载流管道在基础振动下的振动控制

根据舰船管道的实际情况 ,在载流管系的动态响应分析中引入基础振动的影响 .计算分析了舰船管道系统在流体激励、外部干扰力和基础振动情况下的动态响应 .研究了如何减小基础振动对管路系统振动的影响 ,通过计算分析 ,提出了比较有效的减振措施 .

载流管道振动频率计算的有限元-传递矩阵法

基于有限元理论,考虑管道与流体的耦合作用,推导出了一种计算载流管道固有频率新方法—有限元-传递矩阵法。这种方法力学概念清晰,易于应用。采用这种方法计算载流管道振动频率,不随划分单元数量的增加而增加矩阵的维数。在自激振动情况下,传递矩阵维数恒保持为6维,计算简单,并能保证有较好的精度。采用文中所推导的有限元-传递矩阵法,计算了一段悬臂载流管道在4种不同工况下的前四阶固有频率,并将文中计算结果与已有文献的实验和有限元法结果作了对比,验证了文中所推导方法的有效性和正确性。

海底载流管道轴对称波频散特性分析

海底载流管道是典型的土—固—液三相耦合问题。利用Flügge壳体运动方程,结合弹性动力学方程,建立海底载流管道轴对称运动时的频散方程,分析自由振动波的性质及其随频率变化的规律。结果表明管道周围的土壤介质对其自由振动波的传播特性影响显著,而土壤介质刚度的增大使得自由振动波的截止频率随之增加。

载流管道振动数值仿真与实验测试

载流管路在舰船上有着广泛的应用,其振动对于船舶设备安全以及船舶噪声大小都有较大影响。本文利用有限元软件Ansys的MFX模块,对流固耦合作用下载流管振动进行了仿真分析,并通过振动测试实验对Ansys仿真计算结果进行了验证,二者的一致性较好。

用MATLAB的特征值函数计算载流管系的振动模态

运用Matlab工具箱中提供的两个计算特征值的函数EIG和EIGS ,结合载流管系运动方程的特点 ,提出了一个用函数EIG和EIGS求解非比例阻尼系统特征值的方法 ,实践证明该方法快捷有效 。

两端固定载流管非线性振动IHB方法研究

增量平衡谐波法(IHB法)可用于求解两端简支载流管的非线性振动问题。考虑非线性约束及集中质量点的影响,利用Hamilton原理建立两端简支载流管运动微分方程,经Galerkin离散后,通过改变控制变量频率比得到系统的幅频特性曲线。讨论了系统运动参数例如速度、质量比、非线性约束刚度及质量点对系统幅频特性的影响。计算结果表明增量平衡谐波法是一种求解载流管非线性振动较为有效的方法。

舰船载流管道的动态分析

分析计算载流管道在外部激振力和流体激励下的动态响应 ,比较在不同激振力频率和不同管内流速情况下的管道动态响应 ,根据舰船管道的实际情况 。

船舶载流管道涡激振动数值模拟方法

长期涡激振动会造成船舶载流管道出现严重损伤,因此通过数值模拟方法研究船舶载流管道涡激振动情况。利用CFD软件数值模拟涡激振动,依据包含雷诺数与流体速度的湍流模型计算载流管道的阻力系数与升力系数;使用边界浸入法模拟流体场,有限元法模拟固体场,在CFD软件中通过流固耦合交界面无缝数据交换,完成实现流体与固体双向耦合计算,实现载流管道涡激振动数值模拟。算例分析表明,该方法能够模拟出载流管道涡激振动的锁定现象,准确反映出载流管道的多阶振动模态特性。

载流管道传播能量流研究

研究基于主动力方式的充液圆柱壳结构传播功率流分析,比较进行主动控制前后传播能量流的性质.振动能量流在外力作用点处输入到耦合系统以后,会随着振动波沿着壳体轴向传播.输入的能量流有一半沿正向传播、而另一半则沿反向传播.用各内力传播的功率流除以壳体中总的能量流,即可获得各内力所传播的能量流之间的相对值,从而确定振动波的性质是以弯曲波或拉伸波还是以扭转波为主.

载流滑动摩擦部件表面失效及其修复技术研究进展

滑动电接触部件在电能传递与转换过程中起着举足轻重的作用,其失效和损伤行为带来的安全因素和经济影响重大,因此对其失效机理和修复技术的研究成为当今热点之一.已有众多学者通过试验和计算机模拟仿真等手段研究了电接触部件的表面损伤机制和寿命预测,至今为止,已研究出载流摩擦部件的表面修复技术多达15种以上,修复材料更是有上百种.本文中首先介绍了电接触的基本概念,从有无电流载入2个角度概述了滑动摩擦部件表面失效形式,并从试验研究及仿真模拟研究2个方面对表面损伤机制的研究方法进行了归纳;最后综述了滑动电接触失效部件的表面修复技术和修复材料体系的研究进展,总结了目前滑动电接触部件研究领域存在的问题,提出了利用试验与仿真模拟相结合探究涂层导电耐磨自润滑机理并优化涂层质量的研究思路.

铜表面织构密度对铜/碳配副载流摩擦性能的影响

目的碳刷是大型水轮机组、风电、新能源汽车等装备中电机转子供电的唯一通道,在长期服役过程中其碳块磨耗过度,落粉现象严重,探索织构化对铜/碳配副载流性能和摩擦磨损性能的影响,提出改善碳刷服役性能的表面技术。方法在铜环表面制备不同织构密度的圆形微织构,与碳块构成滑动载流摩擦副,研究织构密度对铜/碳配副载流摩擦磨损性能的影响。采用光学显微镜、白光干涉三维形貌仪、扫描电子显微镜等表征手段分析试样的磨损形貌,并通过能谱仪分析铜环表面碳元素分布及含量,揭示织构化对铜/碳配副性能的影响机制。结果当织构密度从0%增至18%时,摩擦跑合时间下降了47.2%,碳块磨损量下降了31.8%,在同等名义接触面积下接触电阻增高了28.7%。结论铜表面织构化有利于收集和储存摩擦过程中产生的碳颗粒,促进碳转移膜的形成,织构密度的增加可有效缩短摩擦跑合时间、降低碳磨损率。由于织构化破坏了铜表面的连续性,且碳转移膜的导电性弱于铜,因此织构密度的增加导致接触电阻升高。铜表面织构化对于提高碳刷磨损寿命、减少落粉量有一定效果。

大气及真空环境下电流对柔性环滚动载流摩擦性能的影响

使用外滚道、柔性环和内滚道构成滚动载流摩擦副,对比研究了大气及真空(1×10-3Pa)环境下电流对柔性环滚动载流摩擦磨损性能的影响.随着电流从0 A增至20 A,电致黏着导致摩擦力随电流增大而增大.大气环境下氧化作用可促进摩擦表面材料剥落,导致磨痕宽度更大,进而导致大气摩擦力更高,表层塑性变形更严重.真空环境下氧化磨损被抑制,接触表面材料剥落和塑性变形相对较轻.电流从0 A增加至20 A,大气磨损面O与Cu原子比从0.379 7减少至0.144 3,真空磨损面O与Cu原子比从0.093 9减少至0.029 9.硬度测试显示:在塑性硬化和电致软化共同影响下,摩擦表层硬度随电流的增大先增加后降低,硬度最高点对应的电流为5 A,真空下电致软化效果更明显.

接触面积对H62/T2弹性接触载流摩擦副性能的影响

针对接触条件对电连接器热插拔条件下性能影响不明的问题,采用H62/T2弹性接触摩擦副,在微-滑动摩擦试验机上,对其进行往复滑动载流摩擦实验,研究了接触面积对H62/T2载流摩擦磨损性能的影响。结果表明:在给定电流为2 A、4 A、6 A条件下,随接触面积的增加,摩擦系数波动性降低,即摩擦过程的稳定性提高,平均摩擦系数和总磨损体积均呈现增大趋势;在电流为2 A条件下,当圆弧半径从1.5 mm增加至5.5 mm时,电流波动性减小,载流稳定性提高,载流效率η从98.26%提高至99.73%。摩擦副的摩擦磨损机制包括磨粒磨损、粘着磨损、电弧侵蚀且多机制耦合作用,随接触面积的增加,以熔融和喷溅为主的电弧侵蚀减少,以犁沟和粘着为主的机械磨损加剧。

六通道高温超导导体载流性能和交流损耗特性的仿真研究

为了满足未来聚变装置磁体系统大电流、强磁场以及优良机械特性的要求,提出一种六通道TSTC-CICC高温超导导体,并采用自洽模型和T-A法,对三种结构的六通道高温超导导体的载流性能和交流损耗特性进行了二维有限元仿真研究,其中结构1中带材堆叠方向垂直于径向方向,结构2中带材堆叠方向平行于径向方向,结构3中带材堆叠方式既有垂直于径向又有平行于径向两种方式。由研究结果可知,结构1导体的临界电流最大,结构2导体的最小,结构3导体的介于两者之间。结构1和结构3导体在低磁场下具有较好的临界电流各向同性特性。三种结构导体的临界电流随外磁场角度及磁场强度的变化各不相同。结构1导体的传输交流(AC)损耗最小,结构2导体的传输AC损耗最大,结构3导体的AC传输损耗介于两者之间。在不同角度的外磁场中,三种结构的导体表现出的AC损耗各不相同。

载流摩擦用铜-碳复合材料研究现状及展望

铜-碳(碳材料主要包括石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等)复合材料因其优异的导电性、导热性和润滑等性能,广泛应用在航天航空、轨道交通、电力电子、武器装备等领域的载流摩擦副中。随着载流摩擦副服役条件越来越苛刻,对铜-碳复合材料的使用性能要求越来越高。介绍铜-碳复合材料的种类和组成,指出铜-碳复合材料存在的问题如强度较低、铜基体与碳材料增强相之间不润湿等,综述铜-碳复合材料的界面改善、制备方法等,并对铜-碳复合材料的发展方向进行展望。

极端温/湿环境下弓网接触副载流摩擦学特性研究

弓网系统作为电力机车供电系统的主要构件,需长期暴露于自然环境中进行作业。受电弓碳滑板和接触线之间的接触状态极易受到外界环境即环境温湿度变化的干扰,从而对摩擦副之间的受流质量造成影响,甚至会威胁到列车的安全运行。因此,为了探究服役环境对弓网系统的载流摩擦学性能的影响,采用温湿度可控的往复式载流摩擦磨损试验台,控制服役环境湿度为10%RH和85%RH的碳/铜接触副分别在服役温度为-20℃,0℃和20℃中通入5 A和10 A电流进行载流摩擦试验。经试验数据以及表征分析得出:在无电流工况下,10%RH环境中的平均摩擦因数随着温度降低先减少后增大;85%RH中的平均摩擦因数随着温度的降低而增大;在低温载流工况下,在10%RH的服役环境中平均摩擦因数会随着电流强度的增加呈单调递增趋势,85%RH环境下变化趋势与之相反。另外,在10%RH环境中,铜材料转移和氧化磨损也会随着电流的增加而增强。随着温度不断降低,铜转移量先增加后减少,即在0℃时最高,其氧化程度随着温度降低而增高。然而,在85%RH环境中的铜转移量和氧化程度会随着电流强度的增强而降低,随着服役温度的下降,铜转移量减少但其氧化程度增加。试验研究结果将进一步为极端环境下改善弓网滑动电接触性能及提高受电弓碳滑板的使用寿命提供相关理论支持。

载流条件下导电润滑脂轴承的摩擦学性能

选用碳纳米管、纳米导电炭黑作为添加剂,制备了两种导电润滑脂,对两种导电润滑脂进行了滴点、热重、抗氧化性能等理化性能测试,并基于自主研发的轴承载流摩擦试验台进行轴承台架试验,观察并研究了轴承的载流摩擦学特性,探索润滑脂性能对轴承抗电蚀性能的影响。结果表明:加入碳纳米管的润滑脂,滴点并未下降,且热分解温度提高,氧化诱导期延长约44%,摩擦系数及磨斑直径变化不大,磨损体积减小约50%;加入纳米导电炭黑的润滑脂,滴点降低约40℃,热分解温度降低约3℃,氧化诱导期延长约4%,摩擦系数及磨斑直径变化不大,磨损体积减小约90%。两种润滑脂均可有效减小轴承的电蚀程度。

不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

在受电弓-接触网载流摩擦磨损过程中,接触线会产生不同的横截面形状,而接触线形貌的改变可能会影响弓网间的接触关系,进而影响弓网间的载流摩擦磨损性能。为研究不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响,利用环-块式高速载流摩擦磨损试验机,研究载流条件下常规形貌、麻点形貌、斜切形貌的接触线与浸金属碳滑板的摩擦磨损性能,比较采用不同形貌接触线时的摩擦因数、电弧能量和浸金属碳滑板的磨损量、表面形貌。试验结果表明:在直流电情况下,常规接触线与浸金属碳滑板组成的摩擦副的摩擦因数最小,滑板磨损量最低;采用斜切形貌接触线时的摩擦因数最大,滑板磨损量最大。通过SEM电镜观测浸金属碳滑板表面的磨损形貌,发现接触线为常规形貌时,滑板以氧化磨损为主,有较多的氧化物产生;接触线为麻点形貌时,滑板以电弧烧蚀和磨粒磨损为主,产生了细小裂纹和烧蚀坑,有较多的磨屑和剥落层出现;接触线为斜切形貌时,滑板以电弧烧蚀为主,有大裂纹和犁沟产生,并且烧蚀区域出现了较多的白色小球。研究表明,当接触线的形貌发生改变时,会导致滑板磨耗增加并加剧接触副电弧放电,从而恶化接触副的状态。因此,当接触线磨损变形严重时,应及时进行更换。

选择性激光熔化技术制备的Cu-10Sn合金的载流摩擦学性能

为提高Cu-10Sn合金接触线的力学及载流摩擦学性能,利用选择性激光熔化(SLM)技术制备Cu-10Sn合金,分析Cu-10Sn合金的组织结构及硬度等,研究不同载荷和电流对Cu-10Sn合金的载流摩擦学行为的影响;利用扫描电子显微镜对摩擦表面进行微观分析,揭示其磨损机制。试验结果表明:与载荷为10 N时相比,30 N时摩擦副的平均摩擦因数增大,接触电阻和电弧能量降低,磨损加剧;Cu-10Sn合金与GCr15球对摩,合金表面被氧化,铜元素被转移并粘附于对摩球上形成黏着磨损;与纯机械摩擦行为相比,载流条件下Cu-10Sn合金表面磨痕加深,黏着物、氧化物的数量明显增加,摩擦因数和磨损体积发生显著变化;小载荷小电流下磨痕表面出现电弧烧蚀现象;而电流为10 A时,磨损表面形成的氧化膜的润滑作用,减缓了材料的磨损。在无电流条件下磨损机制主要为疲劳磨损和黏着磨损;而在载流条件下,电化学氧化和黏着磨损显著增强。研究结论为SLM技术制备的铜锡合金应用于接触线等电传导接触材料提供参考。

镀银铜材料在大电流条件下的载流微动磨损特性

利用化学电镀方法在T2紫铜管表面镀银制备镀银铜试样,采用自主研制的切向微动磨损试验设备在圆柱/圆柱的正交点接触模式下进行室温载流切向微动磨损试验,探究了镀银铜试样在5 A电流以及不同法向载荷(5,10,15 N)和位移幅值(30,50,70,100μm)下的载流微动磨损行为及其磨损机制。结果表明:随着位移幅值的增加,镀银铜试样的载流微动磨损程度加剧,随着循环次数的增加,不同位移幅值下的摩擦因数整体呈先减小后增大最后趋于稳定的趋势,而接触电阻呈相反趋势,不同位移幅值下稳定阶段的摩擦因数相差不大;随着载荷的增加,载流微动磨损程度先变大后变小,当载荷为10 N时,磨损程度最大,此时有效接触面积较大,接触电阻较低;随着载荷的增加,稳定阶段的摩擦因数增大。镀银铜试样在磨损初期的磨损机制主要黏着磨损和氧化磨损,在磨损后期主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层,且随着循环次数的增加,氧化磨损程度加剧。