基于最优传质系数的槽型结构参数对液膜机械密封汽化特性影响及优化

在获取Lee相变传质方程中最优传质系数的基础上,研究了螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深等槽型结构参数对液膜机械密封汽化特性(平均汽相体积分数表征)的影响规律,并基于均匀试验设计方法和响应面法探明了槽型结构参数之间的交互作用。最后以槽型结构参数为设计变量,以平均汽相体积分数为优化目标,采用遗传算法获得了结构参数的最优解范围。研究表明：平均汽相体积分数随着螺旋角、槽堰比、槽深的增大而增大,随着槽径比的增大先增加再减小;槽堰比和槽深交互影响极其显著,螺旋角和槽深交互影响较为显著;螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深分别在25.0°~28.0°、0.10~0.30、0.10~0.25和4.0~6.0 μm时,可以获得较优的平均汽相体积分数值。     

织构化硅片表面的粘着行为

为研究织构化表面的粘着行为,采用电感耦合等离子体刻蚀技术在硅片表面进行柱状织构的构筑。使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对织构化硅片表面的形貌进行观测,利用原子力显微镜进行粘着试验,并考察织构对表面粘着性能的影响规律。结果表明:经过织构化的硅片表面上形成了较为规整均一的柱状织构,在相同试验条件下与未织构面相比,织构面上的粘着力显著降低(下降了73%~77%),表明表面织构的存在减小了接触面积;当相邻织构间的距离一定时,具有较小直径的织构表面更有利于粘着力的减小;表面织构同时降低了范德华力和毛细力的大小,使范德华力减小了88%~89%,毛细力减小了62%~68%;无论是在未织构面还是织构面上,毛细力对表面粘着力的贡献均处于重要地位。     

一种汽车轮毂柔性加工夹具的设计与分析

装夹尺寸的单一性使得传统夹具无法适合大规模现代化的汽车轮毂柔性生产。设计了一种汽车轮毂柔性加工夹具,使用旋转直线组合式液压缸作为动力源,实现夹爪对不同型号轮毂的自动定心和夹紧。建立了夹具结构的物理模型,分析了夹具的夹紧行程。从切削力作用下被加工轮毂的位置安全性、以及夹具状态下被加工轮毂和夹具的力学安全性出发,探讨了夹具与被加工轮毂间的最小夹紧力、被加工轮毂和夹具的最大夹紧力。结果表明,对于A365铝合金汽车轮毂,42CrMo超高强度钢夹具,在转速2 500 r/min,切深3 mm,工件直径609.6 mm,进给率0.5 mm/r,切削长度为500 mm的实际加工过程中,夹具设计的有效夹紧力范围为5 025.9 N～12 000 N。     

动压型机械密封端面液膜相变理论研究进展

随着动压型非接触式机械密封应用领域的扩展和运行工况的复杂化,液膜相变成为影响其工作稳定性和可靠性的关键因素之一。针对端面液膜汽化和液膜空化2种相变类型,分析汽化和空化现象的产生机制,介绍常见的几类相变模型,如Thermal Lattice Boltzmann模型和Zwart-Gerber-Belanri模型等,综述端面型槽结构参数和工况参数对液膜相变程度影响规律的研究进展。指出在相变影响的研究方面,目前的研究主要集中在单因素对槽结构参数或工况参数的影响上,而对多因素综合影响的研究还不够深入。提出液膜相变问题未来可能的发展方向：汽化与空化综合作用理论计算模型的创新、极端工况下液膜相变与密封稳定性的关联、相变监测技术的突破。     

非均质材料非牛顿弹流润滑特性及疲劳寿命研究

滚动轴承的润滑性能及寿命与润滑剂的流变特性及材料的非均质性息息相关。本文在建立非牛顿弹流润滑模型、非均质模型及滚动接触疲劳寿命模型的基础上,考察了滑滚比、润滑剂特征剪应力以及夹杂物体积比对非均质材料润滑性能和疲劳寿命的影响。数值模拟结果表明,夹杂物的存在会引起油膜压力和次表面应力的显著变化,造成疲劳寿命的降低;滑滚比的增加和特征剪应力的增大均会引起最大von Mises应力的增加和疲劳寿命的降低,且相对于含硬夹杂物的材料而言,含软夹杂物的材料的疲劳寿命对滑滚比和特征剪应力的变化更为敏感;夹杂物在材料中所占的体积比越大,非均质材料的疲劳寿命越低。     

考虑自旋状态下弹流润滑的球轴承力学特性计算方法研究

角接触球轴承中的滚动体产生自旋运动,自旋状态下的弹流润滑(Elastohydrodynamic lubrication,EHL)性能对轴承的力学特性产生一定的影响。建立了考虑自旋运动的EHL模型,研究自旋运动对载荷分布和油膜形状的影响。利用刚体中心膜厚与接触载荷之间的关系,实现了EHL模型与轴承力学模型之间的耦合,从而提出了考虑自旋状态下弹流润滑的球轴承力学特性计算方法。与传统的基于Hertz接触理论的计算方法进行了对比分析,结果显示两者在接触载荷和接触角的计算方面比较接近,但对轴承变形、接触位移及膜厚分布的计算差别较大,基于EHL计算方法所得的轴承变形小于基于Hertz接触方法的计算结果,且转速越高差别越明显,考虑自旋运动后最小膜厚不再随轴承转速升高而单调增长,当转速达到一定程度后最小膜厚开始下降。     

圆柱滚子轴承弹流接触副刚度及阻尼系数研究

针对圆柱滚子轴承中滚子-滚道弹流接触副，建立有限长线接触非稳态弹流润滑模型，利用追赶法、快速傅里叶变换和Newmark技术数值求解接触副在自由振动下的衰减曲线。以刚体接近距离的变化作为判断接触副振动的标准，结合弹流润滑模型和有阻尼系统的自由振动模型，给出预测滚子-滚道弹流接触副动力学参数的方法，考察初始扰动量、润滑剂黏压系数、滚子长度和载荷对刚度和阻尼系数的影响。结果表明：小扰动下，初始扰动量大小对刚度和阻尼系数的影响可忽略不计；弹流润滑下的刚度小于干接触下的Hertz接触刚度；增加润滑剂黏压系数、滚子长径比和载荷，均可增大弹流接触副的刚度系数；阻尼系数随润滑剂黏压系数的增加而减小，随滚子长径比的增加而增加，随一定范围内载荷的增加而减小。     

核主泵机械密封可靠性Bayes分析的适应性

机械密封的可靠性对核主泵的安全稳定运行具有重要影响。为解决无失效数据情形下核主泵机械密封的可靠度评估问题,分析大亚湾核主泵机械密封的运行数据,确定其可靠度分布,建立结合Bayes理论的可靠性分析模型,利用Monte Carlo法从确定的可靠度分布中仿真出无失效数据,探讨无失效数据场合下,先验分布为Beta分布时,分组数c的取值对E-Bayes估计与多层Bayes估计精度的影响。研究表明：分组数c<8时,优先选择多层Bayes估计;c>8,优先选择E-Bayes估计,c=8时,2种方法的平均相对误差均达到较低水平且多层Bayes估计更低一些。研究成果对无失效数据场合下基于Bayes理论的核主泵机械密封可靠性分析具有指导意义。     

非均质材料的时变弹流润滑特性分析

通过将夹杂物所引起的表面特征位移引入到时变弹流润滑问题中,建立非均质材料时变弹流润滑模型,综合应用有限差分法、共轭梯度法及快速傅立叶变换算法进行数值求解,分析夹杂物对油膜厚度、压力及次表面应力的影响。结果表明:稳态条件下,硬夹杂物使得其上方的油膜压力增加、内部应力上升,而软夹杂物使得其上方的压力和内部应力均减小,但左右两边缘处出现应力集中;夹杂物的存在对油膜厚度的影响较小;当夹杂物体积和位置相同时,椭球体形夹杂物对油膜压力的影响比立方体形夹杂物显著,但含立方体形夹杂物的材料内最大von Mises应力对夹杂物弹性参数的变化更为敏感;时变条件下,非均质材料表面的油膜压力和内部的次表面应力均受动态效应的影响,呈现出与稳态下不同的特性。     

基于遗传算法并考虑质量守恒空化边界的最优织构形状

织构形状对摩擦副的润滑性能具有重要的影响,然而最优织构形状随工况参数的变化规律仍缺乏系统性研究。基于满足质量守恒的JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化边界条件,通过求解雷诺方程,结合遗传算法并以油膜承载力最大为目标,建立并简化最优织构形状优化模型,对比分析不同工况下最佳微孔与最优织构的承载力情况,探讨最优织构形状的相关几何参数随摩擦副端面间距、滑动速度与空化压力等参数的变化规律。结果表明：不同工况条件下最优形状织构的承载性能均优于最佳微孔织构,尤其当摩擦副端面间距小、滑动速度大时,性能提升更为显著;简化的最优织构形状几何模型共计3设计变量,即液体流入侧两点X_a、X_g横坐标X₁、X₂及织构深度h_g;随摩擦副端面间距增大,X₁先减小后基本不变,X₂逐渐减小,对应的最优织构深度与面积比增大,量纲一织构深度基本不变;随滑动速度增大,X₁先缓慢增大后基本不变,X₂逐渐增大,对...