液压滑阀阀芯温度场的流-固-热耦合研究

针对液压滑阀在中高压系统的使用过程中,黏性热效应使得油流温升显著,阀芯受热膨胀而出现磨损甚至卡紧,导致液压滑阀失效的现象,建立了液压滑阀的计算流体力学三维模型,从不同开口度、不同槽口深度和宽度三方面进行流场和温度场的耦合分析,得到液压滑阀的最高流速和最高温度大小和区域的分布情况,以及阀芯和阀套的径向变形量,为液压滑阀卡紧机理分析提供了强有力的支撑和参考。

基于FSI的U型节流阀油流粘性热效应分析

在中高压液压系统的使用过程中,液压滑阀经常出现阀芯移动操作困难和阀芯磨损,甚至造成阀芯和阀套间卡死的现象,这是因为液压滑阀因节流产生的粘性加热使油流温升显著,阀芯阀套受热膨胀不同,从而减小了阀套与阀芯间的配合间隙。针对这一现象建立了计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)三维模型和稳态传热有限元模型(Finite element analysis,FEA),并利用流固耦合(Fluid-solid interaction,FSI)计算了U型节流阀在不同工作压力下,不同节流槽口宽度和深度,以及不同开口度的速度场和阀芯表面温度场,并对计算结果进行了分析,得出阀芯在各种情况下的最高温度和最大变形量的变化趋势。

液压滑阀U型节流槽速度场的CFD解析

针对液压滑阀内部结构的复杂性,以及各参数对液压滑阀流场影响的不确定性,建立了U型节流槽液压滑阀计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)三维模型,分别从阀口开度、槽口深度和工作压差3个方面对该模型进行分析,得出液压油速度场分布以及高速射流区域的形状和大小的变化趋势,计算结果以可视的图形图像形式给出。

基于FSI的液压滑阀阀芯稳态热分析

针对液压滑阀在中高压系统中,粘性加热使油流温升显著,阀芯受热膨胀,发生磨损甚至卡紧的现象,该文建立了液压滑阀的计算机流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)三维模型和稳态传热有限元模型(Finite Element Analysis,FEA),利用流固耦合(Fluid-Solid Interaction,FSI)计算了阀芯在不同开口度下的速度、阀芯温度和阀芯热变形量,分析阀芯在不同开口度下的最高温度和最大变形量的变化趋势,为液压滑阀的设计提供一定的参考意义。

基于CFD的液压滑阀阀芯表面热效应分析

在中高压系统中,液压滑阀会出现表面磨损甚至阀芯阀套卡紧的现象,针对此问题,建立了液压滑阀的计算机流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)三维模型和稳态传热有限元模型(Finite Element Analysis,FEA),利用流固耦合(Fluid-Solid Interaction,FSI)方法,分析了黏性加热使油流温升显著导致阀芯受热膨胀的现象,得到阀芯在不同开口度和不同工作压力下的速度和阀芯温度分布,同时得到阀芯在流场温度和压力共同作用下的应力应变分析,为液压滑阀的设计提供了参考。

液动力对锥阀振动特性的影响

针对实际工程中锥阀经常出现振动、噪声等现象,通过设计实验观察振动情况,发现锥阀的振动是规律的周期振动。将CFD的计算结果同系统动力学模型的参数结合起来,对可能引起锥阀振动的原因如稳态液动力和瞬态液动力进行仿真分析。结果表明:稳态液动力并非引起锥阀发生周期振动的原因,瞬态液动力才是锥阀产生周期振动的原因。

基于宽容分层序列法的机载控制台拓扑优化设计

基于拓扑优化的宽容分层序列法理论,在Hyper Work软件平台对机载控制台下台体进行概念设计阶段的拓扑优化。以下台体刚度最大为优化目标,以单元密度为设计变量,体积分数为约束条件进行拓扑优化获得初步结果,然后增加设计宽容值重新建立拓扑优化设计空间,并以下台体第1阶频率为优化目标,以体积分数和频率响应位移作为约束条件进行第2次拓扑优化。经过多目标拓扑优化所得模型,材料密度分布均匀,拓扑结构清晰。局部调整拓扑优化布局结果并采用参数化建模技术获得控制台台架的概念设计模型,为后续机载控制台的结构灵敏度分析提供依据。

拓扑优化机载控制台的整机随机振动分析与试验

机载控制台是飞机电子设备的重要组成部分,随机振动是使其结构失效的主要因素。基于ANSYS Workbench软件平台对某机载控制台所处的实际工作环境进行随机振动模拟分析,分别获得了传统设计、拓扑优化设计下控制台整机方向的位移、等效应力云图;对拓扑优化控制台进行随机振动可靠性试验,获得了某特征点的随机振动加速度响应曲线。模拟分析和实际可靠性测试结果表明:拓扑优化控制台结构刚度大、动态性能好,满足强度要求,结构设计合理、可靠;所建立的有限元分析模型是合理的,所获得的仿真结果是可信的。这为机载设备的设计提供理论参考。

锥阀芯稳态液动力补偿研究

溢流阀主阀芯的稳态液动力使溢流阀存在较大的调压偏差,降低了其静态性能指标。采用在溢流阀主阀芯(锥阀芯)上加突缘结构来补偿稳态液动力。采用CFD工具对主阀口流场进行仿真,研究突缘结构尺寸、位置及阀芯锥角对主阀芯稳态液动力补偿的影响。结果表明:突缘结构能实现阀芯液动力补偿,但随着阀芯开口量的增加,补偿会由欠补偿变为过补偿;当突缘长度为0.5 mm、距离阀座为1 mm时,液动力补偿效果最好。

流体静压机械密封动力学性能分析

机械密封动力学性能对密封系统稳定性有很大的影响,微小的振动会导致密封泄漏量增加和端面磨损加剧。根据机械动力学基本原理,建立了流体静压机械密封轴向、角向振动的动力学耦合方程,并通过简化将其转化成相互独立的单自由度二阶微分方程。结合辅助密封圈的动态参数求解方法,通过MATLAB编程求出系统在内部微小扰动作用下,密封环在轴向和角向的动态响应曲线。分析表明,综合考虑振荡频率和振动幅度等因素,端面锥角保持在大于或等于2’的附近范围内,转折半径保持在大于或等于130mm的附近范围内,密封系统能够保持较好的稳定性。

压裂泵柱塞密封的改进设计

压裂泵柱塞密封性能好坏与使用寿命的长短直接影响压裂酸化作业的正常实施,密封不良将带来很大的维护工作量。为适应油气井增产的需要,对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封的结构特点进行了分析,并结合生产和应用实际分析了柱塞密封失效和泄漏的原因,提出了一种油田压裂用柱塞密封的结构改造方案,即通过提高柱塞表面质量,优选密封圈材质,改进密封圈的结构,增加擦拭环,保证柱塞往复运动时与缸套的同轴度,可以提高摩擦副的密封效果和延长柱塞密封的使用寿命。柱塞密封结构改造后,柱塞寿命提高到15个月,密封圈寿命延长了2倍。

钻井振动筛固相颗粒运动规律

固相颗粒的运动规律对钻井振动筛的处理量有很大的影响。用固液两相流动理论和紊流理论研究了固相颗粒在淹没状态下的悬浮运动和推移运动规律;建立了钻井液悬浮粒度的计算公式;讨论了固相颗粒实现抛掷运动和悬浮运动的条件,并对起跳后的固相颗粒在钻井液中的运动情况进行了分析。实例计算表明,钻井液沿筛面流动时,沿程各断面处所能悬浮颗粒的粒度是有限的。那些小于悬浮粒度的固相颗粒,将在紊流垂直脉动速度的作用下,作悬浮运动;而那些大于悬浮粒度的固相颗粒,将沉降在筛面上,然后随液流以滑动、滚动及抛掷跳跃的形式运动;且作抛掷跳跃运动的颗粒跳不出钻井液层。固相颗粒的悬浮运动和推移运动,有利于钻井液透过筛网,从而提高筛网处理液相的能力。

无压力超调溢流阀的静压力性能仿真

基于无压力超调溢流阀的工作原理,建立了溢流阀的压力静态性能数学模型。从理论上分析了相关参数对溢流阀静压力性能的影响。利用AMESim对无压力超调溢流阀的压力静态性能进行分析。结果表明:适当增大主阀座直径和主阀芯锥角,减少主阀主阻尼孔和先导阀阻尼孔直径,有利于提高溢流阀的静态压力性能。

基于流固热耦合的滑阀温度特性研究

针对中高压系统中,滑阀阀芯、阀套(或阀体)间配合间隙较小,且在使用过程中常出现卡紧现象,建立了液压滑阀的计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)三维模型和稳态传热模型(FEA)。利用流固热耦合方法,分析黏性加热效应使油液温度升高导致阀芯变形的现象,得出阀芯在不同开口度和不同阀芯材料下的阀芯温度场分布与变形情况,为液压滑阀的设计计算提供了参考。

核主泵流体静压机械密封端面流场性能分析

根据流体力学基本原理,考虑密封环的运动,建立静压机械密封端面流场的Reynolds方程,分析流场流动类型,建立液膜径向压力、液膜刚度、阻尼的表达式,分析结构参数对液膜压力、液膜刚度和阻尼的影响,利用最小二乘法得到稳定状态下液膜压力沿径向的分布曲线。通过MATLAB编程计算得到液膜刚度和阻尼随端面锥角和转折半径的变化曲线。结果表明：刚度随着转折半径的增大而减小,随着端面锥角的增大而减小;阻尼随着转折半径的增大而增大,随着端面锥角的增大而减小。端面锥角值应该在2’附近取值,转折半径应在130~140 mm之间取值。

虚拟样机技术在振动筛动力学分析中的应用

建立了双轴激振自同步振动筛的力学模型,并利用Pro/Mechanica软件的虚拟样机技术对其动力学特性进行了分析,同时仿真分析了各项参数对其振动的影响,对于合理选择振动筛的各项参数具有理论性的指导意义。

复合轨迹振动筛的工作原理及计算机模拟

为了提高钻井液振动筛的工作效率,设计了一种复合轨迹振动筛。根据钻井液振动筛动力学的基本原理,分析了该筛的工作原理,并采用计算机模拟对其筛面运动进行分析。模拟计算结果表明筛面上各点可实现不同的直线运动轨迹,且在筛箱入口端有较大的抛掷指数,以加速钻井液中固相和液相的分离,在出口端有较大的输送速度,以加速把固相岩屑输送出筛面,防止固相岩屑透筛。该筛可提高振动筛钻井液的处理能力和分离效果;设计时激振力作用线应向筛箱入口端移动,且不能超过极限位置,同时,激振力作用线不能向筛箱出口端移动。

基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化

机载控制台杆件较多,结构复杂,尺寸优化过程中设计变量较多,在尺寸优化前必须对其进行灵敏度分析。以多目标拓扑优化后的某机载控制台下台体为研究对象;以下台体各构件的厚度尺寸作为设计变量;以质量为约束条件;以第一、第二阶固有频率作为优化目标进行灵敏度分析。获得了下台体第一、第二阶模态频率及质量对杆件厚度的灵敏度变化情况及第一、第二阶固有频率相对于质量的灵敏度值。以下台体质量作为优化目标函数;结构第一、第二阶模态频率作为约束条件;选择第一、第二阶模态频率对质量的灵敏度绝对值较大的杆件厚度尺寸作为设计变量进行尺寸优化。分析结果表明,尺寸优化后结构的低阶固有频率明显提高,质量稍有减少,具有较好的动态性能。为下台体结构尺寸的确定提供依据。

钻井液振动筛动态特性分析及动态强度校核

用Pro/MECHANICA软件对SDZS钻井液振动筛筛箱的动态特性作分析研究,获得了筛箱低阶固有频率与模态振型,找出了筛箱在额定载荷作用下各部位的动态应力分布规律,并对筛箱的动态强度进行了校核。分析结果表明,筛箱的结构设计合理,且在设计工况下,动态强度满足要求。所获筛箱低阶固有频率与模态振型,为该筛的改进设计及后续筛箱动态强度的试验研究提供必要的依据。

机械类硕士生有限元法课程教学方法研究

有限元法已广泛应用于工程实际的各领域中,已成为强有力的数值计算工具。本文结合笔者在实践教学中的经验和思考,从教学目的、教学模式和教学内容的选择、教学方法的改进以及考核方式等方面进行了探讨和总结,着力增强学生学习有限元法课程的兴趣,提高教学效果,培养采用有限元法解决实际工程设计问题的能力。