基于CPA-FM-MEM磨粒分析的缸套-活塞系统健康状态评估

以内燃机典型摩擦副缸套-活塞系统为研究对象,设计和搭建内燃机缸套-活塞系统状态监测试验台。针对传统最大熵方法分析润滑油中磨粒监测数据存在的缺点,提出改进的分数矩最大熵方法(Fractional Moment Maximum Entropy Method, FM-MEM),并结合食肉植物优化算法(Carnivorous Plant Algorithm, CPA)对关键参数进行寻优求解。对润滑油中磨粒监测数据进行阈值划分,实现内燃机健康状态评估,然后将理论与试验相结合,以在线磨粒监测为主,从润滑油磨粒、理化指标以及表面形貌3个方面对内燃机缸套-活塞系统的运行状态进行监测,分析低速工况下缸套-活塞系统各个时间段的磨损健康状态及磨粒含量变化趋势,通过内燃机整机的在线磨粒监测试验,证明该方法可实现对内燃机缸套-活塞系统的实时状态监测。

缸套-活塞系统润滑行为与动力学行为耦合分析

建立了缸套-活塞系统油膜润滑与动力学行为耦合分析模型,并用数值方法进行了仿真计算,用有限元法计算了缸体的结构动力响应;通过采用有限差分法求解平均雷诺方程计算了缸套和活塞间的流体润滑特性,并探讨了活塞二阶振动的影响;采用顺序耦合的方法计算了考虑缸套-活塞摩擦、润滑与缸体结构振动、活塞二阶振动耦合作用的缸套-活塞间最小油膜厚度变化、摩擦力及摩擦功耗等.同不考虑缸体振动时的相应分析和计算结果对比发现,缸体结构振动对油膜润滑特性具有重要影响.

基于虚拟样机技术的柴油机曲轴-连杆-活塞机构运动学、动力学仿真分析

基于虚拟样机技术及其支撑软件VN4D和Pro/E,实现了对12VPA6柴油机曲轴-连杆-活塞机构的运动学、动力学仿真.通过动态仿真柴油机的运行,获取了仿真模型的运动学、动力学特性数据,得到的结果与理论分析相吻合,这为该型柴油机曲轴-连杆-活塞机构的优化设计和有限元分析提供了依据.

以润滑油膜为动力耦合件的内燃机缸套-活塞系统中动力耦合方程的建立及求解方法

本文通过分析内燃机缸套－活塞系统中的活塞运动的动力学行为，缸套－活塞裙部间的流体动压润滑及缸套的弹性动力学行为来研究缸套－活塞系统中的复杂的动力耦合问题。建立了一个以缸套－活塞系统中的动力润滑油膜为动力耦合件的用于描述整个缸套－活塞系统动力学行为的运动耦合方程组，并提出了求解此复杂方程组的数值解法。

带间隙副的曲柄-连杆机构中的混沌现象

对内燃机曲柄 -连杆机构带间隙情况进行了动力学分析 ,并建立了动力学模型。此模型为非线性变系数微分方程组 ,按龙格 -库塔方法对其进行了数值求解 ,得到了它的混沌吸引子。这说明由于间隙的存在 。

基于刚-柔并联连杆系统的越障机器人动力学分析

针对越障机器人提出了一种刚-柔混合型并联连杆机构,建立了机构的系统模型。利用拉格朗日动力学方程以及模态方程建立了其动力学模型。对所建模型进行计算仿真,并与刚性系统进行了对比分析。分析结果表明:新模型的能量变化规律总体上与一般刚性系统的相似,因而能够适用于相同应用场合;在外力作用下,刚-柔混合系统的动能变化曲线更加平缓,具备了更强的缓解冲击的特性,因而更适用于存在较多冲击的越障情况。

基于系统理论的缸套-活塞环摩擦副失效分析

基于摩擦学系统理论分析方法 ,分析了缸套活塞环摩擦副表面磨损及失效机理 ,探讨了缸套活塞环摩擦系统的相互关系 。

活塞环-缸套动态摩擦力测量系统设计

由于往复运动特性,工作状态中活塞环-缸套的动态摩擦力非常复杂,而且对发动机的工作状况有重要影响。作者结合发动机试验台,设计了一套对活塞环-缸套动态摩擦力进行采集的装置。装置最大采样率可以达到3704sps,在曲轴转速为1200r/min时,对应曲柄转角1.94度/采样点。并可在PC中对数据分析、计算,为理论研究提供结果和依据。

活塞-连杆-曲轴系多体动力学及其影响因素研究现状

活塞-连杆-曲轴系(PRCS)的多体动力学研究是内燃机开发设计中减少NVH和摩擦功率损失、提升工作效率和稳定性的重要手段。在多体动力学分析模型的基础上,分析了耦合摩擦副润滑特性的PRCS多体系统动力学的研究方法及不足。从润滑特性角度,综述了运动副间隙、表面变形、润滑油粘度等因素对系统动力学性能的影响,探索了各影响因素之间的关联情况。根据PRCS主要非理想转动副和移动副受力分析情况,剖析了动力与润滑影响下PRCS多体动力学的试验、数值分析与求解研究现状。最后探讨了影响PRCS多体动力学性能的研究方法及其发展方向。

缸套-活塞系统中DAE与PDE联合求解方法

针对内燃机缸套-活塞系统中DAE(Differential-Algebraic Equation)和PDE(Partial Differential Equation)难以用专业软件进行求解的问题,提出一种联合求解该系统中DAE与PDE的新方法。首先,在Dymola平台上建立该系统的DAE模块,同时在Matlab平台上构建它的PDE部分,然后通过建立DAE和PDE模块之间连接通信接口实现联合求解。这里,以某型号汽油机为实例,在考虑其活塞二阶运动、缸套-活塞之间油膜厚度变化、摩擦力及摩擦功耗等因素的条件下,建立了缸套-活塞系统模型,并对该模型进行了数值分析求解。通过对求解结果的分析,验证了这种求解方法的可行性。结果表明,采用上述方法求解,大大减少了缸套-活塞系统建模工作量,避免了活塞动力学方程变量代换,减少建模中方程编辑出错,同时也保证求解过程中算法的稳定性和求解结果的正确性。

活塞-缸套系统表面织构设计与发展分析

表面织构技术作为一种有效的减摩抗磨方法已被广泛应用于改善活塞-缸套系统摩擦副的摩擦学性能研究中,但活塞-缸套系统表面织构的摩擦机理研究以及织构设计体系仍不够完善。因此,为了更好地拓宽表面织构技术在此领域的广泛应用,系统地总结了表面织构的研究目的和发展现状,从表面织构的摩擦机理及其产生原因展开讨论,之后从表面织构形貌和方向(凹坑织构、沟槽织构)、织构几何参数(深度、直径、纵横比、面密度和角度)、分布位置(活塞环、缸套)、分布形式(全织构分布、部分织构分布)等方面进行了分类综述,阐述了目前研究较少的复合织构和复合改性的相关研究进展情况,最后结合现有研究和未来需求,对表面织构应用于活塞-缸套系统摩擦副亟待解决的问题和今后发展趋势进行了总结和展望。

计入油膜力作用的矿用发动机活塞-轴系系统性能研究

利用径向基神经网络(RBFNN)对油膜力作用下的矿用发动机活塞-轴系系统性能进行了研究。首先,对发动机活塞-轴系系统进行分解和重构,然后通过RBFNN对现有数据库中由试验测得的燃气压力和由计算得到的活塞组件的油膜力进行训练,并将训练的结果纳入到活塞-轴系的动力学建模中,从而获得了活塞-轴系的系统性能。结果表明,当计入油膜力作用时,在完整工作循环内,活塞-轴系中存在着极限环等非线性动力学现象。通过对一矿用发动机仿真结果的验证,证实了该方法的有效性。

高速压力机转子-轴承系统的动力学研究

以有限元方法为基础,建立了曲柄压力机的转子-轴承系统的运动方程,通过计算压力机的曲柄连杆之间的作用力,获得主轴转子的径向载荷,并集成建立转子-轴承系统的振动模型;采用Newmark方法进行求解,进行模拟仿真,分析转子-轴承系统的振动响应;对主轴转子的振动特性进行实验研究,验证了转子-轴承系统的振动模型及其模拟仿真,进而为压力机转子-轴承系统的设计提供了数值分析及实验研究依据。

发动机活塞-轴系的周期动特性分析

以四缸发动机为例 ,建立发动机活塞 -轴系的三维装配实体 ,选取不同的曲轴转角对其进行动特性分析 .计算结果表明 ,不同角度时活塞 -轴系的频率和振型略有不同 ,这种差异导致单一曲轴转角的动特性计算和物理样机实验结果的不确定性 ,所以对发动机不同曲轴转角下的动特性分析 。

自由活塞膨胀机-直线发电机的性能研究

开发了一款用于小型车用有机朗肯循环(ORC)余热回收系统的新型自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG),并设计了一种新型配气机构来控制工质的进排气过程;基于压缩空气试验平台,对FPE-LG的运动特性、输出性能和指示效率进行了试验研究.结果表明:配气正时对FPE-LG的运动特性和输出性能具有重要影响;活塞组件的行程和速度随着进气角的增加而增大,随着排气角的减小而减小;优化配气正时可以明显改善直线发电机的输出性能,在进气角为60°、排气角为180°的条件下,当进气压力为1.9×10~5 Pa、工作频率为2 Hz、外接负载电阻为9Ω时,FPE-LG的峰值电压的最大值为13 V、峰值功率的最大值为18.6 W;随着外接负载电阻的增加,活塞组件的行程和速度呈现增加的趋势,FPE-LG的峰值电压和峰值功率增大;FPE-LG的指示效率随着外接负载电阻的增加而减小,当进气压力为1.9×10~5 Pa、工作频率为3 Hz、外接负载电阻为3Ω时,FPE-LG的指示效率为66.2%.

基于活塞-指数混合模型的地下水可更新性研究

在分析研究区域水文地质条件的基础上,论述活塞-指数模型的适用条件,同时利用环境同位素氚的特征,将氚作为地下水系统输入和输出讯息。研究结果表明:活塞-指数模型适用于该区,计算得该区地下水滞留时间为36年,且相对传统方法具有方便、及时、可靠等特征。

低黏度润滑油与织构对活塞环-缸套摩擦特性的影响

针对活塞环-缸套系统的摩擦行为建立了模型并进行数值求解,考虑了气穴现象和混合润滑的影响,研究了低黏度润滑油条件下织构对活塞环-缸套系统摩擦特性的影响,对比了在低黏度润滑油SAE0W20和SAE5W20的条件下活塞环表面含半径30μm、深度3μm的球形织构与不含织构的活塞环-缸套系统摩擦特性.结果表明:织构的作用与润滑油黏度密切相关;在润滑油SAE0W20的条件下,球形织构起到了一定的减摩作用;在润滑油SAE5W20的条件下,球形织构增大了系统的摩擦功率损失和摩擦平均有效压力.

连杆结构拓扑优化设计及其对发动机系统稳定性的影响

建立起某车型的发动机曲柄连杆机构系统。首先基于ABAQUS/Optimization模块,对连杆结构进行拓扑优化设计,在满足结构刚度和强度的前提下达到结构轻量化的目的,后采用隐式动力学分析算法,对优化前后的活塞-连杆-曲柄系统进行动力学仿真分析,对比优化前后系统的振动特性。结果表明,在以得到最小应变能为目标的条件下,通过移除连杆杆柄四周的部分多余材料,可使连杆系统的应变能降低为868.9J,结构质量也由初始的0.793kg降低为0.585kg,实现减重26.2%的最终效果。采用隐式动力学分析算法,计算结构优化前后的活塞-连杆-曲柄系统运动特性,结果表明,通过对连杆进行结构轻量化设计,可以降低系统质量,且不会恶化系统响应行为,相反地,它对系统的切向振动起到一定的改善作用。通过优化设计可以避免连杆出现大范围的应力集中,虽然一定程度上增加了最大应力值,但是依然在安全范围以内,因此本研究提出的优化方案是安全的。此外,避免活塞-连杆-曲柄系统失效发生的关键是减小活塞初始运动带来的大范围扰动效应。本研究提供的优化设计方法将为发动机系统的轻量化,以及系统振动改善等方面的结构设计提供一定的参考思路。

民用飞机曲柄-滑轨式襟翼操纵载荷分析技术研究

襟翼操纵载荷是民用飞机襟翼操纵系统设计的基础,决定了大部分功能部件的尺寸、系统操纵时间和驱动功率等。本文介绍了民用飞机曲柄-滑轨式襟翼操纵载荷的工程分析方法和有限元分析方法,给出了具体分析步骤和各自的优缺点,可用于指导民用飞机曲柄-滑轨式襟翼操纵系统设计。

变长度曲柄─连杆机构的动力学分析

以变长度曲柄－连杆机构为研究对象。从弹性力学分析入手，建立了变长度曲柄－连杆机构的非线性动力学模型；用数值计算方法对非线性动力学方程进行了求解。实例计算的分析结果表明：选择适当的变化规律，改变曲柄长度，可以降低机构的动态响应。这为振动响应的控制研究开辟新的思路。