一种比例换向阀先导级用高速开关阀运动特性分析

为研究一种用于比例换向阀先导级的高速开关阀运动特性,通过编写UDF程序控制流体力、弹簧力和电磁力共同作用下的阀芯运动;通过动网格技术实现阀的流固耦合仿真,并获取阀芯精确的运动情况以及瞬态流场的变化。结果表明:编写的UDF程序能够精确地模拟实际工作时的阀芯运动状态,获得阀的开启时间为1.8 ms。该研究方法能够获得高速开关阀精确的运动特性,为高速开关阀产品的优化提供指导。

水下无人航行器高速航行下的运动特性及仿真控制研究

水下无人航行器具有水下活动范围大、机动性好优点,主要用于大范围地形地貌勘探,水下高速长航程航行时,水下航行器运动特性和姿态控制是研究重点。本文建立水下航行器垂直面航行运动模型,分析高速航行下的运动特性。为保证高速航行高效稳定,提出PID方法控制纵倾和滑模方法控制深度的组合控制策略。通过仿真试验,开展高速航行运动仿真研究。研究结果表明,在高速航行下,水下航行器会产生一定纵倾,且随着航速增加,纵倾影响会越大,高速状态放大了水下航行器外形上下轻微不对称的特性,诱导产生的垂向水动力及力矩增大,进而引起纵倾;在高速航行条件下,水下航行器能稳定保持定深度长距离航行,控制策略具有很好的适用性。

不同浓度离子溶液中气泡运动特性的实验研究

气泡运动特性可以分析流型形成和演化,是探究两相流模型构建的基础。为了进一步研究气泡在多种溶液内的运动特性,搭建了气泡运动特性实验平台。在3种浓度的FeCl_(3)、CaCl_(2)、NH_(4)Cl离子溶液及去离子水内,对单个气泡运动特性进行了实验研究,利用高速相机拍摄图片并导入MATLAB软件进行了计算。据此,分析了离子溶液内单个气泡的上升时间,脱离时间,初始当量直径,以及纵横比。结果表明:离子溶液,尤其是CaCl_(2)溶液在一定程度上可以促进气泡在喷嘴处的脱离,使得脱离时间减少,当喷嘴为1.5 mm时,促进作用最为明显;三种离子溶液和去离子水比较,气泡上升时间都有所缩短,但是相差不大;三种离子溶液中,FeCl_(3)溶液中气泡纵横比变化最大;NH_(4)Cl溶液对气泡的当量直径促进作用最强,CaCl_(2)溶液会抑制气泡当量直径的发展,因此在特殊流体机械内部,应适当增加钙离子以降低冲击带来的腐蚀与振动;在去离子水和三种离子溶液中气泡的纵横比δ都会有一个“L”型分布,且最大值均出现在气泡脱离喷嘴的瞬间。

空泡演化对航行体高速入水运动特性的影响研究

为了研究空泡演化与航行体运动特性之间的联系,并进一步探讨入水速度和入水角度对航行体运动特性的影响,文中基于STAR-CCM+,耦合SSTk-ω湍流模型、VOF界面捕捉方法和重叠网格技术,对航行体高速入水过程中空泡从生成到溃灭的整个发展演化过程进行了数值计算研究.结果表明,航行体高速入水过程中空泡的发展演化可以分为3个阶段:空泡稳定发展阶段、空泡断裂溃灭阶段、空泡脱落再生阶段.垂直入水条件下,提高入水速度能够延迟二次射流对航行体扰动时间,增强航行体维持初始入水弹道的能力;斜入水条件下,增大入水角度能够减缓航行体在入水前期的姿态变化,但会降低其在入水后期维持初始入水弹道的能力.

水陆两栖车辆水上运动特性实时仿真系统研究

为解决水陆两栖车辆水动力性能参数获取难度大、运动姿态预测慢等问题,设计一种两栖车辆水上运动特性实时仿真系统,实现仿真模型的驱动、运动姿态预测以及数据的监测和输出,通过动态流体-物体相互作用数值计算方法对车体动力学系数进行修正,提升了实时仿真系统的精度。在此基础上研制试验样车,对不同工况下实时仿真系统的准确性进行验证。试验结果表明:所构建的两栖车辆水上运动特性实时仿真系统兼具计算精度和计算效率,可以快速准确地预测车辆的运动姿态,适用于多种复杂工况,具有姿态预测的泛用性。新系统在两栖车辆研制阶段、驾驶员培训、半实物仿真演练、复杂环境模拟等方面具有较强的应用价值和应用前景。

不同入射波对自由浮体结构运动特性的影响

基于DualSPHyscis开源程序,对波浪数值水池以及波浪与不同形状自由浮体结构相互作用进行了模拟,通过对造波板施加预定义函数来实现Stokes二阶规则波的产生,同时在下游边界附近处设置黏性消波区来实现消波功能.首先,验证了该方法能正确求解波浪与浮体结构的相互作用,文中还与有关的试验结果作了比较,发现效果基本一致.然后对波浪与自由浮体结构相互作用问题进行了模拟,考虑不同入射波波高、波周期与形状参数(A/B的范围为1.0~5.0),探究自由浮体结构所受波浪力的变化特性与自由度响应特性,并分析不同波参数对结构受力与自由度响应特性的影响,同时与单圆柱体浮体工况进行对比分析.另外,引入浮体周围流场分布特性、质心运动轨迹以及速度矢量分布特性,进而进一步阐述浮体受力特性与自由度响应特性.随形状参数增大、浮体结构所受最大波浪力会逐渐减小.随入射波波高增大,波能增大,浮体所具有的能量越大.

狭窄通道红细胞运动特性分析及应用

目的高通量单细胞力学特性测量在个体化医疗技术中逐渐体现出价值,红细胞力学特性在许多与血液相关的重点慢性疾病中有着重要作用。然而,由于红细胞的优越变形特性使得红细胞力学特性的高通量精准测量极具挑战。方法利用狭窄圆形通道中细胞-流体相互作用的流体动力学机理,结合机器学习方法,建立了精确测量红细胞力学特性的单细胞高通量测量方法。利用高速相机记录红细胞在恒定压力驱动下在微米直径毛细圆管内的时间序列影像。通过红细胞运动速度和稳定形态,学习反演得到红细胞的体积、面积、细胞膜剪切模量、细胞黏度。结果临床样本实验显示,利用本方法可以区分不同糖化血红蛋白受试者不同红细胞结构的力学特性差异。结论该方法从细胞尺度流固耦合动力学机理出发,实现了细胞力学本构特性的准确高通量测量,在运用细胞力学特性流式分析方法,监测血液相关的疾病健康管理中有着巨大的应用前景。

浮选体系中气泡运动特性研究进展

浮选作为一种高效的选矿方法,更适于处理品位低、嵌布粒度细、矿物组成复杂的矿石资源,其研究和应用逐渐成为矿物加工领域关注的焦点。在浮选体系中,气泡作为浮选体系中“运输”矿物颗粒的载体,它的运动特性直接影响着矿物浮选的选别效果,因此,研究气泡的运动特性,对于优化浮选工艺与改善浮选效果有着重要意义。首先简述了浮选中常见的气泡生成方式,主要有机械搅拌发泡、气泡发生器发泡、电解发泡及超声波发泡四种方式。介绍了气泡参数中的形态特征参数、运动特征参数和分布特征参数的含义和计算公式;然后重点阐述了浮选中起泡剂、捕收剂、抑制剂、浮选机叶轮参数、浮选柱气泡发生器及充气量对气泡参数的影响;归纳了纳米气泡在微细粒矿物浮选中的应用。目前,浮选体系中气泡运动特性的研究存在着较多的理想假设和一定的局限性,与实际工艺条件相比存在着很大差距。因此,完善气泡测量方法、侧重于气泡在实际浮选环境中的运动特性研究以及研发新型纳米气泡生成设备将是未来的发展方向,通过提高气泡参数准确性及深入了解气泡在实际浮选环境中的运动特性,为浮选过程中气泡参数的调整及浮选设备的设计优化提供重要的参考依据。

深远海大兆瓦级半潜式风机基础运动特性数值模拟及试验研究

针对水深百米以上的深远海浮式风电开发需求,本文面向可搭载大兆瓦级(15 MW)风机的新型半潜式风机基础的运动特性展开研究。利用AQWA软件建立了该基础与系泊系统的数值模型,基于南海实际海况确定了风机塔筒的载荷,并开展了缩尺比为1∶64的水池模型试验,验证了数值模型计算的准确性;基于验证的数值模型分析了新型风机基础在南海恶劣海况下的运动特性及系泊张力,发现该新型风机基础的运动极值和系泊张力均满足规范要求。相同海况下,新型风机基础与经典半潜式风机基础OC4-DeepCwind(三浮筒平台)的运动性能及系泊缆张力对比结果表明:发电工况下,新型风机基础的垂荡和倾角的极值较三浮筒平台的分别下降62.8%和81.3%;停机工况下,垂荡和倾角的极值则分别下降46.1%和41.4%,充分说明该新型风机基础具有优越的运动性能;而在停机工况下1、2号缆系泊张力最大值分别下降17.4%和9.6%,大大降低了系泊系统的设计难度。研究结果为中国深远海浮式风电开发船型的选择提供了借鉴。

基于离散元的茶叶抖筛机茶叶运动特性分析与试验

为了降低茶叶抖筛机的误筛率,从颗粒动力学角度研究了筛面倾角、振动幅度、振动频率对茶叶颗粒在抖筛机筛网上运动特性的影响。结合离散元方法对茶叶颗粒在筛面的运动进行数值模拟,通过分析茶叶颗粒的筛分过程,明晰了抖筛过程中筛上茶叶颗粒的运移机理。结果表明:茶叶颗粒主要集中在筛网中间,频率太大或者太小都会造成茶叶颗粒在筛网上的横向偏析;茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能与振幅、频率呈正相关,筛面倾角对茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能影响较小,茶叶颗粒沿X轴方向和Z轴方向速度对茶叶颗粒在筛网上的平均速度贡献最大;迁移系数的变化幅度随着筛面倾角、振动幅度、振动频率的增加而呈现逐渐增加的趋势,对茶叶抖筛过程颗粒迁移能力影响由大到小为:振动幅度、振动频率、筛面倾角;当振动幅度为22.5 mm、筛面倾角为3°、振动频率为4.166 Hz时,茶叶抖筛试验误筛率最小,茶叶抖筛试验误筛率结果与仿真试验结果相差在5个百分点以内,表明DEM模拟具有较高的准确性。

基于空间运动特性的断路器健康状态识别

考虑到空间运动特性差异对机械性能退化的体现更为直接,且振动信号蕴含丰富的机械状态信息,提出一种利用振动信号对空间运动特性进行表征的断路器健康状态识别方法。首先,利用位移信号获取能够反映关键机构机械状态的运动特性参数;其次,采用AAF-AAKR模型构建运动特性健康指标;然后,基于关键动作阶段三维振动信号特点提取多域特征参数,选取相关性较高的特征进行层次聚类并计算与运动特性的互信息,得到对运动特性表征能力强的关键退化特征矢量;最后,将退化特征矢量作为输入,运动特性健康指标作为输出,构建1D-CNN性能退化回归模型,以实现储能机构健康状态识别。实例验证表明,三维振动信号相对于一维振动信号对运动健康指标的拟合效果更好,回归分析RMSE为0.0186,MAE为0.0112,可精准地识别断路器的健康状态。

风场下翼伞系统运动特性研究

为探究风场对翼伞系统运动特性的影响,建立了翼伞系统六自由度动力学模型,采用龙格库塔法对风场下翼伞系统运动特性进行了仿真计算。在此基础上,开展了翼伞系统在不同风向与不同飞行高度下运动特性变化的对比研究。结果表明:风场会改变翼伞空速,引起气动角变化,导致翼伞气动性能改变,使系统力、力矩不平衡,系统速度、姿态出现波动,而后重新恢复稳定,稳定后速度略大于无风时飞行速度与风速的矢量和;系统在顺风条件下前俯,逆风条件下后仰,侧风情况下会出现明显的滚转、偏航运动;飞行高度通过影响风速与大气密度改变系统平衡速度,高度越高平衡速度越大,但滑翔比与姿态角变化较小。文章所得风场下翼伞系统运动特性变化规律对翼伞轨迹规划及飞行控制有一定应用价值。

差动式行星滚柱丝杠副的运动特性与动力学分析

差动式行星滚柱丝杠副是一种将环槽传动与螺纹啮合相结合的机械传动机构。为了探究差动式行星滚柱丝杠副的动态特性,研究一种新型的差动式行星滚柱丝杠副的结构组成与运动原理,建立其三维模型,并将模型导入虚拟样机分析软件中,通过设置合适的连接关系,对三维模型进行运动学及动力学仿真分析。结果表明:虚拟样机中差动式行星滚柱丝杠副的运动过程与运动分析相符合,验证了运动分析的合理性;当在螺母上施加负载时,滚柱与螺母之间的环槽设计使接触力波动更规律;随着负载的持续增大,丝杠与滚柱之间、螺母与滚柱之间的接触力波动也持续增大,加剧了机构内部的磨损情况,缩短了机构的运行寿命。

超空泡射弹异步并联倾斜入水空泡演化与运动特性分析

基于VOF多相流模型与重叠网格技术建立了超空泡射弹异步并联倾斜入水数值方法,利用单发射弹倾斜入水实验对数值方法的有效性进行了验证,在此基础上,分别对不同初始间距及入水顺序下前后两射弹的空泡演化与运动特性进行了数值模拟与分析。研究结果表明:对于前发射弹,在初始间距为0.5倍弹长时,由于受到后发射弹空泡剧烈挤压,前发射弹无法产生完整空泡包裹弹体,运动受到严重影响并最终失稳;同时,前发射弹自上侧入水与自下侧入水相比,其空泡受到的挤压程度更大,沾湿更早且失稳更快;随着初始间距的增大,前发射弹附近空泡受后发射弹的影响减弱,2种入水顺序下均运动平稳。对于后发射弹,由于前发射弹空泡的持续作用,其空泡始终不对称,运动稳定性受到影响,在间距为0.5倍弹长时向内侧偏转失稳,在间距为1倍弹长时运动平稳,间距为2倍和3倍弹长时向外侧偏转失稳,且2种入水顺序下运动规律基本一致。

多缸机液压可变气门运动特性测量试验平台开发及应用

该文研发了四缸机液压可变气门机构,该机构由低压系统、高压系统和落座缓冲机构组成。低压系统为可变气门机构补油,高压系统提供驱动气门开启的压力,并与复位弹簧和落座缓冲机构控制气门开启和关闭。通过AMESim仿真平台对可变气门机构关键零部件进行优化选型,基于可变气门机构搭建液压可变气门运动试验平台,并开展了柔性化可变气门运动特性测量研究。结果表明:气门升程在0~9.5mm连续可变,且气门落座速度小于0.5 m/s,气门关闭时刻可提前约100°CA;在不同发动机循环下,气门最大升程误差和4个缸的气门升程误差均小于0.77%;随着气门开启升程增大或者发动机转速的增加,气门启闭工作模式转换所需的过渡周期增加,最大过渡周期为0.6 s。

考虑运动特性的水面无人艇局部路径规划

路径规划是无人艇实现安全自主航行的核心和关键,现有的无人艇路径规划算法主要为不考虑无人艇运动特性的静态运动路径规划,得到的路径为折线形路线,不适用于狭窄水域自主航行等对精度要求较高的路径规划问题。本文基于无人艇的运动数学模型,考虑无人艇的运动特性,根据出发点、初始航向、目的点及到达目的点的航向要求等约束,尽可能地减少打舵次数,采用一种复合式搜索策略数值算法,事先仿真出无人艇的运动轨迹,直至找到同时满足距离精度和航向精度要求的局部路径规划方案。最后,通过实际的算例仿真,证明了该算法的可行性和可靠性。研究结果为水面无人艇路径规划提供参考,具有重要的工程应用价值。

交流叠加雷电冲击电压下SF6中线形金属微粒局部放电和运动特性

GIS设备运行中常常遭受雷电过电压的侵袭,设备实际承受交流叠加雷电冲击电压的作用,高幅值的冲击电压激发线性金属微粒开始运动并产生局部放电,严重威胁GIS设备的安全运行。针对于此,搭建了交流叠加雷电冲击电压试验系统,结合局部放电测量和光学图像观测的手段,研究了交流叠加雷电冲击电压下SF6气体中线形金属微粒的局部放电特性和运动行为,并结合两者对交流叠加雷电冲击电压下线性金属微粒的运动机制和局部放电机理进行了分析。结果表明:叠加电压会激发线形金属微粒的运动,但是雷电冲击电压作用后,并不会立即产生明显的局部放电信号,而是在一段迟滞时间后开始产生持续的局部放电,该迟滞时间与缺陷的物理尺寸及数量相关;后续持续放电过程中会出现贯穿电极的跳跃运动,产生大幅值的放电信号。该研究工作有利于深入理解实际设备中金属微粒的运动特性及其引发局部放电的过程,对于设备运维分析和设备制造改进具有指导意义。

芒果采收车机械臂运动特性分析及试验

为提高芒果采收车机械化采摘的适应性,该研究采用多体动力学理论方法对其机械臂的运动特性进行分析。首先,结合芒果生长和农艺特征及采摘机械臂几何构型与向量特性,运用D-H法建立了机械臂运动学模型以探索其运动特性,并进行末端执行器运动轨迹规划。轨迹规划结果表明末端执行器运动平稳,满足芒果采摘运动要求。进一步地,利用拉格朗日法构建了机械臂的动力学模型,对其进行了正逆动力学仿真验证,以深入了解机械臂的关节运动特性。动力学分析结果表明,在恒力矩工况下,伸缩装置和摆动装置的运动呈现一定的周期性,摆动装置、旋转装置角加速度和伸缩装置加速度均约在1.25、2.30、4.15 s达到阶段峰值;在仅做摆动周期运动的情况下,旋转装置、摆动装置所受驱动力矩均近似呈周期性变化,峰值分别为72.5与52 N·mm,且在一个运动周期内,均有两个极大值点。对机械臂结构进行仿真模态计算和模态试验,结果表明前六阶固有频率误差在5%以内,验证了芒果采收车机械臂多体动力学仿真建模的准确性。研究结果可为保证有效实现机械臂的采摘效果及提高其可靠性与稳定性提供依据。

引水式水电站进水口水沙运动特性试验研究

为探究引水式水电站进水口的水沙运动特性,以某大型引水式水电站为例开展模型试验研究,分析了纵断面流速分布和河床泥沙冲淤分布,重点对比了不同工况下口门断面的流速分布情况。结果表明,来流量较小时,河道内横向流速分布较均匀,距离进水口越远的纵断面纵向流速下降速度越快,来流量较大时则相反;来流量越小,口门断面水流流速分布越均匀相似;水位越低,口门断面流速峰值位置越靠近下游;拦沙坎前泥沙淤积位置与口门断面流速峰值位置一致,越过拦沙坎的泥沙会被水流挟带至进水口上游侧平台前;在实际工程中,河道地形会对进水口区域水沙运动过程产生较大的影响。本研究成果可为类似工程规划设计提供参考。

泥沙云团运动特性对初始投放条件的响应研究

基于CFD-DEM耦合方法并依据沙水同轴射流实验建立泥沙云团水下运动模型,研究0.25 mm、0.50 mm和0.75 mm等3种粒径泥沙云团的水下运动特性,以及水沙中心速度对圆形、同轴环形、正方形和三角形等4种形状投放口的响应情况。研究结果表明:抛投泥沙入水后形成的泥沙云团由泥沙相为主的球形前锋和以液相为主的云团尾部组成,触底后云团的几何形态表现为稳态的泥沙射流;云团运动初始阶段水流截面形状与投放口形状保持一致,在沉降过程中逐步扩展并转化为圆形,云团沉降扩散过程中的运动形态与泥沙颗粒的粒径直接相关;投放口形状对云团中心速度的影响范围约为等面积圆形投放口内径的7倍,在此区域内非圆形截面投放口投放的泥沙云团中心速度快,但速度衰减率高。