径轴向聚磁型永磁推进电机优化设计与分析

为了进一步实现永磁电机磁负荷和转矩密度的提升,提出了一种径轴向聚磁型永磁推进电机结构,转子永磁体在Halbach径向聚磁结构基础上进一步结合轴向延伸永磁体,实现了永磁磁场的径轴向聚磁。针对该种新型电机,本文详细研究了其结构特点,利用有限元分析了所提电机结构的电磁性能。首先对比分析了定转子等长结构、定转子不等长(overhang)结构输出性能,并对对称型overhang结构进行了参数化优化,有效提升了电机转矩密度。最后,利用三维有限元模型对比分析了径向overhang和径轴向overhang电机的电磁性能,结果发现径轴向overhang电机空载磁密提升了6%、输出转矩增大了1.3%、转矩脉动减少了0.4%,进一步验证了电机性能的优越性。

涡流控尘装置径轴向风量分配规律试验研究

针对涡流控尘装置径轴向风量分配问题,提出通过监控风机频率来调控径轴向风量的思路。实验室搭建了由压入式风机、涡流控尘装置和试验管道组成的试验系统,在压入风机40、45、50 Hz频率下,以及在涡流风机30、35、40、45、50 Hz频率下,采用截面动压法测试得到径轴向风量分配规律:压入风量Q压和轴向风量Q轴与压入风机频率f_(1)呈单调增的关系,与涡流风机频率f_(2)呈单调减的关系。基于径轴向风量分配规律,建立了关于5f_(1)-f_(2)的一次函数和关于f_(1)/f_(2)的二次函数风量调控模型。最后通过试验实测验证,模型计算值与实测值基本一致,最大绝对误差为7.2 m^(3)/min,调控模型的准确性较好。

超大型环件径轴向轧制过程偏移机理及自适应模糊控制方法研究

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移,影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法,分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律,建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件,获得了滑移区的最优速度匹配系数。此外,从历史轧制数据中归纳人工控制经验后提出了基于锥辊转速自适应模糊调节的环心偏移量控制方法,基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发,建立了集成有环心偏移量模糊控制算法的∅10 m超大型环件径轴向轧制有限元模型,研究了采用最优速度匹配系数的常规控制和自适应模糊控制下的环心偏移量变化规律。结果表明,自适应模糊控制下的平均环心偏移量相比于常规控制降低了72.4%,仿真结果和试验数据均验证了所提超大型环件轧制过程偏移自适应模糊控制方法的有效性。

面向大型环件径轴向稳定高效轧制的变形过程规划方法研究

针对大型环件径轴向轧制成形过程规划问题,根据成形锻件和环坯的尺寸特征,提出了一种轧制变形路径规划的理论模型,确定了关键参数对理论模型的线型及其曲率变化的影响规律和选取方法;建立了芯辊进给速度数学模型,考虑环件径向轧制孔型的锻透和咬入条件以及环件外径扩大速度,确定了相关参数的合理范围,结合轧制变形路径和芯辊径向进给速度,得到上锥辊的轴向进给速度;针对典型截面环件轧制变形过程进行规划,借助ABAQUS软件建立了大型环件径轴向轧制热力耦合三维有限元模型,并按照所规划的过程进行了仿真,仿真结果表明,该规划方法可以保证环件轧制过程顺利稳定进行,并通过实验进行了验证。

环件径轴向轧制毛坯尺寸设计方法

毛坯尺寸设计是环件径轴向轧制过程优化设计的前提和基础,合理的毛坯尺寸设计,对于成功建立环件径轴向轧制过程、通过包括毛坯在内的过程优化设计以获得精确的环件尺寸和良好性能,具有十分重要的意义。为此,提出一种基于轧比和径轴向变形量分配比的矩形截面环件径轴向轧制毛坯尺寸设计方法,给出毛坯尺寸的计算公式与确定流程,阐明该毛坯尺寸设计方法的特点及应用范围。该方法基于体积不变原理,针对同一环件的轧制,可以设计不同轧比和变形量分配比的多个环坯,为研究不同环坯下的环件径轴向轧制变形行为、工艺规律以及包括毛坯在内的工艺过程优化设计、成形成性一体化调控提供了重要的方法和基础。

大型环件的径轴向轧制工艺模拟和研究

研究了大型环件的径轴向轧制工艺。利用有限元模拟试验对具体的大型环件产品进行模拟轧制,通过对不同的毛坯和不同的工艺参数的选取进行试验和分析,找出了毛坯设计及工艺参数选取与控制的基本方法和规律,揭示了大型环件径轴向轧制过程的变形规律和机理,分析了轧制过程中产生的问题和缺陷的实质,为实际的工业生产提供了依据。

TC4钛合金环件径轴向轧制数值模拟

基于Deform-3D平台建立了环件径轴向轧制三维有限元模型,模拟分析了TC4钛合金环件径轴向轧制过程。结果表明:金属流动曲线呈现上下波动变化,外层金属流动速度大于内层金属;等效应变曲线呈阶梯状上升趋势,金属进入径向轧制区后塑性变形程度加强,致使等效应变逐渐上升,而在轴向及其余非轧制区等效应变变化不大,环件外圈等效应变最大,中层最小;内、外层环面金属温度曲线呈周期性波浪式下降趋势,中间层金属温度曲线呈阶梯状上升趋势。

环件径轴向轧制的咬入条件分析

介绍了环件径轴向轧制工艺原理,在环件径向轧制理论体系的基础上,通过建立径轴向轧制中轴向孔型的咬入模型,主要研究了轴向孔型中的咬入条件以及其影响因素,并分析了径向与轴向两孔型中咬入条件的相互影响,为环件径轴向轧制生产提供了理论依据。

航空发动机盘件径轴向裂纹底波监控超声检测方法研究

针对某航空发动机盘件中的径轴向裂纹,采用不同焦距的5MHz、10MHz聚焦探头和平探头,分别在0°,1°,2°,3°的声束入射角度下进行检测试验,通过对入射角度以及探头类型、频率、焦距等参数的优化,建立了径轴向裂纹的底波监控超声检测方法。研究发现:与垂直入射相比,小角度纵波斜入射底波监控超声检测方法可提高超声波对裂纹的敏感程度;使用焦距为89mm的10MHz聚焦探头,并使声束以2°入射角斜入射可得到最佳检测效果,试验结果与数值模拟具有良好的一致性。

基于Deform-3D的径轴向环轧有限元模拟时的导向辊约束

根据轧制时体积不变条件和环件轮廓近似为圆的假设,推导验证了环件径轴向轧制时的导向辊运动公式,并将其用于基于Deform-3D的环件径轴向轧制模拟时的导向辊设置。结果表明:以此公式设置导向辊约束时,轧制过程比较稳定,环件内径及外径的椭圆度均较小,环件成形良好。

大型环件径轴向轧制有限元模拟中导向辊运动控制

利用数学软件MATLAB,对导向辊运动过程中的角速度、水平(X)、竖直(Y)方向的位移进行了计算,将获得的计算数据导入到通用模拟软件ABAQUS中,并利用其对4.6m大直径环件径、轴向轧制成形过程进行成形仿真。结果表明,合理的导向辊运动控制实现了大型环件的径、轴向轧制,模拟结果显示,应力、应变分布及端面鱼尾形状等符合实际。

新型径轴向混合填充式回热器轴向导热特性研究

针对所开发的新型径轴向混合填充式回热器进行了轴向导热特性的研究和分析。使用低热导率的非金属材料制作回热器管壁对回热器性能有积极影响。通过回热器轴向填料的轴向导热损失占填料总轴向导热损失90%以上。在通过回热器的三项轴向导热损失中,通过回热器填料轴向导热损失占主导地位,其与通过回热器管壁是两项可比拟的损失项,通过回热器中气体的轴向导热损失是三项损失中可以忽略的小量。

大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应研究

环件径轴向轧制成形技术是生产大型高品质无缝环件的最佳加工方法。本文通过对比分析不同厚度和高度环坯条件下的环件变形状态,揭示了大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应。研究发现,较小的环件毛坯厚度和高度会改善大型环件径轴向轧制的锻透性,两者都有助于环件直径的增大和环件变形均匀性的提高,同时对于提高成形过程中环件截面的成形质量也有利。

环坯温度分布状态对径轴向轧制变形遗传影响

径轴向轧制是制造大型无缝锻态组织环件的先进塑性成形工艺。径轴向轧制生产中,由于环坯锻造时不同部位的变形和传热条件不同,导致环坯温度分布不均匀,会对轧制过程环件变形和组织演变产生不同的遗传影响,而现有的研究都忽略了这一因素。为此,采用仿真模拟分析方法来研究环坯温度分布状态对径轴向轧制变形的遗传影响。基于SIMUFACT有限元分析软件平台,建立42CrMo大型环件径轴向轧制三维热-力-组织多场耦合仿真模型,并通过耦合环坯冷却模型建立6种不同环坯温度分布状态。通过模拟分析,研究6种环坯温度分布状态对轧制成形环件应变、温度及晶粒尺寸大小及分布的不同遗传影响规律。结果表明,环坯上下表面低温分布状态导致环件轴向应变、温度和晶粒尺寸均值减小,轴向应变均匀性增加、轴向温度和晶粒尺寸均匀性减小;环坯内外表面低温分布状态导致环件径向应变、温度和晶粒尺寸均值减小,径向应变均匀性增加,径向温度和晶粒尺寸均匀性减小。研究结果为径轴向轧制合理调控环坯温度分布状态从而提高成形环件质量提供科学依据。

径轴向数控轧环机定心辊位置自动控制技术研究

径轴向数控轧环机定心辊的合理控制对环件轧制成形过程十分重要。本研究基于环件径轴向轧制工艺分析,提出了径轴向数控轧环机定心辊位置控制方法,推导了环件径轴向轧制过程中定心辊位置计算公式,建立了定心辊驱动油缸行程控制方程,并基于此开发了径轴向数控轧环机定心辊位置自动控制程序,该程序已经成功应用于生产实践。

大型环件径轴向轧制成形工艺制定研究

大型环件径轴向轧制成形工艺复杂,合理的成形工艺可以提高大型环件径轴向轧制成形的产品质量。本文对大型环件径轴向轧制成形工艺制定进行研究,给出了成形工艺制定流程和方法,其中包括轧制成形环件冷态和热态尺寸的确定、环件毛坯冷态和热态尺寸的确定、环件径轴向轧制成形工艺的确定。本文的研究成果在大型环件径轴向轧制技术的实际生产中获得了成功应用。

径轴向数控轧环机最大定心力控制方程研究

径轴向数控轧环机定心辊的合理控制对环件轧制成形过程的稳定性和环件圆度都有很大影响。本研究建立了径轴向轧制环件受力理论力学模型,推导了环件径轴向轧制过程中定心辊最大作用力计算公式,建立了定心辊驱动油缸力控制方程,结合之前所建立的定心辊位置控制方程,开发了径轴向数控轧环机定心辊位置控制加力保护的综合控制成套技术。本文的定心辊综合控制技术提高了我国径轴向数控轧环机的技术水平。

新型径轴向混合填充式回热器的流动阻力实验

对新型径轴向混合填充式回热器的流动特性进行了实验研究。实验结果表明:在工质体积流量相同的条件下,新型径轴向混合填充式回热器的稳态流动阻力系数f小于层叠丝网型回热器,而大于丝网卷裹型回热器和平行丝型回热器;在相同体积流量下,以He为工质的稳态流动阻力系数f是以N2为工质时的3.4—3.6倍;回热器稳态流动阻力系数f主要与回热器结构形式和工质雷诺数Re有关,受工质种类的影响不大。

不同铸态42CrMo坯料尺寸下环件径轴向辗轧成形组织演变规律

基于铸坯的环件径轴向辗轧成形新技术面临的瓶颈问题,对坯料铸态组织的演变规律与合理控制进行研究。对某环件双向轧制,铸坯的尺寸将决定变形程度和径、轴向的变形量分配,从而对最终环件的组织起着至关重要的作用。该文基于ABAQUS平台,建立了42CrMo钢铸坯环件径轴向热辗轧宏微观耦合有限元模型;采用一种基于轧比K和径轴向变形量分配比tanα的坯料尺寸设计方法,针对同一环件的轧制过程,设计具有不同K和tanα值的不同尺寸的多个环坯,模拟不同铸态42CrMo坯料尺寸下环件径轴向辗轧过程组织的演变规律。结果表明,随着K值增大,环件动态再结晶程度增加,平均晶粒尺寸减小且分布逐渐均匀;随着tanα值增大,环件上下端面区域动态再结晶程度增大,平均晶粒尺寸减小,沿环件轴向平均晶粒尺寸分布逐渐不均匀,而内外表面区域动态再结晶程度减小,平均晶粒尺寸增大,沿环件径向平均晶粒尺寸分布逐渐均匀。

Φ9m超大型环件径轴向轧制成形仿真模拟与实验

目前,国内对Φ5m以上超大型环件轧制技术与装备的研究几乎是空白,该文在自主研制的最大轧制Φ9m的RAM9000大型数控径轴向轧环机上,开展了大型风电设备用Φ9m风塔法兰环件轧制成形工艺模拟与实验研究。基于环件轧制工艺设计理论并结合生产实践经验,设计了Φ9m超大型环件轧制工艺参数;针对超大型环件轧制变形特点,提出了一种新的进给规范。运用ABAQUS有限元模拟软件进行轧制成形仿真模拟分析,并以仿真模拟结果为指导,在RAM9000数控径轴向轧环机上成功轧制成形了Φ9m风塔法兰环件。为推进我国超大型环件轧制技术开发与应用奠定了重要基础。