凹槽织构流体动压润滑性能的CFD研究

采用基于N-S方程的CFD方法,探究了不同截面形状和凹槽承载力的关系,以及织构面积率、速度和凹槽深度对承载能力的影响。结果表明:方形截面形状凹槽的承载能力最好,三角形的最差;滑动速度对承载能力有很大的影响;随着织构面积率的增加,承载力呈现了先增大、后减小、再增大的过程;当织构深度和摩擦副间距大小相当时,凹槽承载力最优。     

组合型微织构化铝合金表面的摩擦学性能研究

为改善铝合金的摩擦学性能,运用有限元方法对单一方形凹坑、条形凹槽、方形凹坑和条形凹槽组合3种不同形貌织构摩擦副间润滑油膜承载能力进行仿真分析,并探究不同织构尺寸对油膜承载能力的影响。仿真结果表明：方形凹坑和条形凹槽组合织构润滑油膜承载能力最佳。采用脉冲Nd:YAG激光器在铝合金试件表面加工出具有规则形貌的方形凹坑和条形凹槽组合的织构阵列,借助CFT-I型高速往复摩擦磨损试验机进行摩擦试验,研究织构几何尺寸对摩擦副接触面间摩擦学性能的影响规律,并利用超景深显微系统对试件磨损表面的形貌进行观测。试验结果表明：组合织构化表面的平均摩擦因数与无织构表面相比明显减小,且波动幅度较小;当织构尺寸为80μm时,织构表面的摩擦因数最小,且试验得到的基体表面磨痕深度随织构尺寸的变化规律,与仿真计算得到的润滑油膜升力系数的变化规律相吻合,为微织构参数设计提供了一定的理论依据。     

弹性材料表面织构对摩擦副润滑性能的影响

为了研究弹性材料表面微织构对摩擦副空化现象和润滑特性的影响,建立考虑空化效应的二维弹性织构计算模型,采用流固耦合方法计算润滑流场与材料变形之间的相互作用。对比刚性材料表面微织构,从弹性模量、滑动速度、微织构深度以及织构间距等方面分析弹性材料表面织构对摩擦副润滑性能的影响,通过实验验证模拟结果的准确性。结果表明：弹性织构摩擦副比刚性织构摩擦副摩擦因数更小,润滑性能更好;存在最优织构深度,使得弹性织构摩擦副的摩擦力最小且承载力最大;适当增大滑动速度以及织构间距可以提高弹性摩擦副的润滑性能;随着弹性模量的降低,弹性变形和油膜厚度增加,空化现象更为显著,摩擦副的润滑性能得到提升。     

表面织构形貌参数影响润滑性能的三维CFD分析

为研究在流体润滑条件下,表面微织构形貌参数对润滑性能的影响,建立考虑空化效应的单织构三维计算模型。用CFD方法模拟织构在不同深度、面积密度和表面形状条件下,油膜承载力、摩擦因数和压力分布的变化情况。结果表明:随着织构深度(面积密度)的增加,油膜的承载力先增大后减小,摩擦因数先减小后增大,即织构存在最优的深度和面积密度使得流体动压润滑性能最优;随着上壁面滑移速度的增大,织构的最优深度有减小的趋势,而最优面积密度趋于稳定;设计具有汇流作用的织构表面形状可以提高油膜的承载力,且速度越大,改善润滑的效果越明显。     

微凹槽织构化表面在往复运动条件下的摩擦学特性

采用自主研制的激光微织构加工设备在45#钢试样表面制备出具有不同间距和夹角的微凹槽织构,在UMT-Ⅱ摩擦试验机上进行往复运动摩擦学性能试验。结果发现:在富油润滑条件下,当载荷较低、速度较大时,微凹槽织构具有较好的润滑减摩效果,织构面的平均摩擦因数最大比未织构面下降超过60%;凹槽夹角对摩擦因数的影响受载荷大小的影响,在给定的在载荷下,存在最优的夹角使摩擦因数最小;在其他几何参数相同的情况下,存在最优的槽间距使得平均摩擦因数达到最小,且最优的槽间距基本不受载荷大小的影响。     

表面织构的深度影响润滑油膜承载能力的机制研究

采用基于N-S方程的CFD方法,研究最小油膜厚度为4μm时圆弧凹槽表面微织构深度的变化对动压润滑效果的影响,并深入探讨其机制。结果表明,在一定的工况条件下,凹槽深度不同,其承载性能存在一定的差异,当凹槽深度小于4μm时,随织构深度的增加其承载能力逐渐增强,当凹槽深度大于4μm时,随织构深度的增加其承载能力逐渐减弱,即深度值在4μm左右时油膜的承载能力最强。分析发现,织构深度的变化改变了润滑油流场的流动,深度增大到某个值时润滑油开始出现逆流现象,随着凹槽深度的增加,逆流区变大;逆流的存在削弱了织构的承载能力;速度不影响润滑油的流动走向,但会影响承压能力的大小;织构截面形状对润滑油的流动走向有影响,但对织构底部形成漩涡的规模大小影响不大,对润滑油膜承压能力影响不大。     

流体流动传热性能的热格子Boltzmann模拟

采用耦合温度的方法构建一类新的热格子Boltzmann模型,并对二维封闭方腔中流体的流动状态和传热进行模拟.数值结果表明,该模型克服传统模型的可压缩效应,在没有添加限制条件的情况下,节省了计算时间和提高了计算精度,并且以此模型动态模拟二维封闭方腔自然对流的结果与已有文献的结果吻合良好.     

带仿生织构的水液压马达配流体摩擦副摩擦学特性仿真研究

针对水液压马达摩擦磨损的问题,基于动压支承理论,对水液压马达带仿生织构表面的配流副摩擦学特性进行了研究。首先利用现有表面微织构,在水液压马达配流副表面构建出了不同直径、不同深度及不同分布的仿生织构;然后运用有限元法,对不同织构形貌下的仿生配流体表面的应力分布进行了计算与分析;最后对其在不同深径比及织构密度下的摩擦等效应力进行了研究。研究结果表明:当配流体仿生织构表面的形状为锥形,转子端面为圆柱坑的双织构海水液压马达配流副的摩擦特性最优;在配流副表面加工出适当的凹坑,可以有效降低配流副表面的摩擦磨损,延长配流副的工作寿命。     

铟强化椭圆复合表面织构润滑计算

提出铟强化椭圆复合表面织构润滑计算模型,当两表面间的润滑油膜厚度远小于椭圆表面织构单元的凹槽深度,应采用Reynolds方程;当润滑油膜厚度大于织构单元的凹槽深度,应采用动量方程进行计算;并应根据形貌类型几何参数摩擦工况接触方式界面材料性能润滑油以及环境影响等因素进行修正。     

表面织构凹槽对径向滑动轴承润滑性能的影响

以有限宽径向滑动轴承为研究对象,将轴承承载力最大化和摩擦因数最小化作为优化目标,在轴承表面轴向方向分别设计加工矩形和斜向抛物线凹槽织构,以最大程度地提高轴承的承载力,减小摩擦因数。将凹槽几何参数(凹槽数目N、凹槽相对深度H_d、偏斜角度α、织构率T)作为变量,求解不同变量下的Reynolds方程得到油膜承载力。数值结果表明,具有凹槽织构的轴承承载力大于未织构轴承,摩擦因数小于未织构轴承;随着凹槽相对深度Hd、织构率T的增加,轴承承载力增加,摩擦因数减小;抛物线凹槽织构率T在40%~50%时,承载力取得最优值。     

双包络环面蜗杆传动齿面运动参数的研究

从传动摩擦学观点出发，对啮合理论和润滑理论进行了耦合研究。探讨了齿面接触点上的卷吸速度，并对相对滑动速度在接触线法向的分量和卷吸速度进行了对比研究。结果表明，在对双包络环面蜗杆传动作润滑分析时以用卷吸速度作为运动参数为宜，因而提出用卷滑比来作为衡量齿面摩擦学性能的运动参数。     

混凝土泵车操纵性特性研究

基于微积分、理论力学以及机械原理等基础理论,对混凝土泵车臂架末端速度进行了理论推导,并且在推导的同时,建立了混凝土泵车的动力学分析模型.分别对相同的泵车臂架模型进行了理论计算和数值计算,并且对计算结果进行了对比分析,二者结果吻合非常良好.     

速度矢量夹角可变的科氏加速度演示仪

现有科氏加速度演示仪局限于水平式和立式演示,不能表现牵连运动的角速度和相对运动的线速度矢量夹角变化对科氏加速度的大小和方向的影响.文中通过分析科氏加速度的产生原理,设计了一种速度矢量角度可变、可以在任意平面内演示科氏加速度的演示仪.     

基于神经网络的速度规划研究

提出一种基于Hopfield神经网络的优化方法,以实现快速成形系统的速度规划,由此提高系统在允许轮廓误差范围内的加工效率,该方法对应的目标函数既包括表征加工效率的目标项,又考虑到系统的多个约束因素,如最大速度、最大加速度、最大加速度增量,以及允许轮廓误差,对Hop-field神经网络的基本稳定性进行了分析,给出了该方法的数字仿真结果。     

准双曲面齿轮运动参数和曲率特性的研究

文中根据机床加工调整参数,推导了准双曲面齿轮的齿面数学表达式,建立了准双曲面齿轮的三维模型,并通过数值迭代方法求解了准双曲面齿轮点接触弹流润滑分析所需的相对运动速度、卷吸速度以及瞬时接触椭圆长短轴方向的曲率等参数,为准双曲面齿轮弹流润滑分析奠定了基础。     

运动控制中的加速度分析与设计

提出了一种具有正弦特征的变加速度运动控制策略，旨在保证控制系统运动平稳性的前提下，提高运动的平均速度，缩短加工时间。从运动学和动力学方面分析了变加速度运动原理，理论上推导了相应的公式，并在快速成形系统上完成了该策略直线运动的实验和数字仿真。实验结果证实，同固定加速度运动策略相比较，采用变加速度策略能有效提高系统加工效率。     

基于三维速度场构建的微流量测量方法研究

采用微流体粒子图像测速仪(microscale particle image velocimetry,micro-PIV)对200μm宽、60μm深的长直通道三维速度场进行了非接触定量可视化测量,并在此基础上计算了通道内的微流量。实验采用二维分层速度场测量方法,将通道沿物镜景深方向划分为11个流体层,通过高精度的位移平台实现流体跨层粒子图像采集。分别针对64×64像素和32×32像素2种判读域,采用micro-PIV系综相关算法对流体层二维速度场进行分析,获得三维全场速度分布,在此基础上利用截面速度离散积分原理计算出截面微流量。实验结果表明,基于微流体粒子图像测速仪的三维速度场分析能够实现对微通道流量的精确测量。对于64×64像素判读域,输入流量在2.481～5.788μL/min范围的测量结果精度较高,最大相对误差为3.87%;对于32×32像素判读域,输入流量在3.307～8.269μL/min范围内均有较高测量精度,最大相对误差为3.69%,表明采用32×32像素判读域的流量测量精度总体上优于64×64像素判读域。     

高压绕线机28-80FF效率研究

对设备参数进行重新设置使其发挥出最大潜能是一种再创造。本文论述了提高设备效率的一种方法。文中阐明了设备的工作过程,分析了影响设备速度的两种原因,说明了参数的更改方法,并对更改后的效果进行了评述。     

高质量加工中四次多项式速度规划算法研究

通过分析数控机床加工时常用的速度规划算法,针对加工过程中由于加速/减速时速度不平滑、加速度及加加速度突变导致数控机床振动的问题,提出一种四次多项式加减速控制方法,并给出了四次速度方程的详细推导步骤,然后介绍了基于四次多项速度规划的参数曲线插补方法。该方法能保证数控机床在高速加工过程中的速度、加速度及加加速度实现连续变化,缓解高速加工产生的过冲。仿真实验表明,四次多项式速度规划算法能够使机床实现柔性加减速控制,从而满足高质量加工的要求。     

油液过流速度对船舶液压油检测精度的影响

为提高平面电感式微流控检测芯片的检测精度,研究了油样过流速度与信号幅值大小的关系。介绍了电感式微流控检测芯片的检测原理,理论分析了油样过流速度对检测信号幅值产生的影响并进行了公式推导,然后采用控制变量法对其进行了实验验证。选用粒径在80-85μm之间的铁颗粒作为待测颗粒,将油样的过流速度分别设定为0.02-0.10ml/min进行了实验。结果表明,随着油样过流速度的增加,信号幅值逐渐减小,且呈线性关系;在其余因素不变,仅改变油样的过流速度时,检测信号的幅值最大可增大87.5%。研究表明,实验结果与理论推导结论相符,通过减小油样的过流速度可增大检测信号的幅值。该项研究对提高平面电感式微流控检测芯片的精度具有参考价值。