Numerical simulation on impact-contact between the tips of a pair of blades

To study the dynamic characteristics and damping mechanism of impact-contact between the tips of blades further more,the impact-contact between the tips of a pair of blades was studied through numerical simulation.In this paper,the dynamic equation of contact-impact between the tips was established and Newmark direct integration method was adopted in numerical simulation.The nonlinear response characteristics and damping mechanism of impact-contact system are obtained.The results of numerical simulation were obtained as follows:As the clearance between blade shrouds is smaller,the vibration amplitude is smaller.The clearance between blade shrouds has a great influence on the input energy of the aerodynamic-excitation-vibration force.As the clearance of blade shrouds increases,the input energy of the aerodynamic-excitation-vibration force increases rapidly.

REDUCED AUGMENTED LAGRANGIAN BI-CONJUGATE GRADIENT METHOD FOR IMPACT-CONTACT PROBLEMS

To avoid the numerical oscillation of the penalty method andnon-compatibility with ex- plicit operators of conventional Lagrangemultiplier methods used in transient contact problems to en- forcesurface contact conditions, a new approach to enforcing surfacecontact constraints for the tran- sient nonlinear finite elementproblems, referred to as 'the reduced augmented Lagrangianbi-conjugate gradient method (ALCG)', is developed in this paper.Based on the nonlinear constrained optimization theory and iscompatible with the explicit time integration scheme, this approachcan also be used in implicit scheme naturally.

渐开线变齿厚齿轮啮合冲击分析

基于弹性接触动力学理论和齿轮传动物理模型,对渐开线变齿厚齿轮啮合冲击问题进行了分析,建立了变齿厚齿轮全齿啮合接触冲击模型.通过模拟轮齿啮合接触状态,对轮齿啮合区域展开了讨论,利用LS-DYNA软件进行接触碰撞分析,分别研究了冲击合力和冲击应力随转速和冲击位置的变化规律.结果表明:转速和冲击位置对冲击合力和冲击应力影响显著,且冲击最大应力主要集中在齿顶和轮齿的大小端附近;转速越大,轮齿受载面与非受载面之间的冲击应力相差越大.

空间连杆引纬机构的刚柔耦合磨损分析

为准确预测空间连杆引纬机构间隙磨损机制,通过结合Lankarani-Nikravesh与Bai碰撞力模型,建立可变刚度与阻尼系数非连续接触碰撞力模型,采用改进的Coulomb摩擦力模型描述含间隙机构旋转铰的切向摩擦力,通过Lagrange方法对系统动力学建模;其次选取空间连杆为柔性化对象,综合Ansys与Adams分析,对空间连杆引纬机构进行刚柔耦合动力学仿真;最后将系统的动态仿真响应结果与Archard模型相结合,求解运动副磨损情况。结果表明:柔性构件可以有效缓解机构间隙碰撞的冲击作用,间隙为0.15 mm条件下,剑头加速度振荡最大幅值缩减53.2%;当间隙升至0.5 mm后,虽磨损范围大幅增加,但间隙磨损深度并未随之大幅提升。

滚动球轴承局部故障引起滚珠负载振荡性分析

为深入剖析滚动球轴承局部故障对轴承整体振动特性的影响,利用Hertz接触理论构建了转子偏心力激励下的球轴承-转子系统动力学数字仿真模型,并结合深沟球轴承外圈、内圈、滚珠的局部故障引起的轴承间隙变化,推演了滚珠与各类故障区域间的冲击激励响应方程。在此基础上通过分析单点损伤引起的滚珠内部接触负载变化,揭示了单个滚珠接触应力对相邻滚子负载与系统整体振动特性的影响规律。通过分析轴承转动过程中有效承载滚珠个数的变化情况,建立了的滚珠负载占比时间对故障冲击振荡幅值的影响关系。分析结果表明,滚珠与故障区域的接触分离会使其负载发生振荡,且各故障状态下的振荡频率都为系统共振频率;在2个等效承载滚珠上的运转时间占比越大,故障冲击振荡的强度越大;各类型早期故障状态下的Poincaré映射点的保持在相同幅值附近;当局部故障程度增大到一定程度时,系统振动混沌特性增强,振动幅值相应增大。

半刀宽插铣冲击力有限元分析与实验研究

半刀宽插铣是一种常见的型腔加工方式,在顺铣切入和逆铣切出时由于刀—屑接触宽度突变会产生较大冲击,严重影响刀具使用寿命。通过有限元计算与实验相结合的方式,对半刀宽逆铣加工中的冲击力学行为进行研究。以40Cr合金钢为研究对象,建立半刀宽逆铣有限元计算模型,根据加工中刀—屑接触宽度与切削力的变化特点,以刀—屑接触宽度发生突变对应时刻的切向力表征冲击力,采用极差分析法与单因素分析法研究各切削参数对刀具冲击力的影响规律,并通过实验验证了模型的有效性。实验结果表明,仿真与实验冲击力的相对误差在10%以内,证明该有限元模型可用于半刀宽插铣冲击力预测和切削参数优化;冲击力与插铣步距和每齿进给量成正比,随着切削速度的增加,冲击力先增加后减小。

不同缓冲性能乒乓球鞋对人体下肢落地冲击力的影响研究

为分析不同缓冲性能的乒乓球鞋在剧烈运动落地时对人体下肢冲击力的影响,选择20位乒乓球运动员为研究对象,通过比较研究对象在疲劳干预后穿着不同缓冲性能的乒乓球鞋从50cm高处落地时的下肢冲击力、负载率等参数,从生物力学视角下对穿着乒乓球鞋从高处落地时人体下肢的冲击力影响进行分析。结果表明:良好的缓冲能够明显增强人体髋关节、膝关节或是踝关节落地角度变化量,显著增强人体下肢稳定性,但不能显著影响人体落地时踝关节处神经-肌肉的控制情况。

车辆在非光滑路面的接触动力学分析方法研究

车辆接触动力学研究有助于更加全面地了解整车力学性能,对整车稳定性和座舱舒适性设计具有指导性作用.文章基于非光滑多体系统理论,对车辆系统展开接触动力学研究.考虑到车辆在行驶过程中,轮胎是与地面接触的唯一部件,轮胎动力学模型对整车动力学分析发挥着重要的作用.首先,借助于张拉整体结构的思想,建立轮胎的等效模型.然后,采用拉格朗日乘子方法,将约束方程引入到拉格朗日函数中,并基于第二类拉格朗日方程,推导得到整车系统的一般动力学方程.由于接触碰撞的存在,会导致车辆的状态变量呈现出非连续性.利用牛顿碰撞定律,建立了碰撞响应的非光滑数学列式,并利用光滑化的Fischer-Burmeister函数将非光滑数学列式进行等效替换,以提高计算效率.其次,将摩擦响应的求解转化为优化问题进行描述,以避免求解摩擦方向时出现奇异.另外,将车辆系统的一般动力学模型分解为光滑部分与非光滑部分进行求解,并利用广义α离散策略给出了详细的求解流程.最后,对整车系统展开了多工况的接触碰撞数值仿真,分析了不同工况下的接触响应对整车动力学性能的影响,验证了所提方法的有效性.

液滴冲击过程动态接触角模型研究

基于计算流体力学(CFD)模拟液滴冲击壁面,对于理解液滴在固体壁面铺展的动力学行为有重要的意义,可以为超疏水结构设计及防除冰涂层开发提供技术支撑,其中的难点在于如何在模型中准确刻画接触线及动态接触角的演化过程.总结了四种典型的动态接触角模型,从理论上分析了其应用范围,借助FLUENT中的UDF功能,将动态接触角模型应用于壁面边界条件.首先对液滴冲击光滑壁面的动力学过程进行了数值模拟研究,通过定量分析液滴形态的各项参数变化并与实验结果对比表明,Seebergh动态接触角模型更适用于模拟低毛细数下液滴的运动,Kistler模型与Jiang模型应用范围更广并且可以较准确地描述高毛细数下液滴的运动.随后基于Kistler动态接触角模型,对液滴在微结构表面的冲击与铺展过程进行了仿真研究,发现应用动态接触角模型会导致液滴内部流场在表面张力起主导作用的阶段内发生变化,并且在平衡状态下液滴接触角的模拟值与理论值相近.

轮轨冲击对提速客车轴箱轴承系统的影响分析

将铁路车轮踏面扁疤运动模型模拟得到的冲击载荷引入双列圆柱滚子轴承轴箱系统力矩平衡模型,数值分析不同扁疤参数在铁路运行工况下导致的轴箱中组配的圆柱滚子轴承内部接触变形、偏转与局部极限接触应力的影响,进而评估轴箱中组配的圆柱滚子轴承系统的接触疲劳损坏与轮轨冲击接触的相关性,建议扁疤长度控制在40 mm以内。

双块式无砟轨道轨枕与道床板界面脱空损伤识别

为准确识别双块式无砟轨道轨枕与道床板连接面脱空损伤,建立了双块式无砟轨道冲击回波有限元模型,分析界面损伤对弹性波传播规律的影响。在室内浇筑含有不同损伤位置和不同损伤程度的混凝土复合试件,采用冲击回波法进行损伤识别。研究结果表明:脱空损伤会显著影响弹性波在界面处的传播,基于回波信号分析可识别损伤;弹性波频率主要受激振锤大小的影响,应结合结构易损位置和理论计算选取合适的激振锤;混凝土复合试件的试验厚度值与理论厚度值相差仅为1 cm,测试结果合理,可用于判断脱空损伤程度,但不能确定损伤区域;利用平面成像技术可准确识别轨枕与道床板界面脱空范围,为双块式无砟轨道结构养护维修提供一定参考,试验结果验证了冲击回波法用于双块式轨道层间脱空识别的可行性和合理性。

基于遗传算法的身管-弹丸接触碰撞网络模型优化研究

火炮作为一种复杂多体系统,是陆军核心火力支援装备.弹炮间隙引起的身管-弹丸接触碰撞现象,直接影响火炮系统射击精度.针对身管-弹丸复杂表面接触碰撞问题,传统的知识驱动建模策略难以较好地兼顾建模精度与预测效率.文章结合有限元数值模拟与人工神经网络方法,建立身管-弹丸接触碰撞神经网络模型,并开展模型综合性能评估:(1)建立身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞有限元弹塑性动力学模型,分析不同初始碰撞速度下各物理量变化规律,构建网络模型训练所需多工况样本集;(2)引入多样性评价指标,为全面综合的接触碰撞模型性能评估奠定基础;(3)考虑神经网络超参数设置对所建模型预测精度及稳定性的重要影响,采用遗传算法开展合理超参数设置研究,重点关注遗传算法相关参数设置对所建模型预测性能的影响.仿真结果表明:随着超参数优化方案的改进,所建身管-弹丸复杂表面接触碰撞神经网络模型的预测精度和稳定性显著提升,进一步验证了研究策略的有效性.

嵌入式轨道三维滚动接触模型冲击特性研究

嵌入式轨道在城市轨道交通领域得到广泛运用,在高速铁路方面,国内外也有少量的相关报道和理论研究。嵌入式轨道对减缓轮轨冲击有显著效果,其中焊接接头是引起轮轨冲击的重要原因之一,对于时速400公里以及更高运行速度的列车,焊接接头冲击激励引起的轮轨力变化十分显著,目前对于高速工况下嵌入式轨道的研究尚不充分。基于显式动力学有限元方法,采用三维高速轮轨瞬态滚动接触模型对轮轨冲击过程进行数值模拟,并探究时速400公里速度下的嵌入式轨道的冲击特性。得出以下结论:嵌入式轨道与扣件式轨道在受到不同波长冲击时均能够减小垂向轮轨力变化幅值,焊接接头波长越长,垂向轮轨冲击力越能快速趋于平缓;车轮在受到焊接接头长波冲击时,嵌入式轨道能明显降低纵向轮轨力。研究结果可为嵌入式轨道在高速铁路的运用提供参考。

微氧生化-生物接触氧化法对癸二酸废水的处理特性研究

癸二酸废水属于典型难降解工业废水,废水处理难度大,且富含的高硫酸盐极易被还原为硫化氢释放,导致环境污染。采用微氧生化-生物接触氧化工艺处理癸二酸废水,考察其对难降解工业废水的处理特性。结果表明,当进水负荷逐渐趋于稳定,在进水COD 4500~5500 mg/L、挥发酚150~200 mg/L的情况下,经微氧生化-生物接触氧化工艺处理后,出水COD<400 mg/L,挥发酚<0.5 mg/L。系统中出水硫化物质量浓度均低于0.2 mg/L,表明系统内不易产生H2S。在微氧段构建及启动阶段,伴随着DO升高,出水浊度不断降低;当整体工艺连续稳定运行时,系统除浊率保持在70%~90%之间,表明整体工艺对降低出水浊度有很好的效果。系统中MLSS 6000~8000 mg/L,SVI 100~150 mL/g,表明系统中污泥沉降性较好。系统运行稳定性评价表明系统具有较强的抗负荷冲击能力和耐盐度变化能力,可广泛应用于难降解工业废水的治理中。

基于多体动力学的风电机组偏航系统载荷响应分析

针对风力发电机组偏航系统在复杂载荷下的冲击激励响应研究仍处于起步阶段,为了辅助解决偏航系统在复杂激励下故障频发这一问题,提出了一种基于多体动力学的风电机组偏航系统载荷响应分析方法。首先,以停机时刻出现摇摆现象的某兆瓦级风电机组偏航系统为研究对象,建立了偏航系统多体动力学仿真模型,对风电机组偏航驱动在启停机、偏航过程中的载荷响应进行了分析;然后,根据现场建压站建压曲线和偏航驱动器的摆动方向,分析了造成偏航驱动在停机时刻摆动的原因;接着,采用动力学仿真分析的方法研究了偏航系统停机策略对螺栓所受拉力的影响,并在风场设置对照组进行了验证;最后,在偏航系统生产企业搭建了测试平台,开展了偏航系统测试,根据偏航过程中的扭矩波动幅值和周期,验证了偏航驱动模型的有效性。研究结果表明:摇摆问题的主要原因是偏航停机时刻的驱动组件与主机架结合面承受了过大的倾覆力矩,造成结合面上的螺栓承受了245.21 kN的拉力,超过了本身屈服强度的拉伸应力220.5 kN;对偏航控制策略进行了优化,将偏航液压刹车释放延时由1.5 s改为0.1 s,螺栓所受拉力降至220.48 kN;开展了偏航系统多体动力学仿真研究,为分析和解决偏航系统现场故障提供了数据支持,可有效提高偏航系统故障的解决效率。

人工种植牙邻接触丧失应对策略的专家共识

人工种植牙邻接触丧失(proximal contact loss,PCL)所引发的问题是近年研究热点,学者们一致致力于其原因和相关因素分析,旨在寻求解决与PCL相关问题的方案。前驱力作用、颌骨及牙槽窝等终身改建以及种植牙的骨整合特性是PCL的主要原因。一方面,下颌的闭口运动通过后牙牙尖产生了将牙齿往近中移位的前驱力,使上下颌后牙、下颌前牙近中漂移,同时,可使上下颌前牙唇向移位;另一方面,颌骨、牙槽窝、牙根的改建以及咀嚼肌的前向水平分力、下颌向前向上的动力分量以及牙尖斜面产生的向前分力使天然牙向近中漂移;此外,天然牙终身具备水平、垂直向移位以及旋转的能力,以适应口颌系统的改建和维持口腔的功能,而种植牙骨整合缺乏天然的牙周膜,缺乏近中漂移生理基础,垂直向平均动度微小,种植牙骨整合沉默性不具备天然牙整体漂移特点,增加了PCL发生的可能性。PCL高发生率与戴牙时间和近中位置有明显相关性,但也受咬合力大小、对颌牙状况、邻牙情况、修复方式、牙位、上下颌骨、年龄、性别等因素影响。PCL与食物嵌塞呈显著相关性,但并不一一对应,不满足充分必要条件。PCL也与种植体周病变以及龋齿等有关。PCL的预防包括知情同意、定期检查、固位方式选择、接触点增强、配戴保持器以及应用多用途数字化牙冠。PCL的处理包括邻接触点增补、正畸牵引以及咬合调整。现有方法可以短期解决食物嵌塞情况,综合干预以寻求稳定的远期效果。对称、平衡的考量将拓展处理有关PCL引发的问题。

不同变质程度煤体表面液滴铺展特性实验研究

为研究不同变质程度煤体表面液滴铺展特性,采用实验与数值计算相结合的方法,通过观察纯水液滴撞击煤体的动态铺展过程,探讨撞击高度对不同变质程度煤表面接触角及液滴铺展系数的影响,揭示不同变质程度煤体的润湿机理。测量4种不同煤质的静态接触角,实验结果表明:褐煤的润湿性最强,肥煤次之,无烟煤和焦煤的润湿性最差;观察纯水液滴碰撞不同煤样的动态变化发现,撞击高度与纯水液滴的铺展系数之间存在正相关关系;在相同高度下,纯水液滴铺展系数的变化均表现为先增大后降低再增大,最终趋于一个稳定状态。该研究结果可为矿井湿式除尘技术提供一定的理论参考。

液滴撞击固体表面研究进展

研究液滴撞击固体表面对工农业生产等领域具有重要意义。针对液滴撞击固体表面产生的动态行为不同的问题,首先总结了液滴撞击固体表面的最大铺展系数和接触时间的预测公式,这对传热和防结冰等应用具有重要意义;然后,综述了液滴撞击固体表面的影响因素,最后介绍了液滴撞击不同固体表面在油水分离、防结冰、自清洁等方面的实际应用。指出了液滴撞击固体表面的未来研究方向。

射频等离子体改性PTFE表面液滴撞击接触起电对润湿性的影响

液滴撞击固体表面是自然界的常见现象,研究超疏水表面的液滴撞击对其润湿性的影响,对于超疏水性材料的潜在应用具有重要的科学意义。采用3、10、20 min氧等离子体处理(OPT)和1 min八氟环丁烷等离子体聚合沉积(PPD)的等离子体方法改性聚四氟乙烯(PTFE)表面,获得具有不同尺寸和间距的微/纳米锥的超疏水PTFE表面,研究射频等离子体改性PTFE表面的液滴静态接触角、滚动角及液滴撞击动力学行为,分析在不同个数液滴撞击后PTFE表面的润湿性和液滴撞击行为变化,确定PTFE表面液滴撞击起电效应的影响机制。结果表明:通过1~9个液滴撞击后,PTFE表面的静态接触角随撞击液滴数量增加而减小,导致静态接触角低于150°;液滴滚动角随撞击液滴数量增加而增大,造成液滴滚动角高于10°。撞击液滴的接触时间随撞击液滴数量增加而增大,回弹系数随撞击液滴数量增加而减小。随撞击液滴数量增加,回弹液滴的正电荷和PTFE表面的负电压增大,PTFE表面的负电荷对液滴产生强吸引作用,导致低粘附超疏水性被破坏。3 min OPT和1 min PPD改性PTFE表面的纳米锥间距小,密度大,表面负电荷量增加明显,造成PTFE表面的疏水性降低的程度最显著。研究结果可为改善超疏水稳定性的表面织构设计提供理论依据。

柔性间隙影响下涡旋压缩机主轴系统动力学特性研究

考虑到涡旋压缩机主轴系统的高速回转特性,将自由运动和接触变形两状态非连续接触模型应用于间隙运动副动力学建模。以某卧式涡旋压缩机为依据,在不同运动副间隙下构建基于ADAMS/View的主轴系统刚柔耦合模型。通过柔性接触条件下的动力学仿真计算,深入分析了主轴系统核心部件(如动涡盘、曲轴、十字滑环及轴承)的运行状态及承载情况。结果显示:在理想间隙(间隙为0)下,柔性曲轴质心轨迹为一带有波动的非标准圆,而在非理想状态下,曲柄销与滚针轴承存在多处接触碰撞;当轴承内部存在间隙时,Z方向上的支反力更为连续和集中,且其波动幅度随着间隙增大而减小;间隙为0.01 mm时对于动涡盘加速度影响较大,不利于容积腔形成和气体压缩,而选择0.03 mm或0.05 mm间隙值时,可避免轴承系统发生应力集中和疲劳破坏,同时有助于轴承系统维护和十字滑环防自转。