表面菱形孔795 nm VCSEL的偏振特性

795 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为铷基芯片级原子钟(Rb-CSAC)的光源,其输出光的偏振不稳定会降低Rb-CSAC的稳定度和精确度。为了满足Rb-CSAC对795 nm VCSEL偏振稳定的需求,设计了一种具有表面菱形孔的偏振稳定的795 nm VCSEL。通过有限时域差分(FDTD)法计算了VCSEL的偏振特性,结果表明VCSEL的顶部分布式布拉格反射镜(DBR)在表面菱形孔的长轴和短轴方向具有不同的反射率。反射率高的偏振模式阈值增益低,成为VCSEL优先激射的主导偏振模式。为进一步提高VCSEL的偏振抑制比(OPSR),将VCSEL的氧化孔制作成尺寸为5.5μm×4.1μm的菱形。对不同长、短轴的表面菱形孔795 nm VCSEL进行偏振测试,结果表明,当表面菱形孔的尺寸为4μm×6μm,且菱形氧化孔的长轴与表面菱形孔的长轴相互垂直时,VCSEL的OPSR可达到16.22 dB。

大菱形孔端面密封力变形及密封性能分析

针对等深大菱形孔端面液体润滑机械密封，采用有限差分法求解等温及层流不可压缩二维Reynolds方程，获得液膜压力场。利用商用有限元软件计算密封环三维固体变形，对不同操作工况条件下和不同结构的密封环的力变形、摩擦扭矩、液膜刚度及泄漏率等性能参数进行了计算。结果表明：大菱形孔流体动压型机械密封端面产生周向波度和径向锥度变形；改变工况条件可使密封面形成收敛和发散两种不同的变形，密封性能参数因此产生显著变化；当面积比B=0.65～0.75时，大菱形孔端面密封可获得较好的密封性能；辅助密封圈O形圈位置l对径向锥度变形具有很大影响，l优选值范围为2.4～4.0 mm。

菱形孔密封环端面密封性能分析

针对密封端面开有等深大菱形孔的液体润滑密封环，采用有限元法求解其等温及层流不可压缩二维Reynolds方程，并通过求解密封环的力平衡方程，分析了在不同操作工况下，大菱形孔端面密封的平衡膜厚、泄漏率和液膜刚度等密封性能参数随孔深、半长轴长度、孔列数变化的规律．结果表明：在分析范围以内，当大菱形孔开孔深度d1=3．5～5．0um、密封端面大菱形孔的半长轴长度a处于1．2～1．8mm、沿密封端面周向对称分布的菱形孔列数N=165～195时，大菱形孔端面密封的液膜稳定性和密封性能较好．

双向菱形孔织构端面密封性能研究

基于双向双列菱形孔织构端面流体密封的理论控制模型,采用有限元分析的方法研究菱形孔结构、排布方式和工况参数对密封性能的影响规律,研究菱形孔双向泵送作用对机械密封动压润滑性能影响规律及内在运行机制。结果表明:随外压增大,内外径处的压差逐渐增强,开启力和泄漏率逐渐增大,液膜刚度是先减再增而后减小;随转速增加,开启力、液膜刚度和泄漏率均呈快速增大的变化趋势;随着基础膜厚增大,开启力、液膜刚度先快后缓慢减小,而泄漏率则迅速增加;端面加工出的双向双列菱形孔织构可将间隙内流体进行回吸,从而减少泄漏率,提高了端面间隙的润滑性能,通过排布形式各异的菱形孔及结构参数的优化设计可实现密封特性的提升。

倾斜菱形孔端面密封的性能研究

基于流体润滑理论模型,采用数值模拟的方法分析几何参数和操作参数对机械密封泄漏率、液膜刚度和开启力的影响规律,探讨倾斜菱形孔上、下游泵送效应对密封性能的影响机理。结果表明,双向倾斜菱形孔织构端面能够使机械密封的动压效应显著增强,泄漏率明显降低及液膜稳定性更可靠;在较低转速时,双向倾斜菱形孔织构可使密封端面迅速打开,能够有效减少启动时两端面间的摩擦和磨损,同时还能降低倾斜菱形孔织构密封的泄漏率;在研究的工况条件下,非倾斜菱形孔织构密封的液膜稳定性(即变工况自适应能力)在三者(即双向、单向与非倾斜菱形孔织构密封)中是最佳的;并得到了倾斜菱形孔端面密封的反向开孔比、孔倾角、面积比和孔深等几何参数的优化取值范围。

矩形高层建筑中开菱形孔钢板受压稳定试验研究

为了提高矩形高层建筑中开菱形孔钢板墙的稳定性,提出一种基于力学模型分析的开菱形孔分析模型,推导了钢板墙中菱形孔带的受压力和稳定性分析的理论公式,并以开菱形孔尺寸为主要参数,对开菱形孔钢板墙进行了受压稳定性试验。试验结果表明:当菱形孔的宽度适中时,开菱形孔钢板墙的承载力和稳定性较高,能够满足矩形高层建筑中对于钢板墙的稳定性的要求;当菱形孔的参数h/a、h/b、h/H、h/t(其中h为菱形孔的高度,a为菱形孔带中间截面宽度,b为菱形的孔宽度,H为钢板的高度,t为钢板的厚度)分别减少时,钢板墙的承载力有着不同程度的增大,钢板墙的稳定性也随之增加。

菱形孔电解加工数值模拟及试验研究

以菱形孔加工为研究对象设计了菱形工具阴极圆形通液槽,模拟了菱形孔电解加工电场、流场变化情况,得到了菱形孔加工区域内电流密度、流速、压力、气泡率、加工轮廓的分布情况,分析了菱形孔棱角位置容易形成圆角的原因。研究开展了菱形孔电解加工试验,得到的加工试样与理论分析基本吻合,同时探讨了不同圆形通液槽横截面面积对加工平均电流、入口侧面间隙、底部侧面间隙的影响规律,其结果可为提高菱形孔电解加工精度提供依据和参考。

菱形孔织构端面密封3D流/固耦合模型变形及密封性能研究

针对菱形孔织构端面液体润滑机械密封,采用有限元法求解Reynolds方程,研究不同工况条件下、结构和材料的静圆环与之配对动圆环的力变形情况及摩擦扭矩、开启力和液膜刚度等的变化规律,分析端面变形对密封性能的影响。结果表明:菱形孔织构及静压差可使密封端面产生周期性波式和径向锥度变形,变形又将产生新的动压和静压效应,与原来的菱形孔织构和静压差产生的动、静压效应相互叠加,可显著增强机械密封的性能;弹性模量和密封环厚度对端面变形及密封性能也有较大影响;另外,端面变形并非均为有害行为,最小变形并非对应最佳密封性能,应针对具体工况、结构和材料对端面密封进行优化设计,以期获得最佳密封结构。

乙烯超燃燃烧室菱形孔射流的数值优化

为分析相同面积条件下菱形孔的不同长宽比、不同偏转角度对超燃燃烧室中的流动特性影响,对低动压喷射的超声速流场进行了数值模拟。研究结果表明:在计算的6种长宽比构型中,长宽比为5构型燃料穿透能力和掺混特性最强,但此时对称面上总压损失变大;在计算的3种偏转角构型中,偏转角度为30°构型的燃料掺混特性和燃料的穿透能力最强,但此构型在远流场处抬升能力变弱,羽流质量中心高度出现下降。

开菱形孔钢板墙性能参数分析

提出一种开菱形孔钢板墙,采用有限元程序Abaqus对开孔参数和蝶形带参数进行数值分析,研究不同参数变化对其抗震性能的影响,结果表明:增大加劲肋宽度时,小高宽比开孔墙比大高宽比开孔墙的临界屈曲荷载增幅较大;当增大开孔参数α或β,或减小γ、θ,初始刚度和极限承载力都将增大,但延性将变差,耗能性能减弱,建议合理选择参数满足α≤0.25且β≤0.25,使蝶形带以弯曲变形为主;相对而言,大高宽比的开孔钢板墙具有更好的延性和耗能效率;初始缺陷幅值较小时,其对极限承载力的影响较小。采用壁式框架对开菱形孔钢板墙模型进行简化,分析表明该模型能满足工程精度要求。

双菱形孔钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能研究

现有双钢板混凝土组合剪力墙在地震作用下,混凝土压溃过于集中滞后导致结构难以充分利用混凝土的压溃疏松脱落来持续耗散地震能量。为此,在现有组合剪力墙研究的基础上,提出在钢板上布置孔洞的设计构造。设计制作一榀按照1∶3缩尺的双菱形孔钢板约束混凝土组合剪力墙板,对其进行低周往复荷载试验,分析其破坏形态、滞回特性、耗能能力等抗震性能。同时,对构件进行数值模拟,验证有限元模型的可行性。研究结果显示:双菱形孔钢板混凝土组合剪力墙终止加载时,层间侧移超过了1/100,表明试件具有良好的抗震延性;试件在加载过程中混凝土板压力场与钢板拉力场协调一致,共同承担组合剪力墙的抗震性能;数值模拟与试验较为吻合,可为相关研究提供参考。

菱形孔支撑板换热器的流动和传热性能研究

弓形折流板换热器作为最常见的传统管壳式换热器,其存在着容易结垢、流阻过大等缺陷,文章针对菱形孔支撑板换热器,通过数值模拟方法进行流动和传热性能研究。结果表明,两种菱形孔支撑板方案的壳侧努塞尔数Nuo相较于弓形折流板方案分别提高了52.20%和51.95%,为异型孔纵向流换热器的优化与选型提供设计参考。

开菱形孔钢板剪力墙受力性能研究

为提高材料利用率与剪力墙的抗震性能,提出一种菱形孔平面钢板剪力墙,给出了简化分析模型,推导了钢板墙中蝶形带的承载力、柔度以及钢板墙整体初始弹性刚度的理论公式,并通过数值分析验证了理论公式的有效性。以开孔尺寸作为主要参数,对开孔钢板墙进行了非线性有限元模拟。结果表明:当开孔宽度适中时,开菱形孔钢板墙与带竖缝钢板墙的承载力相差较小;蝶形带存在三种平面内破坏模式,即弯曲、整体弯剪、局部剪切;当参数h/a、h/b、h/H、h/t(h为开孔高度,a为蝶形带中间截面宽度,b为开孔宽度,H为钢板高度,t为钢板厚度)分别减小时,承载力和弹性刚度都有不同程度的增大;h/a较大时,钢板剪力墙的滞回曲线较饱满,等效黏滞阻尼比较大;减小h/t会显著提高其承载力,但延性变差。

菱形孔射流在超声速流场中的气动特性

针对带有横向射流的三维超声速流场进行数值模拟,分析了菱形结构喷孔与普通圆孔的差异,并探讨了不同喷射角度下菱形喷孔对流场的影响.研究结果表明:与普通圆孔相比,采用菱形孔射流能够减弱弓形激波的强度、降低总压损失,增加燃料的穿透高度,但是在展向方面两者对于燃料的扩散能力基本相同;随着喷射角度的增加,燃料的穿透高度表现出先增加后降低的趋势,在计算的3种模型中,喷射角为60°表现出更好的特性;喷射角度在一定范围内变化时,总压损失的改变不明显,但是过大的喷射角度会导致总压损失迅速增加.通过研究进一步认识了菱形孔射流的流场特性,为优化喷射装置提供依据.

形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能

目的为解决传统开长缝的剪切型金属阻尼器应力集中以及焊接产生的热效应影响,提高阻尼器耗能能力,提出一种采用等强度线优化开孔形状的菱形开孔剪切型金属阻尼器.方法根据弹塑性力学理论寻找耗能单元截面在受弯、受剪条件下屈服强度相等的曲线,将该等强度曲线所围成的四边形作为对阻尼器耗能板的开孔形状,并推导了阻尼器弹性等效刚度与屈服强度的设计公式;对阻尼器耗能单元进行材料试验,基于真实的材料本构关系数据建立了精细化有限元数值仿真模型,模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并比较了开长缝和开优化形状菱形孔阻尼器的减震性能.结果屈服强度的仿真结果与计算结果误差小于2%,刚度误差小于1%;相比传统的开长缝钢板阻尼器,形状优化的菱形开孔阻尼器累积等效塑性应变最大值减小为24.3%~37.5%;加载位移角小于1/20工况时,耗能未明显提升;加载位移角超过1/20工况时,形状优化的菱形开孔阻尼器单位体积耗能率增加多至32.9%.所建立的有限元模型是基于真实材性试验数据给出的,能更好地反映阻尼器金属的力学行为;设计公式计算结果与数值仿真结果吻合较好,可作为该类阻尼器的设计公式.结论与开长缝的钢板阻尼器相比,形状优化的菱形开孔阻尼器的强度随着滞回行为而稳定强化,具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力,塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小.

菱形开孔剪切钢板阻尼器的形状优化研究

矩形钢板阻尼器在剪力作用下耗能腹板各处受力不均匀,部分区域率先进入塑性而破坏,造成材料浪费甚至阻尼器延性欠佳。为使剪切钢板阻尼器充分发挥材料性能,可将矩形腹板开菱形孔,形成中部菱形孔钢板阻尼器,或两端去除半菱形,形成X型钢板阻尼器。然而,孔洞最优形状鲜有研究,而形状优化方法也很少提及。为了使菱形开孔剪切钢板阻尼器达到更好的滞回性能,对中部菱形孔和X型两种腹板开孔形式的阻尼器进行形状优化。在与试验结果验证的基础上,基于ABAQUS软件平台建立有限元分析模型,利用PYTHON语言开发了一种脚本优化方法,并与软件优化模块对比,分析优化前后的塑性分布和滞回耗能。结果表明,优化后最大塑性应变减小,塑性分布更均匀,利用脚本方法优化后的滞回曲线更饱满,耗能更好,为菱形开孔剪切型阻尼器的设计和优化提供了参考。

孔口应力集中问题的Cosserat连续体有限元分析

采用四边形四节点和四边形八节点2种Cosserat连续体单元对一般平面应变条件下的圆孔、椭圆孔以及菱形孔的应力集中现象进行了数值模拟.结果表明:当孔口变得尖锐时,应力集中因子与应变梯度显著增大;经典的连续体单元可能会过高估计应力集中因子,而Cosserat连续体单元则可以反映孔口的大应变梯度和微结构的影响,从而弱化应力集中因子.为了模拟接近不可压缩或几乎不可压缩材料的孔口应力集中问题,引入了独立的压力场,并基于Hu-Washizu混合变分原理发展了一个四边形四节点单元u4ω4p.数值结果表明,u4ω4p单元与八节点单元能较好地模拟不可压缩材料中的应力集中现象.此外,鉴于其计算工作量小、不易扭曲等优点,u4ω4p具有更广阔的应用前景.

微菱形织构表面旋转轴密封性能研究

综合考虑液膜空化及质量守恒边界条件,构建了轴面微菱形织构油封模型,通过数值计算获得膜压分布和微菱形孔结构参数对密封性能的影响关系。结果表明:微菱形孔所引起的动压效应可使膜压场产生变化,从而影响密封可靠性、润滑特性和泵汲效应;通过改变结构可控制泵吸方向、稳定液膜和减小摩擦。为提高稳定性和泵汲效应,并降低泄漏和磨损,选用半轴比γ=0.4~0.6、孔深h1=1.5~4.5μm和微孔旋转角α=40°~50°轴面微菱形孔织构更为合理。

锥形结构对锥孔组合型机械密封端面变形及密封性能的影响

考虑密封系统各组件间接触受力及封闭流体与端面间的力作用,提出锥/孔组合型动压机械密封,构建端面密封流/固耦合理论模型,并将相应的有限元软件与计算机语言编程相结合,通过迭代计算获得端面膜压场及其变形情况,探究端面锥度和锥面宽度比在低、高压工况下对密封性能的影响规律。结果表明:随锥度?的增大,高压区缩小,低压区扩张,孔区内液体所形成的压力峰值越来越陡峭,使得静圆环端面上产生周期性波式变形和倾斜锥度变形,变形情况与膜压场的形状相类似;动圆环端面锥度变形比较明显,波式变形不明显,且随?的增大,锥度变形也越来越大。无论是对于较低速、低压或是较高速、高压状态下的机械密封,当端面特征几何结构参数选取为锥度?=0.8~1.6、锥面宽度比γ=0.8~1时,机械密封均可获得优良的综合性能。

锥-孔组合型机械密封端面变形及密封性能分析

提出新型的锥-孔组合型端面机械密封,考虑液膜压场的变化规律与密封环受力变形的相互作用关系,构建了机械密封的3D流、固耦合数学模型,并给出相关的数值计算方法,获得了端面间膜压分布规律及端面变形情况,分析γ在高、低压工况下对密封性能的影响规律。结果表明:由菱形孔所引起的动压效应可使端面产生周向和径向波状变形,而静压效应随着γ的变化,在端面区域范围内所起作用也发生相应变化;对于压强较低和中等转速的设备,应优先选用γ=0的非锥度端面。对于较高压强和转速的设备,应优先选用γ=1或γ=0.2的收敛锥度密封端面。