利用代数-阿基米德双螺线构建变截面涡旋齿组合型线

变截面涡旋机械组合型线由于不同类型曲线采用不同的模型参数,型线的数学模型较为复杂且连接条件不易通过显性计算获得.针对上述问题,提出由代数螺线-阿基米德螺线双螺线组合的新型涡旋型线.首先,基于共轭啮合理论求解螺线类涡旋型线曲线极角与主轴转角之间的关系,推导出螺线类涡旋型线的归一化数学方程.其次,根据组合型线的光滑连接条件建立双螺线涡旋型线连接点的约束方程,得到两类双螺线涡旋型线的几何模型.然后,定量分析了第一类双螺线组合型线参数(螺线指数、螺线系数和连接点极角)对涡旋齿几何性能的影响.最后,对比研究了双螺线组合涡旋型线的性能优势.结果表明:第一类双螺线组合型线几何表征简洁、无需进行齿头型线修正即可直接使用;在涡旋齿径向尺寸相同条件下,与传统圆渐开线涡旋齿相比,行程容积提升了7.61%,压缩比提升了27.42%,面积利用系数提升了7.61%.

Semi-analytical method for calculating aeroelastic effect of profiled rod flying at high velocity

The key technique of a kinetic energy rod(KER) warhead is to control the flight attitude of rods. The rods are usually designed to different shapes. A new conceptual KER named profiled rod which has large L/D ratio is described in this paper. The elastic dynamic equations of this profiled rod flying at high velocity after detonation are set up on the basis of Euler-Bernoulli beam, and the aeroelastic deformation of profiled rod is calculated by semi-analytical method for calculating the vibration characteristics of variable cross-section beam. In addition, the aeroelastic deformation of the undeformed profiled rod and the aeroelastic deformation of deformed profiled rod which is caused by the detonation of explosive are simulated by computational fluid dynamic and finite element method(CFD/FEM), respectively. A satisfactory agreement of these two methods is obtained by the comparison of two methods. The results show that the semi-analytical method for calculating the vibration characteristics of variable cross-section beam is applied to analyze the aeroelastic deformation of profiled rod flying at high velocity.

局部外形参数对高速飞行器的RCS影响

为了降低高速飞行器的雷达散射截面(radar cross section,RCS),采用多层快速多极子算法和物理光学法研究局部外形参数对飞行器雷达散射特性的影响。在此基础上,提出一种变半径弧形的边缘钝化形式,以提高飞行器仰视对抗能力。所提出的变半径弧形钝化外形具有良好的RCS减缩能力,与传统圆弧钝化外形相比,在前向重点角域内,RCS对数均值降低了22.88%;随着仰角的增大,变半径弧形钝化形式还具备全向RCS减缩能力,在全向角域内RCS对数均值降低了13.37%。最后,研究所提出的变半径弧形钝化方式在不同雷达波频段下的RCS特性,结果表明这种钝化方式对于频率较高时仰视对抗能力更好。

薄壁复杂变截面涡旋盘精密铣削组合参数优选与铣削力准确预测

为确定薄壁复杂变截面涡旋盘精密铣削过程最优加工参数,揭示铣削组合参数对铣削力的影响规律,提出一种基于多元回归分析与灰色关联度法的变截面涡旋盘精密铣削组合参数优选与铣削力准确预测方法。建立变截面涡旋盘的几何模型与精密铣削模型,并采用正交试验法分析各铣削参数对铣削分力的影响;基于多元回归法得到铣削力的预测模型,并对回归方程进行显著性检验;利用灰色关联度法探究了铣削参数与铣削合力间的紧密关联程度;最后通过铣削加工实验验证了铣削力预测模型并获得最优铣削参数。研究结果表明,铣削合力预测值与实验值的最大、最小和平均相对误差分别为9.02%、3.31%、6.16%,验证了模型的可靠性和准确性,为高精度变截面涡旋盘加工提供了方法和依据。

基于ABAQUS的刀具几何参数对铣削HT250铸铁变截面涡旋盘的影响

由于变截面涡旋盘加工比较复杂,且加工精度要求高,需考虑刀具几何参数。开展HT250铸铁变截面涡旋盘高速铣削仿真,研究刀具几何参数对其的影响,并通过试验加工出变截面涡旋盘实体;构建由三段基圆渐开线组成的变截面涡旋盘数学模型,建立三维铣削模型和简化后的二维铣削模型,基于ABAQUS软件分析加工时刀具前角、后角和钝圆半径对铣削力和铣削温度的影响规律,得到不同刀具几何参数的铣削应力云图和铣削温度分布云图。通过刀具几何参数对变截面涡旋盘铣削力和铣削温度影响规律的研究,为选择合理的刀具几何参数提供依据和参考,便于提高变截面涡旋盘加工精度。

热-力耦合作用下变截面动涡旋齿变形的研究

为了研究变截面涡旋齿的应力和应变,文章从涡旋型线方程入手,生成涡旋齿三维模型,建立气体载荷计算模型,采用试验方法测量涡旋盘各个位置的温度值,最后利用有限元软件分析,在气体载荷单独作用下和气体载荷与温度载荷耦合情况下涡旋齿的变形规律。结果表明:变截面涡旋齿在气体载荷和温度载荷作用下变形量很小,最大变形量仅为0.756μm,这位变截面涡旋齿的进一步应用提供理论支持。

一种变截面涡旋压缩机型线的构建与性能研究

针对传统变截面型线设计中因曲线类型不同和引入高次曲线而导致的设计过程复杂、加工难度大等问题,提出了一种利用加速螺旋线取代高次曲线的型线设计方法。基于该方法,构建了一种以加速螺旋线为主涡旋线的变截面型线,并建立了该型线的基本几何理论,研究了工作腔容积的变化规律,得到了轴向气体力与切向气体力随着主轴转角的动态变化历程。结果表明:采用相同类型曲线构建的变截面型线,不仅弥补了传统变截面型线的不足,而且在容积性能与力学性能方面更具优势。在相同设计参数条件下,与高次曲线构成的传统变截面型线相比,吸气容积和压缩比分别提高了39.51%和11.54%,最大轴向气体力与切向气体力分别降低了11.06%和8.58%。该研究成果对简化变截面型线设计及降低加工难度具有一定的参考作用。

涡旋压缩机的变截面涡旋齿及型线设计

针对现有涡旋压缩机涡齿径向多点啮合、运行噪音大、内泄露的问题,提出变截面涡旋齿及其型线设计方法,得到一种两点啮合的渐变壁厚涡旋齿,使得在一个公转平动工作循环中,动涡外壁三角函数渐开线与静涡内壁三角函数渐开线、动涡内壁三角函数渐开线与静涡外壁三角函数渐开线均为两点啮合.建立涡旋齿的几何理论,比较变壁厚涡旋齿和等壁厚涡旋齿的性能参数.结果表明,所提出的涡旋齿两点接触使压缩机运行平稳、噪音低、内泄露少、能效高.

圆渐开线变截面涡旋压缩机型线的参数优化

圆渐开线变截面涡旋压缩机的优化设计均以几何性能为目标。为了得到在几何性能和力学性能方面更为优越的涡旋压缩机,文章建立圆渐开线变截面涡旋压缩机压缩比和轴向气体力的数学模型,分析压缩比和轴向气体力随型线参数的变化趋势;结合几何性能和力学性能,以压缩比倒数和轴向气体力为目标函数,利用多目标遗传算法对其进行优化,得到不同参数变化下的非劣解集。对优化型涡旋盘与未优化涡旋盘进行的定量分析结果表明,优化型涡旋盘的压缩比提高了16.14%,轴向气体力降低了5.62%,证明了优化的可行性。该研究为圆渐开线变截面涡旋压缩机设计时型线参数的选取提供了一定的参考。

大截面型钢混凝土梁自承重平台施工技术

结合工程实际,针对变截面H型钢混凝土梁悬挑长度长,施工工期短、场地狭小的施工难题,进行相应的技术攻关。在确保施工安全及不影响下部混凝土结构施工的前提下,经过方法创新,采用自承重吊模、高空下挂操作平台及高空支模平台完成了劲性型钢混凝土梁的支模与浇筑。实践表明,由自承重吊模、下挂操作平台及高空支模平台组成的高空平台施工技术具有安全可靠、施工简便、节省工期、降低成本的优势,值得在工程中推广应用。

翼缘纵向变厚度工型截面梁变形性能试验

为研究翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形性能,对2根翼缘纵向变厚度工型截面梁与2根等厚度梁进行静力加载对比试验,同时采用有限元软件ANSYS进行数值模拟.变厚度梁翼缘材料为Q345GJC等级纵向变厚度钢板,加载方式包括单点加载和两点加载.试验结果表明:试件均发生明显的板件局部屈曲;采用翼缘纵向变厚度工型截面简支梁,不仅可以在保证承载力的情况下大大减少用钢量,而且可以获得更大的强度储备;也可以达到密实截面的变形要求,满足塑性设计要求.有限元结果与试验结果吻合良好.该试验结果可为翼缘纵向变厚度工型截面钢梁的塑性变形设计提供依据.

变截面涡旋压缩机型线的研究

利用微分几何学中共轭曲面啮合原理,推导出涡旋齿啮合的基本条件方程式,并在此基础上提出了一种新的混合型线.通过描述新型线的设计及在AutoCAD上的实现过程,为变截面涡旋压缩机的设计工作提供了一种新的思路和方法.

涡旋压缩机复杂变截面涡旋型线高速加工研究

针对变截面涡旋压缩机涡旋组合型线的复杂性,齿槽窄、齿高厚比大、变形量大和加工精度要求高且在高速切削中易产生颤振等加工难点,利用有限元法获取粗、精加工涡旋盘的实体模型,键槽铣刀和立铣刀的模态参数,并通过MATLAB软件得到进给速度和激振频率的拟合曲线,切削速度和激振频率的拟合曲线,避免了粗、精加工切削参数选择不当引起的振动,为高速切削用量的选择提供了理论依据。通过切削实验加工出了变截面涡旋盘,证实了方案的高效可靠性。

变截面涡旋盘齿面粗糙度的双预测模型

目的精确预测三段基圆变截面涡旋盘齿面粗糙度,确定合理的铣削参数,提高变截面涡旋盘齿面的加工质量。方法首先在正交试验的铣削参数条件下,用XK714数控铣床对毛坯件进行铣削加工,获得三段基圆变截面涡旋盘,用SJ-210表面粗糙度测量仪测量已加工涡旋齿侧面的粗糙度值。然后利用铣削参数和测量的粗糙度值,建立齿面粗糙度的多元回归预测模型和改进的BP神经网络预测模型及双预测模型,并验证该三种模型的精确度。最后对单一因素条件下的粗糙度进行预测、分析。结果经过计算可得,齿面粗糙度的多元回归预测模型的平均误差为1.43%,最大误差为3.09%。改进的BP神经网络预测模型的平均误差为1.33%,最大误差为3.22%。两种模型的预测平均值作为双预测模型时,预测平均误差为0.627%,最大误差为1.51%。结论齿面粗糙度的双预测模型的平均误差明显降低,同时可以避免单一预测模型产生主观预测误差。各铣削因素对粗糙度的影响程度不同,进给量fz>吃刀深度ap>刀具转速n>侧吃刀量ae。随着进给量、吃刀深度、侧吃刀量的增加,齿面粗糙度值增加;随着刀具转速升高,齿面粗糙度值降低。

变截面异形杆空中运动特性理论研究

为了提高离散杆战斗部对目标的毁伤效果,提出了一种变截面异形杆设计方案。以爆轰作用后异形杆的初始状态为初始条件,考虑空气阻力对杆条运动的影响,建立了杆条空中运动方程,对比了相同初始条件下长径比相同的柱形杆和异形杆的速度、角速度变化规律。计算结果表明:与柱形杆相比,当杆条与战斗部无安装角时,变截面异形杆在飞行一定距离后能够在保持较高存速的同时获得较好的侵彻角度,近似于正侵彻目标,产生较好的侵彻效果;当杆条与战斗部有安装角时,变截面异形杆也可以在一定飞行距离内形成不连续的杀伤环切割目标,达到与等截面柱形杆相同的毁伤效果。该研究结果对相关离散杆战斗部研究具有一定的理论参考价值。

IHV变截面涡旋型线等效齿厚计算模型与几何性能分析

针对等截面涡旋型线压缩比小和效率低的问题,提出一种由基圆渐开线-高次曲线-变径基圆渐开线(IHV)组合成的变截面涡旋型线,以发挥各类曲线的优点。依据法向等距线法建立了涡旋数学模型,综合考虑基圆半径、变径基圆变径系数以及型线连接点渐开角等几何参数提出IHV型线涡旋齿等效齿厚计算模型,得到齿厚随渐开角变化规律并定量分析了各参数对型线齿厚的影响。建立IHV型线行程容积、压缩比和泄漏线长度等性能指标计算模型并对其性能进行评估。研究结果表明:变径系数时,与圆渐开线构成的等截面型线相比,IHV涡旋型线行程容积增大5.82%,压缩比增加6.95%,径向泄漏线长度缩短26.80%;与常见的IHI变截面型线相比,行程容积和压缩比分别提高6.57%,7.85%。

变截面涡旋齿组合型线的径向铣削厚度分析

变截面涡旋齿是新型涡旋压缩机的核心部件,其加工精度决定了压缩机的工作性能。该涡旋齿型线由曲率时刻变化的复杂曲线组合而成,齿型线轮廓度、表面粗糙度等加工精度要求很高。在涡旋齿铣削加工中,给定的径向铣削厚度随型线的曲率变化而变化,若参数选择不好,会使铣削状态恶化,加剧刀具磨损,影响加工精度和效率。文章以三段基圆渐开线组合齿型线为研究对象,分析涡旋齿型线的曲率半径并对型线的刀位轨迹进行处理,建立铣削涡旋齿型线壁面的径向铣削厚度模型。揭示了径向铣削厚度随刀位轨迹的变化规律,为建立变截面涡旋齿型线铣削力模型奠定了理论基础,为控制涡旋齿加工变形,提高加工精度提供了有效途径。

变截面复杂涡旋型线的加工几何与力学仿真

由于变截面涡旋压缩机型线非常复杂,加工精度要求也非常高,导致在通用数控机床上实现高效、高精、高可靠性量产面临诸多困难。文章利用CAD建立变截面涡旋齿实体模型,CAM进行加工策略规划。结合加工条件,建立了圆柱立铣刀动态切削力模型,针对不同加工策略,进行切削力时域仿真,获取了相应的颤振稳定域图,优化了切削参数。最后利用Vericut软件对实际加工特性进行可视化仿真,实现了几何仿真和动力学仿真的完美结合,获取了涡旋齿的过切和残留量。实现在首次生产时,就能加工出合格零件,从而节约时间和成本,提高加工质量,最大限度地发挥现有装备、工具以及加工工艺的生产力。

涡旋膨胀机的性能模拟

为了研究涡旋膨胀机的性能特点,从等截面和变截面涡旋膨胀机的几何模型出发,分析了等截面和变截面涡旋膨胀机容积在一个运转周期内的变化情况。基于质量和能量守恒构建了涡旋膨胀机的整体数学模型,通过对数学模型的求解,得到了涡旋膨胀机工作腔内工质的压力、温度和质量随主轴转角的实际变化规律。通过对涡旋膨胀机数学模型的定量化分析,揭示了等截面和变截面涡旋膨胀机几何参数对其性能的影响规律,为涡旋膨胀机类型的选择以及涡旋膨胀机的性能优化研究打下了基础。

二阶可微型线对涡旋压缩机性能的影响

针对传统变截面涡旋型线在构造形式上采用一阶可微连接方式时存在型线不光顺的问题,提出一种基于二阶可微的涡旋型线连接方法。利用该方法建立了吸气腔、压缩腔和排气腔的容积模型,并对作用在动涡旋上的轴向、切向和径向气体力在实际工况参数下进行了模拟计算。计算结果表明:涡旋型线的连接方式对涡旋压缩机容积性能和动力性能的影响比较显著;相比于一阶可微,采用二阶可微连接方式,行程容积和压缩比分别提高了19.20%,17.13%,轴向力、切向力和径向力均明显减小。可见,采用二阶可微连接方式的变截面型线涡旋压缩机,容积性能较高,动力学优势会更加突出,研究方法和结果可为涡旋压缩机设计提供参考。