复杂薄壁壳体流固耦合仿真分析及试验研究

针对某涡轮增压器复杂薄壁燃进壳漏水现象,采用CFD流固耦合计算方法,分别仿真模拟了柴油机运行工况及增压器试验台运行工况温度、应力分布,并开展了试验测试。研究表明:燃进壳温度场分布均匀无突变,柴油机工况下燃进壳表面最高温度为212℃,最低温度为72℃,台位试验工况下,燃进壳表面最高温度为193.6℃,比柴油机工况减小18.4℃,台位试验测试与仿真模拟高度吻合,最大误差约为4.3%。应力计算表明:燃进壳应力分布均匀,柴油机工况下,最大等效应力为176MPa,最大等效应力小于材料屈服强度224MPa,安全系数1.27,台位试验工况下,最大等效应力分布在燃进壳冷却水流道,最大值约为230MPa。燃进壳理论计算应变与实际测试应变最大误差为4.11%,理论计算结果与实际测试结果吻合较好,燃进壳应力计算完全满足工程仿真精度要求,研究结成果为后续燃进壳寿命提升奠定理论计算基础。

叶片厚度变化对船用轴流涡轮性能的影响

目的研究船用轴流涡轮叶片厚度对涡轮性能的影响,为高性能涡轮设计提供参考。方法基于计算流体力学(CFD)仿真,模拟分析了2种叶片厚度下的叶片压力、涡轮流通特性及效率特性。结果在相同膨胀比条件下,当叶片厚度从16.12mm增大至16.61mm(叶根处宽度)时,折合流量下降。当膨胀比从1.5增大到2时,加厚叶片的折合流量从0.216增长至0.238,未加厚叶片的折合流量从0.219增长至0.243。当膨胀比从2继续增大时,涡轮流量随膨胀比的变化而趋于平缓。当膨胀比约为2时,涡轮效率达到最高。采用加厚叶片时,涡轮效率最高达到0.815;当膨胀比为1.5~2.68时,涡轮效率在0.8以上。当采用未加厚叶片时,涡轮效率最高达到0.808;当膨胀比为1.6~2.38时,涡轮效率才能达到0.8以上。结论转子叶片的加厚有利于降低能量损失,且叶片表面产生旋转涡流有助于减轻尾缘处的速度冲击,进一步降低了能量损失;但转子叶片过厚会限制流体的通量,使转子的通流面积减小,涡轮的折合流量减小;在大膨胀比条件下,加厚叶片涡轮的堵塞流量明显小于未加厚涡轮的。涡轮效率随膨胀比的增大而先增大后减小。随着叶片厚度的增大,涡轮整体效率增大,高效区范围增大。

空气涡轮机静叶片精铣工艺优化研究

空气涡轮机静叶片是涡轮机重要部件之一,通常为两半式叶片,中分面被分割叶片的精铣成形工艺是叶片加工的关键。传统铣削加工工艺会引起叶片上翘变形,中分面上的叶片出现错位变形,造成汽道不流畅,甚至导致零件报废。针对空气涡轮机TC4钛合金静叶片精铣时的变形问题,对传统铣削工艺进行优化,提出在叶片刚性较好时,先对叶片尾缘进行插铣精加工,再精铣叶身的新工艺。在整体加工余量较多时,先插铣加工叶片尾缘,在后续整体精铣中避开对尾缘的切削,避免尾缘在厚度较薄、刚性较差时因铣削受力引起形变的问题,新工艺解决了两半式静叶片精铣加工变形的难题,在涡轮机静叶片的加工生产中具有指导意义。

一种电液调速器的设计与开发

本文针对液压调速器稳态精度低、动态特性差的问题,设计开发了一种基于滑阀结构的电液调速器。首先,对电液调速器的结构和工作原理进行了分析,然后建立了各个组成的数学模型,并设计了基于转速和位置双闭环的比例-积分-微分(PID)控制器。接着,构建了柴油机调速系统的仿真模型,最后进行了仿真和台架试验。试验结果表明,该电液调速器在稳态时的转速波动率为0.2%,在动态时的稳定时间小于5s,瞬时调速率小于5%,具有良好的调速性能。

斜轴式轴向柱塞马达壳体的轻量化设计

针对国家“双碳”政策和斜轴式轴向柱塞马达轻量化的需求问题,以柱塞马达的壳体为研究对象,从材料和结构方面出发,提出了一种结合动态特性分析、强度分析、拓扑优化等的柱塞马达壳体轻量化设计方法。首先,利用AMESim对斜轴式轴向柱塞马达进行了动态特性分析,获取了斜轴式轴向柱塞马达的内部压力载荷激励,并将其作为马达壳体受力分析的边界条件;然后,选取铝合金ZL205A作为壳体的轻质材料,应用ABAQUS对轻质材料的壳体进行了强度分析,并验证了其可行性;利用ABAQUS的TOSCA优化模块,对壳体进行了无参拓扑优化分析;最后,根据优化迭代的最佳材料分布图,对模型进行了结构改进,并对其进行了强度分析验证。研究结果表明:在满足马达壳体结构设计要求的情况下,马达壳体质量由9.07 kg降低至3.38 kg,马达壳体质量相比优化前减小了62.7%;通过优化前后的结果对比,验证了该方案的可行性,实现了斜轴式轴向柱塞马达轻量化设计的目的。

气垫船减速齿轮箱腐蚀与防护工艺研究进展

叙述了气垫船减速齿轮箱在海洋大气和海水溅射环境下腐蚀与防护工艺的研究进展。介绍了气垫船减速齿轮箱长期处于高温、高湿、高盐雾以及海水溅射环境下的腐蚀特征和主要腐蚀类型,总结了减速齿轮箱中铝合金、合金钢、不锈钢等不同材质零件腐蚀防护技术的研究进展。最后,提出了海洋环境下气垫船减速齿轮箱的腐蚀防护需从结构设计、材料选型、加工制造、运输贮存、维护保养等方面着手,在充分利用现有表面处理技术的基础上,加强阳极氧化、微弧氧化、电镀、涂料涂层等技术的组合;强化腐蚀监测技术,有效预警防护层失效,同时大力研发海洋环境下长期有效、绿色环保的表面处理和涂层技术。另外,采用系统工程来提高海洋环境下金属材料的环境适应性,进而提高减速齿轮箱等部件的可靠性和安全性。

某船用摩擦离合器油路密封对花键失效影响的仿真模拟研究

某船用湿式多片摩擦离合器内置于齿轮箱,受结构限制,内部花键传动采用径向供油方式,在长时间的使用中,会造成供油环密封老化和磨损,使进入离合器内部润滑减少,造成花键损坏,对航行安全产生一定的影响,因此研究某船用摩擦离合器内部润滑油对花键长期运行磨损失效机理,进一步提高离合器长期运行可靠性。采用有限元仿真分析离合器内部油路在不同泄漏量下的流场、出口流量,通过离合器流量运转试验进行离合器花键失效的定性验证。通过离合器内部供油环密封间隙分别在0、0.3、0.5、0.7 mm时的出口流量和流场仿真可知,其出口润滑流量分别损失为3.67%、20.26%、35.57%、39.36%,导致出口流量减少1/3,无法满足离合器润滑量的需要,离合器无法得到及时冷却,使离合器花键的寿命大幅度降低;通过离合器流量运转试验,尤其是在极端缺油试验中,花键运行6 h就已经开始出现变色情况。某船摩擦离合器花键失效机理在于离合器长时间运行后,供油环密封长期磨损造成离合器内部供油泄漏,引起离合器花键供油不足,蠕动花键产生的热量无法快速被带走,使花键寿命快速下降。研究成果可为离合器长寿命周期可靠性研究提供参考。

船用液压微量泵内部设计研究

随着社会精细化分工以及人工智能、微小机器人等对柱塞泵日益轻量化、智能化、集控化需求的增加,传统柱塞泵已经不能满足各行业对微型柱塞泵日益增加的市场需求。然而,目前国内市场微型柱塞泵几乎仅有国外个别品牌,自主品牌的微型柱塞泵仍处于研发阶段。本文通过对多种柱塞泵的外形及连接方式、内部结构进行对比分析研究,提出一种新型插入式微量泵的外形安装方式及内部结构设计。

发动机喷嘴光学测量中光学畸变的修正方法

使用光学方法测量发动机喷嘴内部情况时,由于喷嘴透明固壁的曲面形状会引起光学畸变,从而影响测量的精度。针对该现象,采用理论分析的方法,以一个全新的角度详细阐述了一种光学修正方法,该方法适用于任意曲面状的透明固壁。将得到的光学修正方法应用在圆管中,获得的结果与现有的理论推导结果、实验结果一致。

基于HYDSIM的高压共轨系统参数优化设计

使用AVL HYDSIM燃油喷射系统仿真平台对高压共轨燃油系统进行参数优化设计,主要针对进油阀升程和进回油量孔直径进行了优化,同时对额定工况下高压油泵和喷油器性能进行分析。重点研究了出油阀出油量以及喷油器喷油一致性。通过分析仿真结果得出:升程与孔径优化后提升了高压共轨燃油系统的一致性,满足设计需求。