机变幅液压缸位置控制精度具有很好的实际指导意义。

适应高水位变幅的鱼道进口流速调节数值模拟

鱼道进口布置受多种因素影响,当下游河道水位变幅较大且鱼道进口数量布置受限时,鱼道进口难以承受较大水位变幅,诱鱼水流条件差。为此,提出了设置流速调节浮箱对鱼道进口结构进行优化设计,并采用三维数值模拟对鱼道进口流速调节浮箱布置进行了优化研究。研究结果表明:鱼道进口段浮箱尺寸确定与下游水位变化密切相关,鱼道进口布置适当高度的浮箱,可以明显改善进口区域的流速条件;浮箱长度和鱼道进口段长度对鱼道进口段水流条件的影响不大,当浮箱长度取值为2~4倍进口宽度、鱼道进口段长度取值为5~8倍进口宽度时,鱼道进口段均可获得利于鱼类上溯的水流条件;浮箱尺寸一定,当浮箱布置位置距离鱼道池室段为1.0~2.5倍进口宽度时,流态较优。

海洋石油工程起重船变幅钢丝绳无损检测的技术措施

海洋石油工程起重船变幅钢丝绳作为船舶起重机主要的受力构件,使用工况及环境较为特殊,为延长钢丝绳寿命及安全运营,对起重船的变幅钢丝绳进行预防性维护和安全性检测非常重要。文章阐述了国内外目前较为先进的无损检测技术及设备现状,剖析了在具体应用环节存在的问题,并提出了起重机变幅钢丝绳有效、准确检测的技术措施。

运动补偿栈桥变幅液压系统设计

针对海上风电运维栈桥系统主动运动补偿技术研究,设计液压驱动栈桥实现补偿功能,满足复杂海况下人员登临需求。主动三维运动补偿栈桥系统主要包括变幅、回转、伸缩三大机构,通过这三大机构的复合主动补偿控制实现头部登临的位置无缝顶靠或悬停,实现作业人员安全登临。利用6自由度平台模拟船舶海况下运动,进行栈桥顶靠测试。结果表明栈桥与平台实现无缝随动,整体实现了主动补偿技术要求,进一步验证了液压系统设计。栈桥采用液压驱动,就其变幅液压系统设计进行阐述,为相关主动补偿研究提供借鉴。

超声波加工工具对复合变幅杆谐振性能影响

基于变截面杆纵振动的波动方程,推导出安装简单工具双曲过渡形复合变幅杆频率方程和放大系数的一般公式,并讨论了超声波加工工具对复合变幅杆谐振性能的影响.随着工具长度和直径的增加,变幅杆谐振频率下降,应根据工具尺寸相应调整复合变幅杆末端长度,才能保证更好的谐振.推导出的一般公式为超声变幅杆及其工具的设计和使用提供了理论依据.

起重机变幅平衡阀流量计算与仿真分析

变幅平衡阀安装在汽车起重机变幅系统的液压回路中,起到负载保持和控制负载运动速度的作用。在分析某型起重机所用平衡阀的组成结构和功能原理的基础上,针对其主阀芯的复杂通流形式,采用一种节流槽和阀芯表面通流面积分开计算后整合的方法,得到主阀芯整体的开度-过流面积曲线。利用AMESim仿真软件建立平衡阀中单向阀和主阀芯的仿真模型。通过对比平衡阀流量压力特性的仿真与实验结果,表明采用此计算方式得到的开度-过流面积曲线可以准确地反映平衡阀工作时的性能特征。对影响平衡阀流量压力特性的关键因素进行了探究,为平衡阀的优化设计提供了模型支持和参考思路。

非谐振单元变幅器的设计及其动力学研究

在超声珩齿加工中,由变幅杆和被加工齿轮组成的变幅器的设计是一项关键技术,变幅器的动力学特性对齿轮的加工质量有很大影响。齿轮作为变幅杆的负载,一方面其尺寸和质量大,对变幅器谐振频率的影响不能忽略,另一方面,齿轮的尺寸是由使用要求决定的,不能被任意设计,因此现有的功率超声变幅杆的设计方法不能适用于这种情况。以Mindlin厚板理论为基础,将齿轮简化为一厚圆板,圆板外径等于齿轮分度圆直径,根据齿轮与变幅杆在连接面的耦合关系及各自的动力学方程,建立变幅杆和齿轮组合系统的动力学模型,在此基础上设计变幅器,并进行动力学特性的分析,分析结论为超声珩齿变幅杆的设计提供了理论依据。通过有限元分析验证了设计理论完全可行。

变幅平衡阀仿真及试验研究

为改善汽车起重机变幅系统安全性和稳定性,研究变幅系统组成及工作原理、变幅平衡阀内部结构及其阻尼孔大小对系统的影响。基于AMESim搭建平衡阀及变幅系统仿真模型,分析了P、T口阻尼孔变化对系统的影响,并通过试验验证了仿真模型的准确性。研究结果表明:P口阻尼孔大,阀芯运动速度快,油缸压力建立时间短;T口阻尼孔大,平衡阀泄压时间快。并通过试验验证了当平衡阀P口阻尼孔直径0.7 mm,T口阻尼孔直径0.3 mm时效果最优。

变幅杆位移节点和应变极大位置的关系

针对常见单一形状函数纵振变幅杆,采用解析方法研究了谐振长度、位移节点和应变极大点之间的关系.计算发现在谐振频率下,变幅杆位移节点与应变极大点位置之和约等于其一阶谐振长度.对新型的贝兹曲线变幅杆也做了相应计算,结果验证了该结论的正确性,此结论有助于变幅杆设计计算过程的简化.