振动圆柱绕流气动力系数的数值模拟研究

给出了在锁定状态下不同振动条件时气动力系数变化的计算结果及其机理分析。首先给出固定圆柱绕流气动力系数的数值模拟结果;其次,在特定的频率比条件下,计算了升力系数均方根值和平均阻力系数随振幅的变化,并从圆柱的底部压力系数和漩涡生成长度两方面对这种变化进行了机理分析。

自激振动圆柱体湍流场及发展变化的研究

采用雷诺平均法模拟低质量比弹性支撑的刚性圆柱体在均匀来流中的涡激振动问题,是近年来人们研究的热点。本文采用有限体积法结合SST k-ω湍流模型求解时间平均的纳维尔———斯托克斯方程(RANS),对低质量比弹性支撑的刚性圆柱体在均匀来流中横向振动的三个响应分支(初始分支、上端分支和下端分支)湍流场及其发展变化进行了研究,并与同等雷诺数下固定圆柱体的湍流场进行了对比。结果表明:三个响应分支的流体力系数、壁面压力系数、壁面切应力、流向平均速度、流向速度的脉动、横向速度的脉动、雷诺应力、湍流动能和涡量的分布均与固定圆柱体有明显差异。

流体绕流不同方向振动圆柱换热特性数值分析

基于Fluent动网格及UDF编程技术对二维流场中振动圆柱的换热特性进行了研究,分析了来流速度及圆柱振动方向对其换热特性的影响。数值计算结果表明,相比于静止圆柱换热,当圆柱的最大振动速度远大于来流速度时,其振动强化传热效果显著;随着流速的增大,振动圆柱的强化传热效果降低,当流速为圆柱最大振动速度的4倍时,圆柱传热效果仅增强1.2%。另外,对相等流速下的圆柱沿不同方向的振动换热特性研究表明,振动方向对圆柱强化换热的影响不显著。

圆柱壳体振动陀螺修调技术进展

圆柱壳体振动陀螺是一种重要的惯性导航传感器,有精度高、能耗低、耐冲击和寿命长等特点,具有广阔的应用空间。其性能与频率裂解、振型偏移、品质因数有关,它们直接影响陀螺的零偏稳定性。为了提高圆柱壳体振动陀螺的性能,机械修调十分必要。本文梳理了圆柱壳体振动陀螺修调的相关理论和近年来国内外有关陀螺修调的方法与装置,提出修调技术在未来可能的发展方向。

基于VLES模型的振动圆柱数值模拟

本文将一种VLES(Very Large Eddy Simulation)模型引入到动网格数值计算中,并验证了VLES模型用于模拟类似振动圆柱绕流的动边界问题的有效性。数值求解了不同振幅和频率下非稳态振动圆柱绕流问题。研究表明:随着振幅和激励频率的增加,绕圆柱流动涡脱离形式从2S模式转换到2P0模式,再到P+S模式。在高振幅和激励频率比fe/fs=0.95时,涡脱离形式却表现为2P0模式到P+S模式的过渡状态,振动圆柱在上升或下降过程中涡的脱离造成在每个周期升力曲线的左右侧发生不规则的"跳动"现象,尽管脱落涡可能为涡对或者单涡.

振动半圆柱尾流中的二维摆动水翼推进性能研究

文章研究了粘性流场中半圆柱振动产生的旋涡对二维摆动水翼推进性能的影响。利用数值方法计算了振动半圆柱尾流中二维摆动水翼的水动力性能。计算结果表明,半圆柱涡和水翼涡之间存在4种相互作用模式。相反旋向的半圆柱涡和水翼涡相互作用时,摆动水翼的平均推力系数最大。相同旋向的半圆柱涡和水翼首缘涡相互作用并且最终融入到水翼尾缘涡时,摆动水翼能够从半圆柱涡中吸收能量。

圆柱涡激振动研究进展与展望

圆柱涡激振动广泛存在于机械工程、海洋工程等诸多领域,研究者们取得了许多研究成果,而系统综述圆柱涡激振动的论文距今已近10 a,因此,有必要对近10 a的研究进展进行系统分析。文中系统地总结了近10 a圆柱涡激振动研究成果,阐述了圆柱涡激振动的尾流模态和其对应的响应分支之间的因果关系,分析了影响圆柱涡激振动的关键因素(如质量比、阻尼比和雷诺数)对涡激振动响应的影响,介绍了圆柱涡激振动最大响应振幅的曲线拟合公式及其局限性,最后对圆柱涡激振动的研究方向提出建议。

一种旋转振动圆柱获取能量的参数化研究

提出一种旋转振动圆柱从潮流能中主动获取能量的方法。基于Fluent软件的用户自定义函数求解旋转振动圆柱升力,采用动网格技术对一定速度下的旋转振动圆柱获取潮流能进行数值模拟研究。参照相关试验结果,进行数值模拟结果确认,得到的最大升力系数幅值与平均阻力系数幅值与试验结果基本吻合。分析相位差、振幅比及转动幅值对旋转振动圆柱获能效率的影响。结果表明,同振幅比、同转动幅值的旋转振动圆柱,能量利用率都是随着相位差先逐渐增大后减小;同相位差、同转动振幅的旋转振动圆柱,在有效获能范围,其振幅比越大则能量利用率越高;同相位差、同振幅比的旋转振动圆柱,随着转动幅值的增加,其能量利用率先逐渐增加后减小;当相位差为243°,转动幅值为3,振幅比为2.0时,能量利用率最高。

高灵敏度圆柱壳体振动陀螺的研究

灵敏度是陀螺的重要性能指标,灵敏度的提高可以直接带动精度提高,同时可以拓展陀螺的应用范围。影响圆柱壳体振动陀螺灵敏度的因素很多,本文通过考虑了科里奥利效应(Coriolis effect)的ANSYS谐响应分析,提取产生陀螺效应的圆柱壳体振动陀螺的输出位移,通过比较不同形状谐振子相同激励条件下的输出位移大小来反映灵敏度的大小。采用这种方法分别研究谐振子的各项参数对于陀螺灵敏度的影响规律,并基于仿真结果设计了高灵敏度的参数优化圆柱壳体振动陀螺谐振子,通过实验验证了该谐振子的高灵敏度。

圆柱壳体振动陀螺谐振子的品质因数研究

品质因数是衡量陀螺振动特性的重要指标,它决定了陀螺的检测灵敏度。首先从理论上分析了影响圆柱壳体振动陀螺谐振子品质因数的主要因素。然后针对各种因素进行一系列的实验研究,包括谐振子的材料、形状以及尺寸等因素对于陀螺谐振子品质因数的影响。研究结果表明,谐振子的品质因数在很大程度上决定于谐振子材料、谐振环的形状及外径尺寸。材料的机械品质因数越高,加工而成的谐振子Q值也越高。谐振子的Q值随着谐振环外径和高度的增大而增大,随着谐振环厚度和底部厚度的增大而减小。其中谐振环外径对于谐振子的Q值影响最大。

基于MEMS声传感器的圆柱壳体振动陀螺振型检测技术

振动陀螺谐振子振型一般采用激光进行非接触式测量,这种方法存在设备成本高、操作复杂、效率低等问题,因此,提出了一种基于MEMS声传感器的圆柱壳体振动陀螺谐振子振型测试方法。该方法利用体积小,指向性高的MEMS声传感器对谐振子振动声场进行高分辨率测量,获得精确的谐振子振动分布情况,建立了谐振子声波测试实验系统,进行了测试实验,并与激光测振仪的测量结果进行比对。实验结果表明,该测试系统具有较高的振型测量精度。这种测试方法成本低,操作简便,测量精度高,可以实现谐振子振型的高精度快速测量,为后续的谐振子修形及陀螺控制提供重要基础。

圆柱壳体振动陀螺的力平衡控制

圆柱壳体振动陀螺是利用基于弹性驻波的哥氏效应测量载体角速度或角度的新型振动陀螺,其具有精度高、体积小、结构简单、功耗低等优点,因而是捷联惯性导航系统的理想陀螺仪。工作在力平衡模式下的圆柱壳体振动陀螺输出的角速率信息,噪声特性好、漂移误差易补偿、分辨率高。首先对力平衡模式下的频率跟踪回路、幅度控制回路、正交控制回路、力平衡控制回路等四大控制回路的基本原理进行了介绍。其中,频率跟踪回路与幅度控制回路共同构成了陀螺主模态控制回路,负责系统的频率与幅度控制;正交控制回路与力平衡控制回路共同构成了敏感模态的控制回路,负责系统正交误差的抑制、敏感模态的抑制,以及角速率信息的提取,最后实现了力平衡模式下的陀螺闭环控制仿真。

圆柱壳体振动陀螺高精度频率检测方法

频率裂解是恒量圆柱壳体振动陀螺性能的关键指标之一,为降低频率裂解带来的影响,需要对陀螺振动频率及其裂解值进行精密检测。检测精度应优于0.01 Hz,故高精度频率检测技术对于圆柱壳体振动陀螺具有重要意义。基于此,针对圆柱壳体振动陀螺的频率检测需求,首先,选择了等精度法作为测量原理,其理论相对误差可低至0.0000013%;然后,根据圆柱壳体陀螺的谐振信号设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)和单片机的等精度频率测量方法;最后,通过基于C++的微软基础类库(MFC)桌面应用程序对测量数据进行实时处理。实验结果表明:该检测方法得到的频率值约为5007.26 Hz,数据极差小于0.0029 Hz,标准差小于0.000633 Hz,频率裂解值能精确到10^(-3)Hz量级。该频率检测方法可以为高精度的频率修调提供技术支撑。

圆柱壳体振动陀螺的模态交换技术研究

针对圆柱壳体振动陀螺的零偏漂移受温度影响大的问题,提出一种模态交换技术的方法。该方法适用于对称型陀螺,通过驱动轴和检测轴两种单轴工作模态周期性互换,将输出的检测信号进行差分得到陀螺的最终输出。通过对陀螺的动力学模型研究,得出了两种单轴工作模态标度因数相反,零偏漂移变化趋势一致的结论,并通过实验得到了验证。设计了一种基于FPGA数字电路进行了零偏常温和变温试验。结果显示,在常温下,零偏漂移变化趋势是一致的,零偏变化量通过模态交换方式后能够抑制到单轴模态的37.5%;在变温环境中,温度范围为10℃~60℃,在升降温过程中,驱动轴和检测轴的零偏漂移变化趋势也一致,零偏变化量通过模态交换方式后能够抑制到单轴模态的30%,验证了模态交换技术的可行性,提升了温度稳定性。最后分析了没有被完全抑制部分存在电极增益误差和角度误差。

应用LBM数值模拟圆柱振动绕流

文中用数值方法研究了圆柱在流体中的强迫振动对其流场特性及受力的影响。主要包括圆柱振动频率对圆柱尾涡形态及升阻力系数的影响,振动频率比e sf f的范围取为0.8~3.0,ef为圆柱振动频率、sf为静止圆柱涡脱落频率。文中采用的数值方法是Lattice Boltzmann Method（LBM）,它具有并行效率高,边界处理简单的特点。本文比较并讨论了LBM中几种边界条件的处理方法,并提出一种能对移动边界进行更容易处理的新方法。模拟的结果与参考文献进行了比较,结果表明,用此方法处理移动边界是可行的。

数字PIV技术在圆柱振荡流中的应用

用数字粒子成像测速仪 (DPIV)对圆柱体在静水中作正弦运动而产生的振荡流场进行了实测研究。通过相位锁定技术和互相关分析法 ,分别获得了圆柱体在一个运动周期中 8个不同相位的流场速度矢量及涡量强度等值线分布。实测表明 ,当KC=12 ,β=2 0 0时 ,圆柱振荡流中将存在一个有明显周期性且很规则的斜向涡街。该涡街主要由一股较强的二次流及其两侧的非对称的涡对构成 ,涡街与圆柱体振动方向约成± 4 5°夹角。

地铁齿轮箱弹性圆柱销断裂原因分析及对策

针对某型地铁齿轮箱近期频频暴露出的弹性圆柱销断裂的典型故障,通过拆解检查、理化检测简要分析出故障产生的原因,提出了解决措施并通过了试验验证。

前缘静止及振动微小圆柱对S809翼型气动性能的影响

Re=1×10~6的条件下,在S809翼型前缘设置微小圆柱,分别研究了静止及振动的微小圆柱对S809翼型气动性能的影响。数值模拟的结果表明:S809翼型前缘适当位置设置静止及一定振动方式的微小圆柱均能明显降低阻力系数、减小或抑制流动分离区的大小、改善流场状况;在翼型前缘点吸力面正上方6%弦长处,设置直径为2%弦长的静止圆柱可以完全抑制翼型的流动分离;当圆柱直径变小时,静止微小圆柱控制流动分离的效果变差,但此时给圆柱一定规律的振动后,又可以达到较好的流动分离控制效果。

空间聚光太阳电池阵柔性透镜薄膜结构的力学分析

运用线性Kirchhoff平板理论建立柔性菲涅耳透镜薄膜结构的静力学模型,给出柔性透镜的静力学求解方法,得到柔性透镜变形的解析解。分析透镜纵向应变、背衬厚度、透镜纵向长度对柔性透镜特性的影响,获得上述参数对透镜变形和几何光学性能的影响规律。基于圆柱薄壳振动理论,建立柔性透镜动力学模型,然后根据Reissner理论确定的有限长开口圆柱壳振动方程的一般解,给出柔性透镜动力学模型的求解方法,计算柔性透镜的振型和固有频率,分析透镜纵向应变、背衬厚度和轴向波数对柔性透镜固有频率的影响。结果表明:在设计柔性透镜结构时,适当增加透镜的纵向应变并减小透镜的背衬厚度有利于减小透镜的变形。柔性透镜的固有频率与纵向应变和透镜背衬厚度密切相关,需选择合适的纵向应变与背衬厚度。柔性透镜的变形随着透镜纵向长度的增加而增大,但纵向长度太小会增加相同太阳电池阵面积上聚光组件的安装数量,因此纵向长度的选择需综合权衡。

圆柱壳体振动陀螺技术现状与发展趋势

圆柱壳体振动陀螺具有精度高、寿命长、体积小、抗冲击强等突出优点,在精确制导武器尤其是战术武器等装备领域中具有广阔的应用空间,已成为当前振动陀螺的热点研究方向之一。简要介绍了圆柱壳体振动陀螺的发展历程,并对其材料、加工制造和电路控制等方面的关键技术、研究现状进行了梳理。最后,对圆柱壳体振动陀螺的未来发展趋势进行了讨论,并指出0.1(°)/h以下的小型化、高性能圆柱壳体振动陀螺将有广阔的发展空间。