3D打印技术在复杂零部件制造中的应用

文章围绕3D打印技术在复杂零部件制造中的应用展开研究,首先阐述3D打印技术的原理和分类,其次分析该技术在模具设计、造型设计、结构设计和产品装配方面的应用,最后阐述应用3D打印技术制造复杂零部件的工艺流程。

变分量子线性求解算法在高速飞行器定常绕流数值模拟中的应用

CFD方法在用于三维大规模复杂流动的空气动力学数值模拟时,面临着计算成本高、模拟时间长等瓶颈问题。近年来,量子计算为航空航天CFD领域带来了新的解决思路,通过利用量子比特的叠加态和纠缠特性,理论上相比于经典计算机能够实现对数级的存储缩减和指数级的效率加速,在处理大规模空气动力学模拟等任务上具有巨大的潜力。聚焦于量子计算技术在航空航天CFD领域的应用探索,针对高速定常流动问题,采用变分量子线性求解器(variational quantum linear solver,VQLS)辅助求解CFD时间离散环节得到的高维线性方程组,进而发展了可以在含噪声中等规模量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)器件上实现的VQLS-CFD耦合方法。通过三维双椭球模型和探测器火星科学实验室模型的超声速数值模拟测试,验证了VQLS-CFD耦合方法可以实现大规模复杂流动的鲁棒及准确模拟,并产生与试验数据吻合度较高的计算结果,最终获得高可信度的气动预测结果。然而,介绍的量子计算流体力学(quantum computational fluid dynamics,QCFD)方法在计算效率方面尚未达到真正意义上的加速效果,这一现象的突破将依赖量子计算机硬件的持续发展与QCFD算法的不断优化与成熟。

汽轮机低压排汽系统气动性能分析

本文描述了来流条件和几何形状对大功率汽轮机低压排汽系统内部复杂三维流动的影响,研究了均匀和畸变两种来流条件下某排汽系统的气动性能;根据实际运行环境下高性能透平排汽系统的气动设计原则设计了新的排汽系统,用数值模拟的方法对新设计进行了气动性能分析并与原设计进行了对比。

燃气轮机进气道内部复杂三维流动研究

本文采用高分辨率多块多网格方法,数值研究工业燃气轮机非轴对称进气道内部的复杂三维流动。文中描述了所采用的数值方法,给出了进气道内部流场的细节,分析了进气道出口流场的非轴对称情况。

基于方差最小化原理的三维匹配数学建模与误差分析

三维匹配是复杂曲面零件加工余量分配与轮廓误差评估的基础,现有方法难以克服固有测量缺陷(测点分布不均、密度不均、局部缺失等)对匹配精度的影响。提出一种基于方差最小化原理的三维匹配数学建模与计算方法,可线性求解运动变量,具有二次收敛性;研究方差最小化匹配与传统TDM(Tangent distance minimization)匹配的等效条件,推导匹配参数误差和测点位置误差的定量表示;以叶片机器人磨抛视觉定位、螺旋桨桨叶加工余量分配、曲轴轮廓检测等为例验证所提方法,试验表明方差最小化方法可解决匹配目标函数倾向于满足高密度测点或噪音点平方距离最小化问题。

多排叶片内部流动以及叶片排与排气系统相互作用研究

本文采用高分辨率格式和多块多网格方法求解雷诺平均Navier-Stokes方程,数值模拟多排叶片内的三维粘性流动;使用数值激盘模拟叶片排的存在,研究叶片排与非轴对称排气部件之间的相互作用以及复杂的内部流动。文中描述了数值方法,给出了NASA透平导叶和单级透平内部流场的数值结果及其与相应实验结果的对比,也给出了多级透平内部流场的数值结果,以及透平与排气部件之间的耦合流场的结果。

复杂约束三维功能梯度输流管道稳定性和临界流速分析

针对输流管道在恶劣的动力学环境所受到多方向载荷所引起的管道结构失效或破坏等问题,提出一种新型三维功能梯度材料构造输流管道来提升管道的载荷忍耐力。基于欧拉伯努利梁理论,考虑流体和管道的耦合关系,利用哈密顿变分原理建立复杂约束下三维功能梯度输流管道的运动微分方程。利用微分求积法求解,分析流体流速提升所引起的三维功能梯度输流管道振动的固有频率变化,当第一阶固有频率首次降低为0系统失稳,所对应的流体流速被确定为系统的临界流速。研究复杂约束线性和扭转弹簧刚度、轴向、径向和环向功能梯度指数等物理参数对输流管道振动频率和临界流速的影响。研究结果表明:当流速较小时,增加轴向功能梯度指数和降低径向和环向功能梯度指数会降低系统的基频和提高系统的临界流速;而当流速较大时,系统的基频随着三维功能梯度指数的变化会展现相反的趋势。增大三维功能梯度指数能降低系统的第二阶固有频率。这说明通过调节复杂约束和三维功能梯度参数能够实现对输流管道稳定性的调控。