不同结构参数对高速开关阀液压力的影响研究

因其具有价格低廉、抗污染性强等优点,高速开关阀已被广泛运用到各种车辆的制动系统中,其动态性能直接影响到车辆的制动效果,而阀芯所受的液压力是决定高速开关阀动态特性优劣的关键参数。针对不同参数对高速开关阀液压力的影响,以及实际工程中阀芯液压力难以测量的问题,采用计算流体动力学(CFD)对高速开关阀进行了数值模拟。首先,基于有限体积法(FVM),建立了不同开度、压差、温度、以及结构参数(阀座节流孔直径和锥角)的三维仿真模型;然后,对比不同网格数量的仿真结果,排除了网格数量对于仿真结果的影响,并详细分析了各参数对液压力的影响,得出了高速开关阀液压力与各参数之间的变化规律;最后,采用响应面分析结合遗传算法对开关阀的结构参数进行了优化。研究结果表明:随着阀芯开度的增加,节流区域发生了转变;较大的压差会导致液压力产生较大幅度的变化;相较于高温,低温对液压力有着更加显著的影响;对结构参数进行优化后,最小开度的液压力提高了49.2%,提高了阀控制稳定性,为高速开关阀线性控制设计提供了理论基础。

中心复合设计的水力旋流器结构优化与试验研究

水力旋流器分离过程难以实现低能耗高效率的操作,现提出一种锥形溢流管的开缝结构。通过研究试验与响应面模型,以旋流器分离效率与压降为目标函数,实现锥形溢流管开缝层数、开缝位置及开缝角度的优化设计分析。针对100 mm型旋流器,采用中值粒径为41.52μm的玻璃珠细粉测试,实验结果表明:在一定范围内开缝定位尺寸对旋流器分离性能影响较小;开缝角度和层数对旋流器分离性能影响显著。得出最优组合是溢流管开缝层数为3层、开缝定位尺寸为5.3 mm、开缝角度为58°的旋流器。较之常规型水力旋流器,经多次实验得出入口流量为920 mL/s,旋流器分离效率增幅率为0.26%,达到最高,压降降低率为24.88%,可见节能效果显著。

基于风压分布特性的折叠网壳结构形状优化研究

针对风敏感结构折叠网壳存在抗风不利区域和风压梯度变化较大的力学行为,为优化其在风荷载作用下的表面风压分布,降低结构的风致响应,基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用Fluent软件对折叠网壳结构风压分布进行数值模拟的基础性研究,对比风洞试验结果,确定复杂体型结构数值模拟的计算域尺寸、计算域离散和湍流模型等关键参数的选取。在此基础上对8种折叠网壳结构形状优化方案进行分析,得到其分区体型系数和体型系数的标准差,对比结构初始形态表面风压,最终得到具有良好抗风性能的最优方案,化解了结构的不利风压分布。结果表明,CFD数值分析技术能够有效地解决风敏感结构在风荷载作用下的形状优化问题,为结构体型优化和研发新型野营房屋提供了一个设计方法和理论依据。

基于结构相似度的管道泄漏检测定位法

从时间序列角度出发,提出一种基于结构相似度准则的输油管道泄漏检测定位方法。首先采用局部投影降噪法去除动态压力波信号噪声,其次验证并选取固定长度的正常动态压力波信号子序列作为模板序列,并选取相同长度的现场采集动态压力波信号作为被匹配序列,构造两子序列信号对应功率谱,然后计算其归一化功率谱之间的结构相似度;最后,根据结构相似度判定输油管道是否存在泄漏现象,若发生泄漏,则自动确定泄漏位置。研究结果表明:该方法可有效判定和定位输油管道泄漏。

岩土中结构表面刚性压力传感器动匹配问题的数值计算研究

有限元计算结果表明：在升压时间大于０．３ｍｓ的动荷载作用下，结构表面刚性压力传感器动匹配误差与静匹配误差一样，都近似为零，可不考虑匹配问题的影响。

高压气刀吹扫流场仿真与出口狭缝结构优化

为提高高压气刀吹扫能力,增强气流的集束性和均匀性,降低气刀能耗,针对现有高压气刀结构和表面吹扫工况,综合分析供气压力、出口狭缝结构对目标表面射流冲击力的影响规律,建立吹扫能力评价模型,实现高压气刀的结构优化。分别对高压气刀内、外流域进行参数化建模,采用分块网格法对内、外流域网格进行加密处理,基于Fluent软件仿真分析了0.4~0.6 MPa供气压力下,不同出口狭缝尺寸的流场变化及相互影响规律;建立包含滞线平均压力、滞线压力标准差、压力半值宽和耗气量的吹扫能力评价模型。以正交试验和极差分析进行优化设计,仿真分析和试验结果表明,在供气压力为0.5 MPa,吹扫距离为80 mm工况下,出口狭缝高度为1.4 mm,出口收缩角度为12°时吹扫性能最佳。

旋转组合密封圈表面结构对密封性能的影响

为研究旋转组合密封圈表面结构对密封性能的影响规律,对方圈表面分别加工单槽和双槽等不同表面结构,利用ABAQUS仿真分析不同表面结构的旋转组合密封圈在完成过盈安装与流体加载后的应力及接触压力分布,并研究油槽宽度变化对组合密封性能的影响。仿真结果表明:在过盈安装与流体加载情况下,O形圈的最大von Mises应力均有所减少,而带槽密封圈最大von Mises应力都出现增长,且过盈安装状态下应力增幅较大;带槽密封圈接触面被油槽分为多段,每段接触压力曲线相似,而接触压力均有不同程度的增大;方圈最大von Mises应力值在过盈安装状态下随着宽度增加而增大,在流体加载状态下随着宽度增加有不同程度的减小。方圈表面增加油槽有利于在动密封面上形成多个动压润滑区域,对增强密封性能、改善润滑条件具有一定作用,但增加油槽后会增大方圈应力,增加疲劳损坏风险。

糙条新体型水力特性数值模拟与试验研究

以往的溢洪道弯段消能导流措施多适用于宽深比(溢洪道宽度与平均水深之比)较小的弯道,对于宽深比较大的弯段溢洪道消能导流问题研究较少。结合新疆"635"溢洪道整治工程,在一般工程措施解决弯段溢洪道横向环流的基础上,提出糙条辅助消能工的新体型。为深入探究糙条的水力特性及导流机理,通过模型试验结合数值模拟的研究方法;基于RNG k-ε湍流模型对弯段溢洪道7种工况进行数值模拟计算,并与试验结果对比研究。结果表明:针对大宽深比弯段溢洪道的消能导流问题,糙条新体型有传统辅助消能工无法取代的优势,且在解决弯道环流、降低水面横比降、缩短下游调整段距离的同时,水面流态依然较传统型消能工优越。

基于单目视觉的压力传感器三维重建研究

压力传感器模块结构呈对称式设计,单纯的二维图像难以表征表面缺陷的位置与缺陷处的三维信息,因此提出一种基于特征提取的三维重建方法来解决缺陷位置不明确的问题。首先,使用改进SIFT算法对实验图像特征提取并匹配特征点。其次,使用运动恢复结构生成稀疏点云。然后,使用PMVS算法将点云稠密化。最后使用泊松表面重建算法完成模型三维重建。实验结果表明:压力传感器模块三维重建模型能够有效表征表面缺陷位置,可以为下一步实现自动远程监测压力传感器模块表面缺陷提供技术支撑。

结构界面单膜电阻式微型土压力盒室内砂土标定方法研究

微型土压力盒室内砂土标定试验是提高相关地下结构模型试验精度的主要方法.本研究探讨了土压力盒的埋设方式、上部填砂厚度、标定桶尺寸对结构界面单膜电阻式微型土压力盒室内砂土标定试验结果的影响.研究结果表明,将土压力盒嵌入底板内的埋设方式能够降低标定误差,同时若想提高模型试验中土压力盒的量测精度,需采用与模型试验一致的埋设方式进行室内砂土标定试验;随着上部填砂厚度和标定桶尺寸的增加,标定误差呈现先减小后增大的趋势;为了降低微型土压力盒室内砂土标定试验的标定误差,建议土压力盒的埋设方式为嵌入底板内,上部填砂厚度为所用土压力盒直径的3~4倍,标定桶直径为所用土压力盒直径的8.6~10倍.

FINITE ELEMENT ANALYSIS OF A VERTICAL RECTANGULAR PLATE COUPLED WITH AN UNBOUNDED FLUID DOMAIN ON ONE SIDE USING A TRUNCATED FAR BOUNDARY

The dynamic pressure distribution on a rectangular plate attached to a rigid wall and supporting an infinitely large extent of fluid subjected to a harmonic ground excitation is evaluated in the time domain. Governing equations for the fluid domain are set considering the compressibility of the fluid with negligibly small change in density and a linearized free surface. A far boundary condition for the three-dimensional fluid domain is developed so that the far boundary is truncated at a closer proximity to the structure. The coupled problem is solved independently for the structure and the fluid domain by transferring the acceleration of the plate to the fluid and pressure of the fluid to the plate in sequence. Helmholtz equation for the three-dimensional fluid domain and Mindlin＇s theory for the two-dimensional plate are used for the solution of the interacting domains. Finite element technique is adopted for the solution of this problem with pressure as nodal variable for the fluid domain and displacement for the plate. The time dependent equations are solved in each of the interacting domain using Newmark-fl method. The effectiveness of the technique is demonstrated and the influences of surface wave, exciting frequency and flexibility of the plate on dynamic pressure are investigated.