气体静压球轴承的静特性分析及其实验研究

针对空气静压球轴承雷诺方程求解困难的问题,应用Matlab PDE工具箱提出了一种比较方便的数值求解方法,该方法通过坐标变换将气体润滑三维球面展成二维矩形平面,再将球面轴承的Rey-nolds方程变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,进而以Matlab PDE工具箱为求解器,编制迭代计算程序,对其静特性进行计算。并研制了一套基于空气静压球面轴承的主轴样机对数值仿真结果进行验证,结果表明该方法比较理想,该方法在流体润滑领域有一定的应用前景。     

气体静压轴颈轴承的静特性分析及其实验研究

针对雷诺方程求解困难的问题,应用Matlab PDE工具箱提出了一种比较方便的数值求解思想,对气体静压轴颈轴承的静态性能进行了研究,将其计算结果与其它分析方法的计算结果进行了比较,并通过实验验证,表明该方法的计算结果十分理想而且非常稳定,证明将该方法应用在流体润滑领域的可行性。     

基于MATLABPDE的气体润滑球轴承的数值分析

针对球轴承雷诺方程求解困难的问题, 提出了一种基于MATLAB PDE的数值求解方法.该方法将气体润滑三维球面展成二维矩形平面,再将球面轴承的Reynolds方程变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,进而以MATLAB PDE工具箱为求解器,编制迭代计算程序,从而实现气体轴承静态性能的高精度计算.该方法具有较高的精度,可用于计算可压缩流体的润滑问题.     

基于MATLAB的流体润滑求解和可视化研究

讨论了如何利用MATLAB中PDE工具箱和窗口函数 ,进行流体润滑问题的求解和可视化。把润滑问题转化为MATLAB中的标准函数形式 ,然后利用PDE工具箱和主窗口函数以及少量编程 ,采用三角形单元划分 ,对无量纲雷诺方程进行有限元求解 ,获得了油膜压力、压力梯度和其他静特性。经验表明 ,利用MATLAB中PDE工具箱和主窗口函数 ,能方便而高效地进行某些润滑问题的求解 ,并对求解结果进行求解可视化。     

动压气体轴承性能计算方法研究

通过数学变换，将动压气体润滑Reynolds方程变换成标准的椭圆型偏微分方程形式，以MATEAB PDE（partial differential equation）工具箱为求解器，编制迭代计算程序，实现动压气体轴承性能的高精度计算。文中的计算结果与以往发表的数值计算结果非常吻合，这表明所提出计算方法的正确性。文中计算方法的思想可以推广应用于其他类型轴承的性能计算及其他类型偏微分方程问题的求解中。     

计算广义Rayleigh商的泛灰数学方法

将不确定结构中的区间参数用泛灰数表示,对获得广义区间特征值方程的求解方法进行了研究,提出了一种简洁的算法.利用泛灰数的可扩展性对区间问题进行了分析,通过数学算例说明泛灰数不仅具有区间分析功能,且能解决区间分析所不能解决的问题.根据广义Rayleigh商的性质和对区间特征值的单调性分析,研究了广义区间特征值方程的求解方法,提出了一种基于泛灰数学的计算广义Rayleigh商法.将此算法应用于两个算例,通过与其他算法结果比较,验证了该方法具有计算简单、准确可靠,故有一定的工程应用价值.     

基于遗传算法和神经网络的六自由度并联平台位置正解

位置正解是并联平台机构应用的基础。提出了用GA +BP混合算法求六自由度并联平台位置正解的方法。首先用改进的Newton Raphson法对数学迭代模型进行求解运算 ,将所得的输入输出数据组作为训练样本 ,再用GA+BP混合算法对该模型进行了精确求解 ,仿真研究表明GA +BP混合算法运算速度快、计算精度高 ,用于求解并联平台机构的位置正解是一种比较理想的方法。     

半导体炉管区批调度问题的粒子群优化算法研究

为改善粒子群算法对大规模问题求解的性能,提出了一种基于文化进化的并行粒子群算法,详细阐述了该算法的原理和具体实施方案.针对半导体炉管区批调度问题,设计了双层粒子群算法,外层应用基于文化进化的并行粒子群算法进行批量计划问题的求解,内层采用传统的粒子群算法求解调度问题.通过对其他文献中的仿真实例进行计算和结果比较表明,该算法优于文献中的启发式算法和蚂蚁算法.     

基于坐标测量机和拟粒子群进化算法的圆柱度误差检测与评定

建立了任意位置下基于坐标测量机检测的圆柱度误差最小区域解的数学模型,提出了采用拟粒子群进化算法求解最小区域圆柱度误差新方法。该算法使用实数编码,由拟随机Halton序列产生粒子的初始位置和速度,基于浓缩因子法修改粒子的速度。为了验证算法的有效性,对文献中测量数据采用提出的方法进行圆柱度误差计算并将结果与多种算法计算结果进行比较,同时在加工中心加工大量轴类零件,使用三坐标测量机对零件进行实测,应用该进化算法计算最小区域圆柱度误差并与三坐标测量机给出的结果进行比较。实验结果均证实了提出的方法不仅优化速度快、计算精度高,而且算法简单,需设置参数少,便于推广应用。     

具有区间参数的不确定结构静力区间分析的一种算法

将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示,用有限元法建立静力区间线性方程组。对该方程组的求解提出了一种区间逐步离散的方法。此方法通过令独立的不确定性参数取区间内的离散值,将区间线性方程组的求解转化为相应的确定性问题,再搜索各方程解中的最大最小值得到每个区间分量的边界。先用数学算例对该算法的正确性和有效性进行了验证,然后应用于静力区间分析的工程算例,并与其它算法进行了比较。计算结果表明该算法的计算效率和准确性较高。     

雷诺方程的数值计算方法概述

作为流体力学中的基本公式,雷诺方程的数值求解一直是流体润滑领域研究的重要方向之一。以雷诺方程的基本形式为基础,分别介绍有限差分法、有限元法和有限体积法求解雷诺方程的过程,讨论各自的特点及存在的问题;介绍多重网格法同上述方法结合在求解雷诺方程中的应用,指出多重网格法在求解雷诺方程的高效性方面有了很大程度的突破,但在求解精度上并未有显著改善;讨论等几何分析方法在求解雷诺方程上的应用,指出等几何分析方法求解雷诺方程具有较高的效率和求解精度,但仍存在如样条基函数的不可插值性和IGA在雷诺方程求解方面的普适性等问题,探讨IGA的研究方向,如针对特定雷诺方程引入适于IGA的新型样条表征求解空间、修改IGA理论与雷诺方程的离散模式引入新型边界条件加载模式等;因数值求解雷诺方程时在边界处理、复杂求解域等问题上仍没有一个稳定适用面广的方法,建议可尝试联合IGA与多重网格法来求解雷诺方程,以进一步提高求解效率和精度。     

基于非等温条件的空气静压轴承润滑问题研究

改进了传统空气静压轴承的润滑模型,建立了考虑温度影响的空气静压轴承润滑模型,并给出一种该模型的数值解算方法,即利用FEMLAB的多物理场功能,将气体的状态方程作为耦合的桥梁,求解参数形式的雷诺方程和能量方程;将质量流量守恒条件作为判断收敛的条件,利用MATLAB迭代,从而完成最终的求解计算。通过实验研究验证了模型和解算方法的正确性,结果表明:气体通过节流孔后温度降低,在精密和超精密的应用场合将会引起结构非常显著的变形;并且供气压力越大,和(或)节流孔的直径越大,温度降效应越明显。     

基于计算流体力学方法求解流体润滑问题的研究

在分析雷诺方程求解流体润滑问题上的不足与局限性的基础上,给出了基于N-S方程的计算流体力学(CFD)求解流体润滑问题的方法。对CFD方法求解流体润滑问题的可行性进行了研究,给出了CFD方法求解流体润滑问题的一般流程、求解过程、数值计算实例,最后指出了CFD方法求解流体润滑问题时可能的发展趋势。     

The elastohydrodynamic lubrication of line contacts with pseudoplastic fluids

A new Reynolds equation, obtained by using the pseudoplastic model to express the non-newtonian fluid property, is derived for line contact elastohydrodynanic lubrication problems. The Reynolds equation results in a non-linear equation of high order which is derived by using an approximate method. The Newton-Raphson technique is utilized to solve the simultaneous system of modified Reynolds and elasticity equations. The results in this paper show that on increase in the coefficient of non-linearity, the pressure spike and film thickness decrease, and they approach a hertzian situation. With respect to the various loads and/or velocity values, the behaviours of the pressure spike and film thickness for non-newtonian fluids are almost the same as those of a newtonian fluid.     

Squeeze film characteristics of conical bearings with combined effects of piezo-viscous dependency and non-Newtonian couple stresses

In this paper, the analysis of squeeze film characteristics of conical bearings with combined effects of piezo-viscous dependency and couple stress fluid is presented. On the basis of the Stokes microcontinuum theory of couple stress fluid model and Barus experimental research, a modified Reynolds equation is derived, the standard perturbation technique is used to solve the highly non-linear Reynolds equation and approximate analytical solution is obtained for the squeeze film pressure, load carrying capacity and squeeze film time. According to the results obtained, the effect of viscosity pressure dependency on the squeeze film lubrication of conical bearings with couple stress fluids is to improve the load carrying capacity significantly and lengthen the squeeze film time as compared to iso-viscous Newtonian case.     

圆轴承温粘热效应有限元方法分析

构筑了有限宽圆轴承温粘热效应二维有限元模型。依据圆轴承温粘热效应的三维模型计算结果，油膜温度场变化沿轴向可以忽略，在轴瓦和轴颈与油膜界面使用绝热边界条件，用有限元方法联立求解周向和径向二雏能量方程、双雷诺边界条件广义雷诺方程、周向速度方程和温粘方程，给出中心对称面上油膜温度和速度分布，轴承特性系数与工程上应用数据吻合。研究结果表明，不考虑轴瓦的导热使油膜力计算结果偏高，同时，将进油槽处温度作为油膜的始温叉使油膜力的计算结果偏低，这一高一低相互抵消，证实该模型合理，符合工程应用。     

基于CFD分析的表面织构润滑计算适用方程研究

为提出N-S方程和Reynolds方程在建立表面织构润滑计算模型时适用范围的判据,对流体润滑条件下织构表面的流体动力学表现进行研究。采用求解基于N-S方程的表面织构润滑计算模型的方法研究惯性项对织构表面流体动力学性能的影响规律,并通过改变流体域典型长度尺寸l与摩擦副间隙h0的比值对Reynolds方程的适用范围进行探讨。结果表明:当l/h0<46时,惯性项的影响不可忽略,必须采用N-S方程进行织构表面的理论建模;惯性项的影响越显著,织构表面的承载力越大,而流体域中涡流也越容易产生,因而在进行表面织构参数设计时,使惯性项影响增大的同时要尽量避免织构内部涡流的产生;当l/h0≥46时,惯性项的影响可以忽略不计,可以采用Reynolds方程代替N-S方程建立流体润滑条件下表面织构的润滑计算模型,但此时必须考虑空化现象对压力分布的影响。研究结果为表面织构的设计及理论建模提供了一定的参考。     

Application of Computational Fluid Dynamics and Fluid–Structure Interaction Method to the Lubrication Study of a Rotor–Bearing System

Computational methods were used to analyse the elasto-hydrodynamic lubrication of a complex rotor–bearing system. The methodology employed computational fluid dynamics (CFD), based on the Navier–Stokes equation and a fluid–structure interaction (FSI) technique. A series of models representing the system were built using the CFD–FSI methodology to investigate the interaction between the lubrication of the fluid film, and elastic dynamics of the rotor and journal bearing. All models followed an assumption of isothermal behaviour. The FSI methodology was implemented by setting nodal forces and displacements to equilibrium at the fluid–structure interface, therefore allowing the lubrication of the fluid and the elastic deformation of structures to be solved simultaneously. This is significantly different to the more common techniques—such as the Reynolds equation method—that use an iterative solution to balance the imposed load and the force resulting from the pressure of the fluid film to within a set tolerance. Predictions using the CFD–FSI method were compared with the results of an experimental study and the predictions from an ‘in-house’ lubrication code based on the Reynolds equation. The dynamic response of the system was investigated with both rigid and flexible bodies for a range of different bearing materials and dynamic unbalanced loads. Cavitation within the fluid film was represented in the CFD–FSI method using a simplified phase change boundary condition. This allowed the transition between the liquid and vapour phases to be derived from the lubricant’s properties as a function of pressure. The combination of CFD and FSI was shown to be a useful tool for the investigation of the hydrodynamic and elasto-hydrodynamic lubrications of a rotor–bearing system. The elastic deformation of the bearing and dynamic unbalanced loading of the rotor had significant effects on the position of its locus.