旋转壳-流体耦合系统频率响应的动态设计

基于流固耦合理论 ,对浸水旋转壳频率响应的动态设计进行了比较全面的研究。针对动态设计中动力学重分析计算量大的问题 ,在对旋转壳 -流体耦合系统进行动力学建模时 ,对于旋转壳 ,根据其结构特点引入了既能保证计算精度又能大大提高计算效率的有限条法 ;对于流场 ,则采用边界元法来解决无限域问题和提高计算效率 ;然后利用凝聚降阶减小计算量 ,通过一种改进的模态迭加技术获得系统响应。计算结构动力响应及其灵敏度时 ,将灵敏度分析方法与动力响应计算方法相结合 ,得到动态灵敏度分析的快速算法。采用多目标优化方法 ,以重量、响应作为设计目标 ,对旋转壳结构进行了动力优化设计。计算实例表明 ,本文方法有效 ,并满足工程需要。

轴-壳体系统耦合振动的建模与分析

耦合振动建模与分析是振动控制的基础。针对末端带有集中质量的轴与加筋壳体的耦合系统,分别利用解析法和有限元法计算轴系导纳和加筋壳体导纳,并将艉轴承与推力轴承作为子结构连接单元,通过频响函数综合进行模型合成,得到整个系统的频域描述模型。在此模型基础上,分析了系统振动固有特性及其随轴承刚度的变化规律,并讨论在轴上实施纵向振动控制的可行性。结果表明,推力轴承刚度改变轴系纵振频率,对纵振能量传递有明显影响;轴系纵向振动不仅会引起壳体纵向共振,还会引起壳体弯曲振动,形成轴-壳体纵横耦合模态;轴的纵向振动控制可以减小耦合系统振动。

压电微流体泵液-固耦合系统流动特性

该文采用厚度积分平均的浅水模型和有限元法,得到压电微流体泵液体-硅振动片动力耦合振动方程。液-固耦合系统的模态分析给出硅片一阶模态自然频率和振型,以及硅片振幅-频率关系曲线。在模态分析基础上,加入压电效应,计算压电-硅片在外加电场作用下的振动响应。文中采用有限体积法计算微流体泵周期流动,得到微泵流量-频率的特征曲线,以及泵腔周期流动规特征。数值结果表明,在给定外加电压时,可以确定一个使微泵流量最大的工作频率。

基于阻抗综合法的梁-圆柱壳耦合系统动态特性分析

采用阻抗综合方法研究梁-圆柱壳耦合系统的动态特性。耦合系统被分成梁子结构和壳子结构两个部分。梁和圆柱壳两个子结构的阻抗函数分别采用改进的傅里叶级数方法和波传播方法得到。根据子结构耦合处的机构动力学相容和力平衡条件,可以通过激励载荷直接得到耦合系统的响应。该方法被应用到一个梁-壳耦合系统,通过与有限元模型结果的对比验证了方法的正确性。之后通过改变部分模型参数,研究了一个集中质量点-轴段-圆柱壳模型的振动响应特性。

基于能量变分原理的梁-圆柱壳耦合系统振动特性分析

采用能量变分原理研究了梁-圆柱壳耦合系统振动特性。整个耦合结构可分为梁子结构和壳子结构两个部分。首先,分别采用改进傅里叶级数描述梁结构和圆柱壳结构振动位移,求取两者结构动能与结构势能;随后,利用弹簧模拟边界的方式,将边界对结构的约束转化为对应边界势能;同时,利用空间分布弹簧组来连接梁结构与壳结构,使两者耦合效应表现为对应耦合弹簧势能;激励力则可通过外力功的形式加入到整个系统之中。再利用能量变分原理,即可计算耦合系统固有振动特性或受迫振动响应。通过与有限元软件计算结果对比,验证了该方法的正确性。此外,与传统Rayleigh-Ritz法相比,该方法在面对复杂边界条件时,可构建准确的统一分析模型而不需要重新选择位移容许函数。随后,进一步探讨了模型主要参数对耦合系统振动特性的影响。

火成岩构造组合与壳-幔成矿系统

讨论了火成岩构造组合，指出不能单纯地运用化学图解，强调要结合岩相学、岩石组合特征研究，要注意区分区域与局部的构造环境。指出双峰式火成岩组合的确切含义是指缺乏中性成员，而不单看化学图解的几何形态，讨论了伸展与挤压对双峰式和钙碱性火成岩组合的可能约束。指出由蛇绿岩套再造的古构造历史可能是残缺的，结合弧火成岩的厘定可在某些方面弥补这个不足，讨论了弧火成岩组成极性形成的可能原因。讨论了大陆碰撞造山带的火成岩构造组合类型及其在再造造山带的边界性质、造山带演化历史中的重要意义。指出大陆裂谷带的火成岩常呈组成对称的水平分带，而不同于弧火成岩的组成极性。讨论了岩浆构造热事件及其序列的重要意义，提出大陆碰撞造山带具类似于变质作用的顺时针演化的事件序列，而大洋俯冲造山带则具反时针演化的事件序列。最后，强调并讨论了“壳幔岩浆流体成矿系统”的科学命题。

具有裂纹-碰摩耦合故障转子-轴承系统的动力学研究

以非线性动力学和转子动力学理论为基础 ,分析了带有碰摩和裂纹耦合故障的弹性转子系统的复杂运动 ,在考虑轴承油膜力的同时构造了含有裂纹和碰摩故障转子系统的动力学模型。针对短轴承油膜力和碰摩 裂纹转子系统的强非线性特点 ,采用Runge Kutta法对该系统由碰摩和裂纹耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究 ,发现该类碰摩转子系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象 ,该研究结果为转子 轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供理论参考。

非线性转子-轴承耦合系统润滑及稳定性分析

为了分析滑动轴承与转子耦合系统的非线性动力学特性,采用全新的变流域流场计算的结构化动网格技术对滑动轴承的瞬态流场进行非稳态计算,提出基于计算流体力学(CFD)的润滑流场与转子动力学之间的弱耦合计算方法,形成转子与滑动轴承的流固耦合计算.讨论不同进油方式与进油压力对滑动轴承润滑流场的影响.数值计算表明,轴颈的涡动中心不仅决定于轴颈的转速和静载荷,而且随涡动幅值或动载荷的增大而升高;随着轴承长径比增大或间隙比减小,轴颈涡动中心上浮,易使转子-轴承系统失稳.

基于热-结构耦合的旋转阀间隙分析

旋转阀阀体和转子的间隙对旋转阀的安全运行有重要影响.采用有限元方法和热力学理论对旋转阀阀体和转子的计算模型进行热分析,得到阀体和转子的温度场分布;利用热-结构耦合应变分析得到的变形量来计算旋转阀阀体和转子的间隙值,详细研究阀体上部不同管道作用力、物料对转子的作用力以及不同物料温度对旋转阀阀体和转子之间间隙值的影响.计算结果表明:阀体的温度从内到外逐渐降低,转子叶片处温度分布均匀,转子两端温度较低;随着物料温度的升高、阀体和转子之间的间隙逐渐变大;物料与转子作用力对间隙值影响可以忽略;随着阀体所受压力增大,阀体与转子间的间隙值增大,如需承受更大的上部管道作用力,可通过在阀体上增加加强筋等结构来增大局部的强度.

刚 - 流 - 弹耦合系统动力方程及其动力边界条件的建立

应用Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理，建立了由刚体、两种互不相溶可压缩粘性流体以及弹性体组成系统的动力方程及其动力边界条件，完善和推广了Ｒｕｍｙｊａｎｔｓｅｖ［４，５］、Ｌｉｕ［６］的工作。

充液系统刚-液耦合动力学功能型拟变分原理

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高,液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加,充液系统动力学成为理论界关注的课题.应用功能转换原理和能量守恒定律,通过耦合流体动力学功能型拟变分原理和刚体动力学功能型拟变分原理,建立充液系统刚-液耦合动力学功能型拟变分原理.文中研究了航天器充液贮箱液固耦合机理,对建立液体大幅晃动等效力学模型提供理论支持.

旋转火箭-发射装置系统的柔性效应研究

对于大长细比的旋转火箭，研究发射过程中火箭弹和发射装置的耦合振动，分析火箭、发射管和定心部的结构柔性对其运动姿态的影响，并讨论了当前定心部滑离轨道时的系统撞击动力响应，为火箭姿态控制和新型发射装置的设计提供了有益的参考。

基础-饱和土地基耦合系统分析的微分求积单元法

研究了基础-饱和土地基耦合系统的动力学特性.首先根据多孔介质理论,在小变形的假设下,分别建立了耦合系统中不可压流体饱和土地基和弹性基础的运动微分方程以及相应的边界条件,连接条件和初始条件;然后在空间域采用微分求积单元法对基础-饱和土地基的控制方程进行离散,并提供了正确处理耦合系统界面之间连接条件和间断性条件的方法,从而得到时间域内的一组代数-微分方程;接着运用隐式二阶向后差分格式处理了代数-微分方程组;最后利用牛顿迭代法数值求解了该方程组,得到了耦合系统的数值解,考察了所布节点数和参数对数值结果的影响.

膜片联轴器耦合的不对中转子—轴承系统的不平衡响应分析

转子系统的不平衡是旋转机械最为常见的故障之一 ,它影响转子系统的振动品质。考虑了转子系统不平衡力的作用 ,建立了膜片联轴器耦合的转子—轴承系统的运动微分方程 ;并以膜片联轴器耦合的双跨转子—轴承系统为研究对象 ,分析了不对中状态下转子系统的不平衡稳态响应 ,重点讨论了两跨转子各结点之间的振幅差异 。

渗透球壳流固耦合问题的位移及内力解

在弹性薄壳的线性(非线性)理论和流体力学基本方程的基础上,在小雷诺数的情况下应用相容欧拉—拉格朗日法建立了渗透球壳在流体中流固耦合的基本方程及关系式,并通过摄动法求解了渗透球壳在粘性流体中的流函数从而进一步解出其位移及内力解。通过具体算例,给出了壳的位移变形及内力图,并对有关参数进行讨论,绘出相关曲线。得出渗透系数k和流速越大的情况下,壳体位移也就越大,相应的内力也变大;球壳在三个角度处位移为零。文章能为过滤器问题提供指导。

热液成矿系统构造控矿理论

构造对成矿的控制是热液成矿系统的典型特征之一,系统剖析多重尺度控矿构造的几何学、运动学、动力学、流变学和热力学对认识矿床成因和预测找矿至关重要;而如何实现控矿构造格架、渗透性结构、成矿流体通道和矿化变形网络由静态到多尺度时-空四维动态的转变,查明流体通道和矿床增量生长过程与控制因素,揭示热液成矿系统的构造-流体耦合成矿机制和定位规律是亟待解决的关键科学难题。为此,我们在对已有相关成果系统梳理的基础上,提出了科学构建热液成矿系统构造控矿理论的基本要点与对应方法及应用范畴:(1)流体而非构造是构造控矿理论的中心,热液系统的流体流动与成矿作用受控于断裂带格架及其渗透性结构,其中渗透率是将流体流动与流体压力变化联系起来理解控矿构造的核心;(2)不同控矿构造组合的关键控制是构造差应力和流体压力的大小,而矿化类型的变化可能是由于构造应力场引起的容矿构造方位的不同和赋矿围岩之间的强度差异所致;(3)流体通道的生长始于超压流体储库上游围岩中孤立的微裂隙沿流体压力梯度最大的方向、随裂隙发育且相互连结而形成新的长裂隙,并最终连通形成断裂网络内的流体通道,矿床的增量生长发生在高流体通量的短爆发期,断层反复滑动驱动其内流体压力、流速和应力快速变化,当由此诱发的流体通道生长破坏了流体系统的动态平衡时,随之而来的流体快速降压就成为金属沉淀成矿的关键驱动因素;(4)以热液裂隙-脉系统野外地质观测和构造-蚀变-矿化网络三维填图为基础,通过宏观与微观各级控矿构造相结合、地质历史与构造应力分析相结合、局部与区域点-线-面相结合、浅部与深部相结合、时间与空间相结合、定性和定量相结合,对各种控矿因素开展多学科、多尺度、多层次、全方位综合研究,是应遵循的基本原则;(5)通过构造-蚀变-矿化网络填图,将蚀变-矿化体与控矿构造的类型、形态、规模、产状和间距等几何学特征联系起来,利用热液裂隙-脉系统和断裂网络拓扑学及矿体三维几何结构分析等定量方法查明控矿构造格架和渗透性结构并揭示矿化变形网络的连通性与成矿潜力;(6)合理构建地质模型,选取合适的热力学参数和动力学边界条件,利用HCh和COMSOL等方法,定量模拟成矿过程中的流体流动、热-质传递、应力变形和化学反应等的时-空变化,是揭示构造-流体耦合成矿机理和定位规律、预测矿化中心和确定找矿目标的有效途径。进而提出了构造控矿理论的研究流程:聚焦构造-流体耦合成矿机制和定位规律这一关键科学问题,选择热液裂隙-脉系统和构造-蚀变-矿化网络为重点研究对象;通过几何学描述、运动学判断、流变学分析、动力学解析和热力学综合,厘定控矿构造格架,定位矿化中心,示踪成矿流体通道和多种矿化样式的增量生长过程及其关键控制,揭示渗透性结构的时-空演变规律及构造再活化与成矿定位的成因关联,建立构造-流体耦合成矿模式,服务新一轮战略找矿突破。以胶东焦家金矿田为例,开展控矿构造理论研究和成矿预测应用实践,证实了其科学性和有效性。

喷射式空气轮机-泵发射系统建模与仿真

为解决空气涡轮机加工难度大、制造成本高的问题,提出了喷射式空气轮机原动机方案。首先,在阐述喷射式空气轮机-泵发射系统的结构与工作原理的基础上,建立了相应的数学模型;然后,对整个喷射式空气轮机-泵发射系统的发射过程进行仿真研究,并对仿真结果进行了分析。仿真结果表明:该原动机方案可满足潜艇鱼雷发射装置发射指标要求,在理论上具有可行性;所建立的模型及仿真程序可为后续喷射式空气轮机-泵发射系统的总体论证与关键部件的设计提供理论支撑。

基于流固耦合的牵引电机流动特性分析

为了研究电机轴向通风冷却系统的电动机内部情况,本文以某大型矿用电动车轮牵引电机为例,对其轴向通风冷却与传热进行了研究。基于流体力学以及传热学理论,结合电机轴向通风性能以及结构特点,建立了电机三维流动与传热耦合求解的有限元模型,并给出基本假设与相应的边界条件。通过计算电机内部的电磁场和温度场,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合,避免了利用经验公式计算模型间的换热系数带来的误差,能够获得更加精确的温升及冷却结果。在此基础上,通过对电机进行流固耦合计算,研究流量分配对通风冷却效果的影响,进而在原有模型上分析不同流量、不同定子流道、不同流道宽度对电机温度场及流阻的影响,并提供优化流道从而有效降低电机最热温度区域。通过对实际运行车辆电机温度场及冷却阻力监控验证了仿真计算的准确性。通过流固耦合分析方法将有助于电机的散热优化设计,为更大功率的电机综合物理场的准确计算提供了理论依据。

有限长双层壳体声辐射理论及数值分析

研究流场中有限长加筋双层圆柱壳受径向点激励的振动和声辐射性能。壳体的振动用 Flügge壳体方程描述 ,将加强构件等价为对内外壳体的支持力 ,采用 Helmholtz波动方程、壳体表面的边界条件和傅氏变换方法求解声压的表达式 ,然后将其引入壳体振动方程 ,最后求解双层壳体声 -流体 -结构耦合方程 ,计算结果用辐射声功率、表面振动均方速度级和辐射效率的形式表示。讨论了有限长单、双层壳体声辐射性能的差别以及双层壳体壳间连接形式和实肋板参数的变化对其声辐射性能的影响 ,得出结论 :当内壳受激振动 ,通过外壳向外场辐射噪声时 ,其主要通道为连接内外壳壳体的实肋板 。

电流变流体及其在汽车中的应用

电流变流体是指那种在外加电场的作用下其流变性质发生急剧变化的一类流体。对于外加电场的变化,它的力学性能可以作出极快的响应,因而在工业上极具应用前景。本文对其组成、性质及在汽车中的应用作了阐述,同时指出了目前电流交流体存在的一些问题及解决方法。