基于CFD的新型结构静压油垫数值仿真技术

为了提高重载数控机床静压转台的承载能力和油膜刚度,提出了一种具有多环形流道油腔和阻尼型封油边结构的新型静压油垫,并对其性能进行了研究.在对静压油垫结构优化设计的基础上,利用CFD(computationalfluid dynamics)数值仿真技术,采用二维轴对称流动模型对新型结构静压油垫的流场特性进行了仿真分析,得到了新型静压油垫的内部流场特性,计算出油垫的承载能力和油膜刚度,并与单腔体、单平面封油边结构的静压油垫进行了对比.研究表明:新型静压油垫能通过在阻尼流道和阻尼槽内形成紊流,增加流动液阻,实现压力增益,并可在阻尼槽处产生局部静压效应,从而使新型结构静压油垫的承载能力和油膜刚度较传统结构静压油垫有所提高;此外,采用CFD技术有助于对复杂结构的静压油垫进行优化设计与性能计算,从而提高设计效率和计算准确性.     

不同腔形结构静压轴承油膜温升特性对比分析

静压轴承间隙润滑油膜的温升是导致轴承本体变形的主要因素,为了探究不同腔形结构下静压轴承油膜温升特性,对工程实际应用较广泛的扇形油腔、椭圆形腔、矩形油腔、工字形油腔四种腔形结构静压轴承油膜温度场数值计算,并对相同工况条件下等腔面积的四种腔形结构静压油膜温升特性进行了对比分析。结果表明:矩形腔和扇形腔静压推力轴承油膜温度场分布情况相似,与椭圆形和工字形腔不同,温升由高到低依次为工字形腔、椭圆形腔、扇形腔和矩形腔。该研究结果可为静压轴承热变形预测提供理论依据,并为工程中油腔结构设计提供参考。     

极端工况静压支承润滑状态的微间隙油膜形貌表征

极端工况条件下静压支承运行过程中的极易发生摩擦学失效且润滑状态极难获得,为解决此技术难题,设计一种新型油垫可倾式静压支承结构,形成静动压混合推力轴承,提出利用微间隙油膜形貌来表征静压支承润滑状态的想法。针对新型双矩形腔油垫可倾式静压支承,建立温升和功耗、热固耦合变形、流固耦合变形及油膜形状等数学模型。分析极端工况下微间隙油膜温度场和油膜压力场分布特征,求得摩擦副热力耦合变形,获取三维油膜形貌,判断静压支承润滑状态。搭建油膜厚度测量装置,获得油膜厚度状态,验证理论分析和数值模拟所获得的油膜形貌的正确性。结果表明：极端工况下该结构润滑效果大大改善,轻载高速时热变形起主导作用,油膜厚度差异较大。低速重载时力变形占主导地位,油膜较平滑。油腔外侧封油边交角处变形最大,此处油膜最薄,易发生摩擦学失效。     

基于毛细管节流多油垫静压转台理论和实验研究

针对毛细管节流多油垫闭式静压转台建立主轴系统动力学模型,应用Simulink软件得到了主轴系统在偏载下的动静态特性,分析了不同外载及不同加载位置对转台油膜厚度、油膜承载力、油腔压力及转台偏转角的影响.搭建了静压转台动静态特性实验装置,对8油垫静压转台进行了动态加载实验和正弦激励扫频实验.计算结果与实验结果比较表明:该理论模型具有合理性,为静压转台的优化设计和精密机床加工精度的提高提供依据.     

空间可展桁架结构动力学分析

采用广义逆矩阵方法分析空间可展桁架结构的运动过程。以笛卡尔坐标系下节点的自然坐标为未知量，建立桁架结构展开过程的动力学基本方程，将约束方程嵌入动力学方程，导出一组不含乘子且方程数目等于结构自由度数的动力学方程。采用主动校正法对数值分析的约束违约进行了修正。提出了一种切实有效的数学算法构造了约束方程及其雅可比矩阵，实时地模拟了结构收纳过程的约束条件。自行编制的仿真程序算例证明了该分析方法的正确性。     

笛卡尔坐标系在数控机床中的应用

右手直角笛卡尔坐标系是数控机床的标准坐标系。以此坐标系来判别数控机床的空间几何关系以及加工过程需建立的刀具半径左、右补偿,刀具的刀尖方位和数控加工中的顺逆圆弧方式,并总结出相关实用规则。旨在说明笛卡尔坐标系的实际应用,指出数控加工人员的一些判别误区。     

迪恩涡运动规律的数值研究

借助数值方法,在极坐标和笛卡尔坐标系下对迪恩涡运动进行了数学描述,在此基础上,以长500 mm、管径50 mm的90°弯管为例,从径向速度、轴向速度和速度环量3个因素出发,在不同的迪恩数下对弯管中迪恩涡的运动规律进行数值模拟.结果表明,径向速度在15°～75°截面上变化较小,而在入口和出口处则有剧增现象;轴向速度在整个弯管段呈近似波状变化;速度环量随迪恩数的增大呈近似抛物状变化.     

有大范围运动的柔性矩形板系统动力学建模

柔性矩形板是航天器上广泛应用的典型构件.用有限元法对柔性矩形板进行离散化处理,得到了体坐标系下的结点位移.在给定系统的大范围运动时,得到了柔性矩形板上任意点的速度和加速度,进而,依据Kane方程建立了含有结构阻尼的矩形板系统动力学方程.根据系统动力学方程,给出了数值仿真结果,同时提出了减小柔性体变形的方法.     

控制受限的非完整轮式移动机器人滚动优化镇定控制

研究了存在控制量约束的非完整轮式移动机器人的镇定控制问题.针对笛卡尔坐标下的机器人动力学模型,选取加权矩阵,给出了滚动优化控制的仿真结果.为了消除位置坐标之间的耦合关系,通过坐标变换获得极坐标下动力学描述并进行了仿真,与笛卡尔坐标系下的结果相比,控制性能有较大的提高.     

微斜面式重型静压轴承润滑油膜高速特性

针对重型装备制造业中大尺寸静压轴承高速运行易引起润滑失效问题,进行了变黏度条件下静压轴承高速运行时的楔形油膜润滑性能研究.该研究依据轴承润滑理论,推导出微斜面矩形腔流量方程、静压承载力方程以及不同转速和倾角影响的微斜面动压承载力方程,利用CFD原理和FLUENT软件仿真分析轴承在较高转速100、120、140、160、...     

三角形薄板单元位移函数构造方法研究

3结点9自由度三角形薄板单元位移插值函数的构造,目前是通过使用面积坐标来完成的,而事实上,它也可以使用直角坐标来完成。首次给出了直角坐标系下三角形薄板单元位移函数的构造方法,指出了位移函数构造的实质,论证了多种位移函数的存在性,从而完善了九参数薄板单元的经典位移函数构造理论。     

Tracking with nonlinear measurement model by coordinate rotation transformation

A new filtering method is proposed to accurately estimate target state via decreasing the nonlinearity between radar polar measurements(or spherical measurements in three-dimensional(3D) radar) and target position in Cartesian coordinate. The degree of linearity is quantified here by utilizing correlation coefficient and Taylor series expansion. With the proposed method, the original measurements are converted from polar or spherical coordinate to a carefully chosen Cartesian coordinate system that is obtained by coordinate rotation transformation to maximize the linearity degree of the conversion function from polar/spherical to Cartesian coordinate. Then the target state is filtered along each axis of the chosen Cartesian coordinate. This method is compared with extended Kalman filter(EKF), Converted Measurement Kalman filter(CMKF), unscented Kalman filter(UKF) as well as Decoupled Converted Measurement Kalman filter(DECMKF). This new method provides highly accurate position and velocity with consistent estimation.     

参数化的渐伸线及应用

通过圆的渐伸线展开原理，把极坐标点参数化，变换为直角坐标点，把极坐标曲线直接变换为正的或负的直角坐标曲线，这种变换简单直观易理解，能通过变换曲线对原曲线进行全面的了解，建立了两种曲线间的渐伸变换关系，得到了渐伸变换的主要性质。     

新型矩形钢管混凝土柱节点轴压传力机制研究

针对在矩形钢管混凝土柱楼层节点区钢管内设置分配梁和内环肋这种节点新形式,研究分析该设置传力构件的矩形钢管混凝土柱轴压荷载作用下的受力机理,揭示其能有效协调钢管壁与内部混凝土的变形与受力,迫使钢管壁与内部混凝土共同承受外荷载的功效.试验验证表明,节点设置传力构件改善了矩形钢管混凝土柱的受力性能,在此基础上提出了传力构件分配梁的设计方法.     

翅片的导热传递函数研究

为了分析翅片导热系统的动态导热特性，分别对等截面、三角形截面直形翅片和等厚环形翅片3种典型翅片的导热传递函数进行了研究.在一定的假设条件下将翅片的导热简化成了一维导热过程.经过拉普拉斯变换，将描述翅片一维非稳态导热过程的时域微分方程转换为复频域微分方程，由此推导出了上述3种翅片的导热传递函数.对某一具体的三角形截面直形翅片导热系统的动态特性利用导热传递函数进行了分析，得到了振幅比和相位差随翅片高度和温度激励的变化关系.结果表明，利用导热传递函数可以全面而直观地描述翅片非稳态导热过程的动态特性.     

坐标变换的干涉条纹处理方法

为了实现对闭合干涉条纹的处理,采用线性插值的原理,将笛卡尔直角坐标系下的闭合条纹转换到极坐标系下,利用二值化、细化算法提取条纹几何中心点的位置,经逆变换映射回原直角坐标系,分析得到与之对应的相位值.对实际采集的干涉条纹进行处理,得到PV值为0.403 6λ,RMS值为0.062 43λ.与Taylor Hobson轮廓仪对同一被测面的检测结果比较,PV和RMS值的偏差分别为3.7%和1.4%.     

用CASIO fx4800P编空间直角坐标与大地坐标之间相互转换程序

介绍fx4800P的特点及空间直角坐标和大地坐标之间转换的意义,应用相关的转换公式采用fx4800P微机编程以实现空间直角坐标与大地坐标之间的相互转换。其中空间直角坐标转换为大地坐标采用迭代计算的方法,B值迭代收敛至此10-10。     

超半球环形成像系统的图像恢复

在实现全景成像的光学系统中,采用圆柱面到平面投影的环形成像系统相比采用中心投影法的传统透镜系统具有边缘视场畸变小、便于图像恢复展开等优点.通过考察环形成像系统所成环形图像与矩形图像之间的映射关系,研究像面上子午弧矢方向最小分辨角的变化规律,得出了超半球环形成像系统在90°视场角处子午弧矢方向CCD采样角分辨率相同的结论,由此可把该视场角对应的圆环像作为基准来确定展开矩形图的宽度和高度.实际的图像恢复过程分为2步：首先将环形图像恢复成三维像空间中的圆柱面,然后把圆柱面展开得到恢复后的矩形全景图.图像恢复中最关键的90°视场角所对应的圆环像位置和环形图像中心点的确定可以用定标实验的方法实现,在图像恢复过程中采用三次样条插值法,得到了较好的恢复效果.     

分蓄洪区内河渠边界模拟方法

针对目前分蓄洪区内河渠边界模拟精度不高的问题,提出采用斜对角笛卡尔方法来处理分蓄洪区内沿网格斜对角方向布置的河渠边界问题,扩展了笛卡尔坐标系下平面二维水流数学模型功能,同时又改善了笛卡尔坐标方法锯齿边界拟合精度差的缺点.通过概化模型的计算,证明了该模型在理论上和方法上都是可行的,较好地解决了以往分蓄洪区河渠边界沿网格线布置精度不高的问题,使河渠边界流场更加合理.该方法可用于模拟分蓄洪区内含堤防和河渠对洪水演进的影响,为防洪调度提供参考.