基于Newton-Raphson迭代的动压气体止推箔片轴承特性研究

以波箔型气体止推箔片轴承为研究对象,给出一种快速收敛的静特性数值求解方法,结合Newton-Raphson迭代法和有限差分法,耦合求解Reynolds方程和润滑膜厚度方程,研究气体止推箔片轴承的静态性能,分析结构参数对气体止推箔片轴承轴向承载力、黏性摩擦力矩的影响规律。建立转子止推盘倾斜的润滑膜厚度方程,求解获得轴承压力分布规律,分析转子止推盘倾斜对气体止推箔片轴承静态性能的影响。结果表明:采用基于NewtonRaphson迭代的数值求解方法收敛速度较快;气体止推箔片轴承的轴向承载力和黏性摩擦力矩均随箔片变形刚度的增大而增大;止推盘倾斜时气体止推箔片轴承的静态性能增大,且倾斜角度越大静态特性结果也越大。

具有Friction边界条件的Navier-Stokes方程的两重牛顿校正算法

基于压力投影稳定有限元方法,给出一个求解具有Friction边界条件的Navier-Stokes方程的两重牛顿校正算法.从获得的误差估计可以看出,如果细网格尺度满足4h O(H),那么该两重牛顿校正算法与一重稳定有限元方法具有相同的收敛阶.与有关文献相比,该算法的计算效率更高.

EFFECT OF VISCOSITY OF LUBRICANT IN FRICTION

The movement of lubricated fibres in a fibre assembly is investigated theoretically and aviscous sliding model of friction is proposed.Previous work and experimental results are discussedin relation to the model.Results of drawing experiments carried out on wool slivers are also pres-ented and discussed.

结构参数影响的角接触球轴承接触特性及生热分析

为了预测不同工况下主轴轴承的生热量,课题组基于轴承准静态模型和局部法生热模型,提出了一种考虑结构参数影响下的角接触球轴承生热量预测方法。依据Jones滚道控制理论,确定了轴承接触角和接触载荷参数求解方法;采用Newton-Raphson迭代算法,计算了变转速、变外部载荷和变结构参数影响下的角接触球轴承接触参数和生热量。仿真预测结果表明结构参数对轴承接触参数和生热量影响比较显著。利用结构参数的影响规律,为复杂工况下的轴承设计优化和热优化提供了参考。

稀薄条件下平板间润滑气膜内速度滑移现象分析

空气静压导轨润滑气膜工作在微米级时,内部气流受稀薄效应影响,沿流动方向压力和流速的变化规律与宏观计算所得差异较大。在气膜高度方向上,由于特征尺度减小,气体分子间作用效果加剧,传统忽略垂直方向压力梯度变化的假设不再成立,气膜内部不仅呈现较明显的分层趋势,并且速度滑移现象越发显著。通过LAMMPS(大规模原子分子并行模拟器)、LBM(离散格子玻尔兹曼方法)和Fluent等方法模拟气膜支撑区气体流态并计算其流速和压力,得出了相关结论:润滑气膜内沿气体流动方向分为压力驱动区和牛顿摩擦区,沿高度方向分为近壁层、稀薄层、连续流层,速度滑移主要发生在压力驱动区的近壁层和稀薄层。气膜分层及速度滑移现象存在于压力驱动区和牛顿摩擦区;压力驱动区的气膜分层及速度滑移随气体流速的增加而增强,牛顿摩擦区的气膜分层逐渐弱化,速度滑移现象逐渐退化为近壁面边界层。

非机动车道对机动车道干扰的流体内摩擦模型

根据车流性质 ,引入流体力学中的动力粘度概念 ,由牛顿内摩擦定律建模 ,推导出机动车道上车辆在具体运动条件下运动特性的变化 ,对非机动车道对机动车道干扰这一复杂现象进行了量化。最后利用实际调查数据标定车流的动力粘度 ,由模型反推的结果与实际值基本相符。

圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究

传统的被动行走器动力学研究方法是将被动行走器模型视为双足轮流铰接于地面(或纯滚动)的倒立摆模型,并应用角动量守恒假设计算支撑腿转换时足地碰撞后的系统运动状态.但该方法不能分析足地之间的滑动现象、足地之间的非完全塑性碰撞现象和两足同时着地的情况.采用基于线性互补的非光滑动力学方法,给出了一种基于中点格式积分一步的时间步进方法,可以有效地分析足地间的摩擦和碰撞现象,应用该方法对被动行走器进行数值仿真,发现了两种新的周期性步态,一种是带摩擦滑动现象的步态,另一种是支撑足转换时发生多次碰撞现象的步态,数值仿真结果还表明,较大的摩擦系数和较小的法向恢复系数更有利于被动行走器实现稳定周期步态行走.

底部钻具组合的二重非线性有限元分析

本文将弯曲井眼中的底部钻具组合(英文名称为Bottom Hole Assembly，简称BHA)作为空间梁来处理，在考虑几何非线性因素的基础上，导出了相应的有限元切向刚度矩阵。然后，利用“施加”与“放松”约束的方法处理了钻柱与井壁之间的接触非线性问题，并且考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上，建立了对大曲率弯曲井眼中的钻柱进行二重非线性有限元分析的基本方程，以及相应的牛顿－拉斐逊迭代求解技术。最后，通过数值算例和工程算例证明了本文方法的可靠性，所得结果为大曲率井眼轨迹控制提供了参考依据。

考虑关节摩擦效应的并联机构动力学分析

分析了一种4-SPS/CU并联机构的运动学,将该机构的关节摩擦力视为非保守力。定量分析关节摩擦力对该机构动力学特性的影响,关键在于求出关节摩擦力对应的正压力。为了简化其动力学模型,将该机构驱动支链作为整体分析使其驱动力和驱动摩擦力视为内力,首先考虑该机构的恰约束从动关节的摩擦力,再以'库伦+粘性'摩擦模型为基础,利用牛顿-欧拉法分别对该机构的驱动支链、恰约束从动支链与上平台建立了含摩擦的动力学模型。在已知上平台运动轨迹的情况下,通过该动力学方程得到了该机构的关节约束反力/力矩。基于驱动支链正压力与各关节约束反力/力矩之间的关系,导出了该机构的驱动摩擦力模型,并成功地将驱动摩擦力引入到该机构的动力学模型中。为对该动力学模型进行有效的仿真计算,制定了其数值仿真迭代过程。仿真结果说明关节摩擦力的存在对该机构的驱动力产生显著的影响。

稀薄条件下空气静压导轨膜内气体流态分析

基于空气静压导轨气膜支撑区气体分子运动和碰撞规律,提出气膜分层理论,沿气膜高度方向将气膜划分为近壁层、稀薄层、连续流层,提出划分稀薄层和连续流层的依据,建立物理模型并提出相应控制方程。基于空气静压导轨气膜压力递减及气体流速变化规律,将气膜沿长度方向划分为压力驱动区和牛顿摩擦区。通过LAMMPS和FLUENT等仿真气膜支撑区气体流态并计算其流速和压力,得出了相关结论:气膜沿长度方向分为压力驱动区和牛顿摩擦区,沿高度方向分为近壁层、稀薄层、连续流层;气膜分层存在于压力驱动区和牛顿牛顿摩擦区;压力驱动区的气膜分层随气体流速的减小而变弱,牛顿摩擦区的气膜分层保持稳定。

非牛顿原油层流埋地热油管道沿线温度的确定

原油在管道流动过程中,摩擦力做的功转化为摩擦热,引起原油温度升高.根据流体热力学原理,建立了摩擦热影响下的非牛顿原油层流热力学模型,给出了埋地热油管道沿线温度的数值计算方法,确定了原油管道沿线温度.结果表明:当原油处于非牛顿层流状态时,摩擦热的影响不可忽略.

界面滑移对滑动轴承摩擦阻力的影响

针对滑移的不同情况,将界面滑移分为无滑移、仅上边界滑移、仅下边界滑移和两边界均滑移4种类型,以力学平衡方程和Newton黏性流体力学公式为基础,基于楔形油膜模型,建立界面滑移状态下滑动轴承摩擦阻力计算模型,探究不同界面滑移时影响滑动轴承摩擦阻力的敏感参数,并借助有限元软件分析不同滑移情况下界面滑移对摩擦阻力的影响规律。结果表明:轴承的摩擦阻力主要由轴颈线速度、油膜滑移比、进出油口的压力、油膜厚度和承载力决定,油膜上、下表面均发生滑移时的摩擦阻力明显低于无滑移时的摩擦阻力。

考虑关节摩擦的3SPS+1PS并联机构显式动力学建模研究

显式动力学模型是并联机构控制器设计的基础,由于并联机构的闭环结构特点,导致其显式动力学建模过程通常比较复杂。为了避免动力学建模过程中繁琐的求导过程,考虑关节摩擦并基于牛顿-欧拉法对3SPS+1PS并联机构的显示动力学模型进行了研究。在并联机构运动学及受力分析的基础上,建立其具有一般形式的动力学模型,选取动平台上球铰链所在位置点的运动学参数作为中间变量,并将其表示为各运动参数的函数,通过参数替换,最终得到包含人工髋关节、推力球轴承、球铰链及电动缸等处摩擦且具有显式形式的动力学模型。将所建立并联机构动力学模型的数值仿真结果与实测结果进行对比分析,验证了所建立模型的有效性。得到的动力学模型可用于并联机构的动力学控制器设计及摩擦补偿控制研究,所使用的方法同样适用于其他构型并联机构的显式动力学建模。

基于粒子群算法的油田注水管网摩阻系数反演

注水管网运行多年后,管网内部摩阻系数与原始设计摩阻系数有较大差别,导致计算结果与实际结果不一致。由于在生产中不能对其直接测量,通过模糊聚类方法建立了部分压力未知情况下油田注水管网模型,针对油田注水管网节点压力部分未知情况下管元摩阻系数的反演求解,分别建立了注水管网节点压力仿真数学模型和管元摩阻系数反演的最优化数学模型。通过拟牛顿法对节点压力仿真和粒子群算法对管元摩阻系数反演相结合,对节点压力部分未知的理想管网管元摩阻系数反演,实现了管元摩阻系数部分精确求解和部分预估求解。实例计算结果表明,管网水力计算结果与测试结果误差较小。研究结果可在生产实践中为管网的进一步分析提供指导。

基于粘度影响的稀薄效应下壁面速度滑移的数学建模

以气膜分层理论为基础,根据近壁层、稀薄层、连续流层内分子运动形式,结合层内黏度的变化特征,建立壁面滑移模型,并给出相应的数学表达式。通过LAMMPS和2DMD数值分析的方法,结合实验测试结果发现:在稀薄层内,沿竖直方向的速度呈线性变化,越靠近壁面,速度越小;在近壁层内,由于分子与壁面的摩擦使得近壁层分子速度骤减;在连续流层内,气体分子做全滑移运动;此外,温度越高,黏度越小,速度滑移越大,近壁层与稀薄层速度差值越大。温度一定时,无量纲滑移长度和Kn数成线性关系。

带限位装置的摩擦隔震结构动力特性分析

提出了一种新型基础隔震模型 ,即带限位装置的摩擦隔震系统 (S- L F) ;基于此隔震模型 ,利用 FGN法 ,并结合 Floquet理论研究了地面谐运动下 S- L F的主谐、次谐运动特性 ;通过与纯摩擦滑移隔震系统 (P- F)和恢复力摩擦隔震系统 (R- FBI)的比较表明 ,S- LF的隔震性能优于 P- F和 R-

突然起动无限长平板的流场动量输运分析

以修正的牛顿内摩擦定律为基础,建立了瞬态动量方程. 用拉普拉斯变换法对无限长平板突然起动的动态流场进行了求解,求得瞬态过程的动量、动量流分布函数. 结果表明了速度、动量流输运的波动机制.

粘-滑比对干摩擦约束结构动态响应的影响

用AFT(Alternated Frequency/Time)方法计算了受干摩擦约束系统稳态响应,进而计算了干摩擦能耗及干摩擦触点的粘滞-滑移状态。结果表明:干摩擦能耗最大值对应的结构稳态振幅没有达到最小。而应用干摩擦触点粘-滑比率来衡量干摩擦约束结构的减振性能是一种更有效的方法。最后,分析了结构内阻对选择粘-滑比率的影响。

“摩擦力是相互作用力”的简捷演示方案

设计了两种简捷演示静摩擦力是一对作用力和反作用力的实验方案．

CO_2涡旋压缩机动力学特性的研究

通过对动盘和十字滑环所构成的力系进行分析,建立了CO2涡旋压缩机样机的动力学模型,并采用全局牛顿法进行数值求解。在三种压缩机转速下,计算了十字滑环和曲柄销受力随主轴转角的变化规律,并给出了主要运动部件的摩擦功耗随主轴转角的变化规律。结果表明:随着转速的提高,十字滑环受到的最大作用力分别为:21.07N,25.71N和30.81N,曲柄销受到的最大作用力分别为899.89N,1045.34N和1133.51N,主轴承的耗功百分比增加。在所计算的工况范围内,动静盘间的耗功是最大的机械摩擦损失来源,占到了总摩擦损失的45%左右,其次是主轴承耗功,占到了总摩擦损失的33%左右,十字滑环的耗功所占比例非常小,仅为0.23%左右。