智能制造背景下机械类研究生工程软件应用能力培养

智能制造背景下对研究生综合素质能力要求逐渐提高,以笔者所在高校机械类专业型研究生为例,以研究生工程软件应用能力提升为目标,从教学团队优化、人才培养体系、人才培养模式、考核评价体系四个方面入手,加强了学习过程的考核与培养,建立了新的研究生软件应用能力培养体系,为新工科各专业的新型综合性人才培养提供有效参考。

超高压压裂管汇由壬接头预紧特性分析

针对超高压压裂管汇由壬接头安装预紧力不当导致结构破坏或密封泄漏的问题,以某公司研制的175 MPa超高压由壬接头为研究对象,利用ABAQUS建立由壬接触模型,采用有限单元法对该接头进行应力分析与强度评定以及密封性能判定。结果表明:预紧力大小对母由壬应力几乎没有影响,对公由壬、翼型螺母和三瓣挡圈应力有显著影响,且都呈现正相关性,影响程度从高到低依次为公由壬、翼型螺母、三瓣挡圈和母由壬;额定工况下预紧力超过250 kN时,公由壬轴肩圆角处应力超过其材料许用应力,结构静强度不满足要求可能会发生结构破坏;预紧力小于150 kN时,不足以抵抗内压作用,公由壬和母由壬球头锥面密封结构分离;在能够确保球头锥面密封性和结构安全性的150~250 kN预紧力范围内,氢化丁腈橡胶(HNBR)密封圈表面接触应力始终大于实时流体工作压力,密封圈密封性能良好。推荐安装预紧力范围为150~250 kN,在该范围内密封圈结构的静强度以及密封性均能满足要求。

φ175 mm涡轮钻具叶片型线结构参数优化研究

以φ175 mm涡轮钻具为研究对象,研究了不同叶片型线结构参数对涡轮钻具效率及扭矩的影响。基于五次多项式理论和计算流体力学基本原理,开展了涡轮钻具水力性能仿真分析;结合正交试验法和响应面优化法,研究了叶片的前缘和后缘半径、前缘和后缘楔角、进口和出口结构角对涡轮钻具效率和扭矩的影响程度,并通过对极差分析,确定以入口结构角、出口结构角和后缘楔角为影响因素,以效率和扭矩最大化为目标,进行响应面优化;通过响应面法建立了叶片结构参数与扭矩和效率的回归方程,得到了涡轮钻具优化后的工作效率和扭矩。研究结果表明:影响效率的主要因素是出口结构角、后缘楔角和后缘半径;影响扭矩的主要因素是出口结构角、入口结构角和后缘楔角;优化后的涡轮钻具其扭矩提高了42.6%,效率提高了2.4%。研究结果可为涡轮钻具叶片型线结构的参数设计和优化提供理论支持。

双圆弧齿廓椭圆齿轮建模与运动学仿真

为了满足齿轮变传动比运动、提高轮齿承载能力,结合齿轮啮合理论和双圆弧齿廓曲线结构参数特征,提出了一种新型双圆弧齿廓椭圆齿轮。阐述了其节曲线的设计方法,利用SolidWorks软件建立了双圆弧齿廓椭圆齿轮三维模型;使用Adams软件对双圆弧齿廓椭圆齿轮副模型进行了运动学仿真,分析了不同偏心率对双圆弧椭圆齿轮副传动比变化规律的影响,并对比理论传动比曲线,分析了仿真传动比曲线存在波动误差的影响因素;为了减小齿轮副振动脉冲,给出了偏心率适当的取值范围。本文的设计方法和分析结果对双圆弧齿廓非圆齿轮的参数化设计有理论参考价值,可为双圆弧齿廓椭圆齿轮副数控加工制造及应用提供依据。

石油特色机械专业产教融合协同育人研究与实践——以长江大学为例

对接产业发展对人才的战略需求,以机械专业创新人才培养为核心,立足长江大学行业特色和办学实际,围绕协同与特色两个关键,做好顶层规划,转变人才培养理念,完善课程体系,改革教学方法,强化师资队伍,拓展校企协同育人实践平台,提高人才培养质量。通过不断研究与实践,机械专业人才培养取得了良好成效,为机械专业创新人才培养提供了理论和方法支持。同时,也为其他专业人才培养提供了借鉴。

直角弯管结构改进及冲蚀磨损特性分析

为减小弯管的冲蚀磨损,改进普通弯管结构形成弧形、梯形和矩形弯管,利用Fluent中DPM模型、湍流模型和冲蚀磨损模型对4种弯管进行数值模拟计算。结果显示:弧形、梯形和矩形弯管的抗冲蚀性能较普通弯管分别提高14.54%、3.73%、12.38%,4种弯管的冲蚀分布均呈现椭圆形和V形形貌,冲蚀磨损相比于普通弯管明显减轻;4种弯管的最大冲蚀速率随流速、含砂量的增加而增加,但冲蚀区域不随流速、含砂量的变化而变化,不论流速、含砂量为何值,弧形弯管最大冲蚀速率<矩形弯管<梯形弯管<普通弯管;弧形底长、弧形高度、排列间隔三个因素对弧形弯管最大冲蚀速率的影响为弧形高度>排列间隔>弧形底长;弧形弯管抗冲蚀性能最佳组合为弧形底长3 mm、弧形高度2 mm、排列间隔3 mm,抗冲蚀性能较普通弯管提高22.60%。该结果可为弯管的冲蚀防护和结构设计提供新思路。

基于相关性分析和响应面法的复合旋流器结构参数优化

为了提高旋流器优化参数的准确性,得到其在结构优化中的最优解,以一种新型复合旋流器为研究对象,基于相关性的单因素分析寻优法,以相关性分析的结果来指导优化范围的选取,提高其结构参数优化范围的准确性。结合响应面优化方法,以分离效率为优化目标,确定旋流器的最优结构参数,建立了分离效率和结构参数之间的回归模型。结果表明:不同的结构参数和各性能指标之间的显著关系并不相同,根据相关性分析的结果确定各结构的优化范围为:上锥角为0°~4°,下锥角为8°~12°,底流口直径为12~16 mm;响应面优化得到旋流器最优结构为:上锥角为2.565°,下锥角为11.719°,底流口直径为12.889 mm,在本组参数下旋流器固体分离效率达到了99.945%,气体分离效率达到了93.807%。为旋流器的结构优化提供了一种新方法。

电站调节阀阀体结构参数对流阻特性的影响

为了系统研究阀体结构参数对调节阀流阻特性的影响,采用数值模拟的方法,建立电站调节阀阀体模型,结合正交试验设计,研究调节阀阀体不同结构参数对流阻特性的影响。结果表明:调节阀阀体的结构参数对流阻系数的影响程度依次为上腔半径>下腔高度>上腔高度>阀体半长>下腔半径>中腔半径,同时再对阀体的入口角度进行优化分析,得到入口角度越小,流阻系数越小。通过正交实验优化和入口角度优化后得到的最优结构,其流阻系数与原结构相比降低了19.45%,且流量特性曲线也更加理想。研究成果能够为套筒式调节阀的结构优化提供理论支持。

高压活动弯头拆卸装置设计

高压活动弯头在石油、化工等行业应用广泛,而弯头内部滚珠易受流体颗粒影响而磨损。为保证高压活动弯头正常工作,需定期将其拆卸并更换内部滚珠。文章针对传统人工拆卸弯头效率低、浪费人力等问题,设计出一款可以实现对不同型号弯头进行拆卸的高压活动弯头拆卸装置,重点对拆卸装置的结构和工作原理进行了介绍,并通过三维模型动画演示和理论分析验证了设计的可行性。该装置使用便捷、高效,符合当前市场的需求。

油气旋流器工作参数对分离性能的影响研究

为了研究不同工作参数下油气旋流器的分离性能,以某型号的油气旋流器为研究对象,利用CFD方法对油气旋流器进行两相流模拟仿真,结合响应面优化方法,研究了气泡尺寸大小、入口速度和入口含气量对旋流器分离性能的影响。研究结果表明:三种工作参数对油气旋流器的分离效率及压降的影响程度次序均为入口速度>气泡尺寸>入口含气量,其中气泡尺寸和入水含气量对分离效率的影响程度大于压降,入口速度对压降的影响程度大于分离效率;通过对响应面求解,得到最佳工作参数下的旋流器分离效率,分离效率提高了14.95%。研究结果可为油气旋流器实际应用过程中工作参数优选提供参考。

双层桨叶搅拌罐内固液混合均匀度研究

为提高工程中双层搅拌罐的搅拌均匀性,使用ANSYS Fluent,通过Euler多相流模型以及标准k-ε的湍流模型对双层桨叶搅拌罐内固液混合过程进行模拟。分析了不同转速、桨叶的直径和桨叶间距离对搅拌罐内固液混合均匀度(σ)的影响,并结合罐内速度对固液混合过程进行定量分析。结果表明:当转速低于300 r/min时,搅拌罐内不会出现均匀悬浮,当转速为300、400 r/min时,出现完全离底悬浮,继续增大转速反而降低搅拌效果;当桨叶直径为0.5D(D为搅拌罐内径)时,搅拌罐内固相分布均匀性好;当桨叶距离为390 mm,J_(1)型桨叶的固相有较好的悬浮,当桨叶距离为440 mm,J_(2)型桨叶的固相有较好的悬浮;当距离大于440 mm时,固相大多沉积在搅拌罐底部;桨叶直径和桨叶数量对σ几乎没有影响,转速对σ影响较大;在J_(1)型桨叶组合,转速为400 r/min、桨叶距离为390 mm时的σ最低;在J_(2)型桨叶组合,当转速为300 r/min、桨叶距离为440 mm时的σ最低;转速为300 r/min时J_(2)型桨叶搅拌更好,转速为400 r/min时,J_(1)型桨叶搅拌更好。在最佳参数组合下,搅拌24 s即可达到最好的搅拌效果。

四入口液-液旋流分离器分离性能数值模拟

多入口旋流分离器能在入口速度较低的情况下实现传统旋流器在入口速度较高时才能达到的分离效果,同时具有更加稳定和对称的流场分布。为了进一步验证多入口液-液旋流分离器的分离性能以及溢流分流比和入口流速对其分离性能的影响,基于欧拉-欧拉多相流模型,采用群体平衡方程(population balance model,PBM)对四入口液-液旋流分离器分离性能进行了数值模拟。研究结果表明:在入口流速恒定时,旋流器综合分离效率随着分流比的升高呈先上升后下降变化趋势,溢流分流比为0.22时,旋流器综合分离效率达到最高,此时分离效率为95.66%。当溢流分流比为0.22时,随着入口流速的增大,四入口液-液旋流器分离效率呈先上升后下降最后趋于平缓的变化趋势,当流速为10 m/s时,到达油滴剪切破碎临界条件,此时分离效率最高为96.78%。研究结果可为四入口液-液旋流分离器现场应用和适用性提供理论指导。

基于CFD的混排一体化装置固液混合性能分析

为分析混排一体化装置内部的固液混合性能,以SH20混砂车混排一体化装置为原型,运用CFD方法研究装置内部固液混合效果,以固液两相体积分布和出口密度分布为指标对混合效果进行评价,并以混合时间和单位体积混合能为指标,对不同叶片数量和不同叶轮半径下的混合效率进行了分析。分析结果表明:SH20混砂车混排一体化装置出口段出现轻微的石英砂和清水分层现象,对装置进行了结构改进,改进后的装置固液混合均匀,混合效果良好,含砂体积分数可达30%;随着叶片数的递增,混合时间先缩短后延长,单位体积混合能先增大后减小再增大;随着叶轮半径的增大,混合时间先缩短后延长再缩短,单位体积混合能逐渐增大;叶片数为7和叶轮半径为248 mm时,装置混合效率最高。所得结论可为混合搅拌装置的优化提供参考。

基于人因问题的船舶指挥控制系统设计研究

舰船指挥控制系统的人因工程设计对于提升人机交互任务的协作程度,改善系统操作控制绩效至关重要。本研究针对传统以技术为中心的系统设计中广泛存在的人为因素问题,分析人机之间的交互特征,确定了控制系统在布局、功能、交互及显示等7个方面的人因设计要素集。根据人因标准的设计原则提出了人因设计方案及实施与管理体系。以人因问题分析为导向的船舶指挥控制系统的人因工程设计,能够为系统全生命周期的人-系统整合活动提供理论支撑和实施依据。

混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析研究

为了研究流体作用力、离心力及重力等载荷对混砂车搅拌叶轮模态的影响,建立了混砂车搅拌系统的三维模型,分别对叶轮的静态模态和预应力模态进行了分析。结果表明:各载荷对混砂车叶轮模态固有频率影响不大,叶轮在两种工况下固有频率变化较小,最大变化率仅为0.61%;在流固耦合作用下叶轮振型的第2阶及第3阶振型最大值有所减小,其他各阶振型最大值无显著增大。

基于ANSYS/PDS的抽油机支架可靠性分析

为了验证抽油机支架结构强度可靠性,根据抽油机支架的结构特点,利用有限元软件建立了三维有限元模型,进行了有限元分析,在此基础上,利用ANSYS/PDS模块,对抽油机支架进行了强度可靠性分析。分析结果表明:300次抽样模拟可以满足精度要求;抽油机支架的强度可靠度为93.16%,其中竖直载荷对其强度可靠性影响最大。

柱塞泵泵头体应力集中及疲劳寿命分析

对某柱塞泵泵头体进行了三维有限元分析,获得了泵头体的应力分布规律,计算出了泵头体缸腔和柱塞腔相贯处的应力集中系数,并应用泵头体的S-N曲线方程和有限元分析结果对泵头体寿命进行了计算,为泵头体的寿命估算提供了依据。

柱塞泵十字头有限元疲劳强度分析

为了研究柱塞泵十字头的疲劳强度,在有限元的基础上,根据古德曼法和应力寿命法对十字头进行了疲劳强度分析,经十字头的实际应用验证可知,对十字头的疲劳寿命分析是正确的。

压裂混砂搅拌装置搅拌叶轮结构优化设计研究

为了提高压裂混砂搅拌装置的搅拌效果,以混砂搅拌装置混合时间为实验指标,针对搅拌叶轮的结构特点,采用正交实验及CFD数值模拟相结合的方法研究了搅拌叶轮的主要几何尺寸对混合时间的影响规律,得到了搅拌装置叶轮最佳结构参数,为搅拌叶轮结构优化设计提供了理论支撑。结果表明,搅拌叶轮的几何尺寸变化对混合时间具有一定的影响,其中,上叶轮直径影响最大,下叶轮直径和下叶轮导流筒与叶轮直径比值次之,上叶轮导流筒与叶轮直径比值影响相对较小;搅拌叶轮几何尺寸最优方案对应的混合时间最短,值为11.0 s。

基于有限元法的链板结构设计研究

为了研究滚子链链板"8"字型结构的合理性,本文在ISO 08B型链条链板结构形式基础上对链板选择了5种不同的结构形式,并进行了有限元分析。通过有限元分析发现上下链板孔附近半"8"字型区域应力较大,而其它区域应力相对较小,综合考虑减小链条的单位长度质量、降低链板用材量、提高链条运行平稳性及降低链条运行的噪音等因素后,得出"8"字型结构是链板最佳结构形式,为链板结构设计提供了理论依据。