用于钻进钢筋混凝土构件的金刚石钻头的研制

钢筋混凝土结构因内部有钢筋,且自身强度等级较高,在钻孔过程中施工难度大,钻进效率低,经常出现钻头断齿现象。针对这些现象,从调整钻头胎体性能、改进钻头结构和增加磨料种类3个方面进行试验。为提高金刚石钻头钻进效率,采用中软性能的钻头胎体,并添加立方氮化硼（CBN）磨料,提高钻头工作唇面上磨料的切削性能;为使钻头钻进平稳,采用斜水口和奇数齿结构钻头,防止钻齿在孔底与钢筋产生全断面接触,避免钻齿瞬时冲击载荷过大而发生断齿。试验结果表明:使用?75mm钻头,钻进压力6.5 MPa、钻头线速度2.1 m/s、冷却液流量25 L/min时,钻头的平均钻进时效可达到1.12m/h,钻头寿命28m,无断齿现象;表明本试验的钻头设计工艺正确,结构合理,可满足施工现场的生产需求。      

TiB2/Al 复合材料摩擦行为研究

采用挤压铸造法制备TiB_2/Al复合材料并发现其在低载高速下具有自润滑特性,因此借助于摩擦试验研究了载荷、滑动速度、摩擦副对该材料摩擦行为的影响。结果表明,低载高速条件下TiB_2/Al复合材料与GCr15轴承钢室温干摩擦时,随着滑动时间的延长,平均摩擦系数未出现明显的上升或下降过渡现象,仅瞬时摩擦系数呈现出不同程度的湍流波动状态。滑动速度为0.8 m/s时,随着载荷的增大,TiB_2/Al复合材料与GCr15干摩擦的平均摩擦系数基本不变,但瞬时摩擦系数的波动幅度减小,摩擦系数的标准偏差减小。载荷为0.49 N时,随着滑动速度的增大,平均摩擦系数没有明显的变化,在0.165～0.255之间波动。与等速度变载荷时相比,等载荷变速度条件下TiB_2/Al复合材料的摩擦系数分散性比较大。采用GCr15为摩擦副时,TiB_2/Al复合材料的瞬时摩擦系数湍流波动较复合材料自摩擦时要大些。自磨时复合材料的平均摩擦系数为0.08左右,与GCr15对磨时平均摩擦系数为0.18左右。     

空气射流冷却条件下BNbRE钢轨温度场分布

采用Fluent软件,基于标准k-ε湍流模型对BNbRE钢轨在空气射流冷却过程的流场和温度场进行了有限元模拟,讨论了不同冷却风速（100、200 m/s）下钢轨二维模型的温度场及传热特性变化规律。结果表明：随着风速提高,钢轨表面传热系数增大,换热效果增强;对于风速为100 m/s的情况,当冷却时间达到80 s时,上部射流与壁面冲击后产生的贴壁气流分散到两侧,会影响下部射流方向;当风速为200 m/s,冷却时间为40 s时,贴壁气流已明显影响了两侧下部射流;将风速从100 m/s提高到200 m/s后,钢轨的冷却速率明显加快,表面终冷温度从543 ℃降至358 ℃,平均冷却速率也由2.55 ℃/s增加至4.42 ℃/s,这对于满足钢轨淬火冷却工艺的要求,从而控制最终组织具有重要理论指导意义。     

苹果多功能作业平台液压系统性能研究

针对苹果园区果树种植模式,设计全液压驱动苹果多功能作业平台。利用试验采集的液压系统流量和压力数据,分析平台升降、侧向伸缩和行走液压系统的工作性能。结果表明:平台最大上升速度可达0. 062 m/s,升降系统稳定性和作业效率较高;平台侧向伸缩液压管路设计分流集流阀,使液压泵输出液压油平均分配给4个侧向伸缩液压缸,液压缸同步性较好;高速行走工况下,平台15. 03 s达到匀速运行阶段,匀速运行时液压泵输出流量和压力波动较小,其流量和压力平均值分别为58. 78 L/min和7. 95 MPa;高速上坡工况下,液压泵出口流量较快达到44 L/min,并保持恒定流量向液压马达供油,稳定性较好,完成上坡和下坡整个测试过程所用时间为18. 41 s,系统效率较高。     

滑移速度对织构表面气穴效应的影响

为研究不同的滑移速度对织构表面气穴效应的影响,建立单个微凸体织构的二维计算模型,利用CFD方法模拟不同滑移速度下气穴效应在气体体积率、压力分布和壁面剪切力等方面的表现。研究结果表明:当滑移速度不超过5 m/s时,织构表面的流体中不产生气穴;当滑移速度由5 m/s逐渐增大到20 m/s时,在织构流体出口端的收敛区将生成气穴,气穴的大小随着滑移速度的增大而减小,气穴处的气体体积率随着滑移速度的增大而增加;当滑移速度继续由20 m/s增大至30 m/s之间的某值以后,气穴的大小不再减小,气体的体积率仍随滑移速度的增大而增加。滑移速度在5~30 m/s的范围内,滑移速度越大,产生的额外承载力越大,壁面剪切力越大。此外,气穴的存在有助于降低壁面剪切力。     

不同城市道路工况下重型商用车侧风气动特性研究

依托动网格技术,并采用局部节点位移方式,研究城市道路方案分别为重型商用车经过位于其背风侧的单个建筑物、经过位于其迎风侧的单个建筑物和连续经过位于其迎风侧的2个建筑物3种情况下的瞬态气动特性。方案中网格节点位移速度即重型商用车行驶速度定为15 m/s,侧风速度为10 m/s。结果显示,建筑物对重型商用车瞬态气动特性的影响较为明显,行驶过程中侧向力系数与横摆力矩系数在1s内变化值达到5.0之多,相应的侧向力和横摆力矩变化值约为12 kN和30 kN·m,变化率峰值可达-12 kN·s-1和35 kN·m·s-1,并且方向在行驶过程中发生改变。     

局部干法焊接侧向风场对电弧传感特性影响的试验研究

为了实现使用电弧传感检测技术对局部干法焊接过程的焊缝跟踪,对不同侧向风速下电弧的稳定性和电弧传感特性进行了试验研究。试验结果表明:侧向风场对焊接过程的稳定性具有较大的影响,随着侧向风速的增加,焊接过程的熄弧率明显增大。这说明在局部干法焊接环境中,焊接过程的工艺参数范围变窄。采用多元回归方法对不同侧向风速下电弧传感特性试验数据进行了处理,获得了不同侧向风速下的电弧传感模型。模型表明,随着侧向风速的增加,电弧传感的灵敏度变差。本研究的试验结果为局部干法焊接电弧传感与检测过程的实现提供了基础依据。     

镁合金塑性变形机制

针对不同晶粒尺寸的镁合金AZ31及添加稀土Ce或Nd的AZ31Ce/AZ31Nd的轧制变形行为,探讨了滑移、孪生和晶界滑动三种变形机制在镁合金塑性变形过程中的作用.结果表明:多种变形机制共同作用可提高镁合金在热变形时的塑性变形能力;合金热变形及再结晶退火后,在平均晶粒尺寸为50 μm以上的大晶粒中,变形机制以滑移和孪生为主,位错运动和增殖会使位错在变形过程中互相缠结、钉扎以及受晶界的阻碍而终止运动;孪生容易发生在不利于滑移的晶粒中促进塑性变形;在5～20μm的小晶粒中,晶界滑动机制发挥了重要作用,它可以协调大尺寸晶粒的变形而对提高镁合金变形能力起有益的补充作用.     

复杂摘棉气力输送系统流固耦合数值建模与流场分析

针对复杂的摘棉过程进行分析同时对气力输送系统进行数值建模。采用Fluent软件中的滑移网格与UDF来控制采棉装置中各个部分的运动并实现运动过程中的流场分析,通过网格的动态变化来模拟内部的流场变化。结果表明:运动到2.5 s、不同的出口速度时,吸力输棉装置的入口速度对采棉装置内部流场的影响较大,需要合理控制吸力输棉装置速度才能输送籽棉;同时在满足籽棉气力输送条件时出口速度最小为25 m/s时,采棉装置内部的速度和压力云图分布较为均匀;在输棉区域中,气流方向与脱棉刷方向相同的时候速度更大,有利于籽棉的输送。采棉装置数值建模和流场分析方法能够为之后的设计与优化提供参考。     

3D打印工艺参数对HT250汽车刹车盘铸件性能的影响

采用不同的扫描速度、喷射速度和浇注温度对HT250灰铸铁汽车刹车盘进行了3D打印铸造试验,并进行了拉伸试验和磨损试验。结果表明:在试验条件下,随扫描速度从3 mm/s上升至15 mm/s、喷射速度从0.5 m/s上升至2.5 m/s、浇注温度从1390℃上升至1470℃,刹车盘的拉伸性能、耐磨损性能均先提高后下降。最佳工艺参数为:扫描速度9 mm/s、喷射速度2 m/s、浇注温度1450℃。     

排水罩风场特征及其对焊接电弧影响的数值模拟

水下焊接技术在水下工程建设和修复方面具有大量的应用需求. 在水下焊接方法中,局部干法焊接采用排水罩将焊接区域的水排开进行焊接,接头质量较好,易于实现水下自动化焊接. 然而,局部干法焊接时需要在排水罩内通入高压空气将水排开. 为了研究高压气体在排水罩内形成的风场结构及其对焊接过程和电弧特性的影响,文中采用数值模拟的方法,对排水罩内的湍流气体进行了模拟. 并研究了排水罩内侧向风场对电弧等离子体的温度场、速度场、压力场的影响规律. 发现侧向风场对弧柱中心区以外部分的影响较大,弧柱的吹偏角度与侧向风速基本上呈线性关系. 最后进行了焊接试验,采用高速相机拍摄电弧在不同侧向风速下的形态,发现其实际变化与模拟结果基本一致.     

大型闭式压力机单机自动化上下料机械手机械结构设计与仿真

以解决YT28-1030闭式压力机上下料问题为例,设计了单机自动化上下料机械手,通过SolidWorks对机械手进行三维建模,完成上下料机械手结构布局,并根据设计要求完成了对机械手的机械结构设计。并运用Adams软件对机械手进行运动学仿真,结果证明:该上下料机械手运动过程无明显冲击和振动。最后用ANSYS workbench对机械手主要受力部件进行受力分析,分析结果表明:其变形较小,符合设计要求。通过现场安装试验,对试验样机进行为期20天的现场调试,对调试阶段出现的问题进行改进,保证机械手工作的准确性,验证该机械手设计的合理性以及稳定性。研究结果表明:该机械手符合设计要求,能够正常工作。     

爆炸压实W-Cu粉末的数值模拟与实验验证

通过数值模拟研究了W-Cu混合粉末的爆炸压实过程。研究不同爆速对压实坯致密度的影响,分析了在爆速5000 m/s条件下粉体内冲击波的传播过程及粉体在冲击波作用下的变形规律,并分析了粉体中心的马赫反射现象。选取粉体侧壁单元的位移曲线来显示加载、卸载过程,对侧壁单元的位移曲线进行分析,以此作为粉体的压实程度来估算压实坯致密度。结果显示当爆速为5300 m/s时,压实坯可达到一个较大的致密度。将研究结果应用于W-Cu混合粉末的爆炸压实实验,实验与数值计算结果显示了较好的吻合性。     

小型风洞放气特性的数值计算及试验研究

为了研究小型风洞瞬时放气的工作性能,通过数值计算和试验对风洞的放气特性进行研究。建立了风洞放气模型,并进行了数值计算,结果表明:在声速放气过程中,容器内压力以指数方式减小,风洞出口质量流量梯度较大;在亚声速放气时,容器内压力以近似二次曲线减小,风洞出口质量流量近似线性减小。在风洞试验段内设置试验模型进行放气试验研究,试验结果与数值计算结果吻合良好,验证了数值计算的正确性。     

DP780高强钢板动态变形力学行为研究

通过准静态拉伸实验和0.1m/s,2m/s,10m/s和15m/s等4种拉伸速度下的动态冲击拉伸实验,对DP780高强钢板的动态变形行为进行了研究,得到了不同应变率下的应力-应变曲线,基于Johnson-Cook模型建立了可描述DP780高强钢变形应变率相关性的应力-应变关系模型。为更好地预测材料动态冲击条件下的应变率以及应力的变化,提出了一个基于宏观变量速度v的本构关系方程,数值拟合结果与实验结果十分吻合。     

侧向风场作用下横向焊接旋转电弧传感及焊缝跟踪

文中利用侧向风场的吹袭作用来抑制横焊熔池的下淌,研究了在侧向风场作用下焊缝成形质量和旋转电弧的传感特性. 提出了一种基于平面拟合的焊枪偏差和电极高度检测算法,实现了同一电流信号下焊枪偏差和电极高度的同时检测. 结果表明,适当控制侧风流量有助于抑制熔池下淌、改善焊缝成形. 但是随着风速的增加,焊接电弧的熄弧率升高、电弧传感的准确性降低. 针对焊接电流的噪声干扰,还设计了软阈值小波滤波算法,并开发了相应的模糊控制算法对焊枪偏差和电极高度进行调节,初步实现了横焊焊缝的成形控制和跟踪.     

基于有限元的长输管道凹陷回弹系数研究

目前大多利用经验公式来估算内压卸载后的凹陷深度,并且没有估算外载荷卸载后凹陷深度的公式。以长输管线上常见的X52、X60、X70钢制管道为工程背景,运用ABAQUS软件进行管道结构力学的非线性分析,模拟了管道凹陷的形成及回弹过程。通过对比试验与数值模拟数据,验证了有限元仿真方法的可靠性。分别在外载卸载及内压卸载的情况下分析了各参数(加载深度、压头尺寸、管道尺寸、操作压力、管材性能)对凹陷回弹系数的影响。运用Matlab软件对计算结果进行非线性回归分析,得到回弹系数与各参数的关系表达式。结果表明:外载作用下凹陷的回弹系数变化范围较大,约在0.4~0.8之间;而内压卸载后凹陷的回弹系数变化范围相对较小,约在1.05~1.3之间。该研究工作有助于管道维护人员对凹陷的回弹量做出合理的估算。     

被动变桨距对风致转动垂直轴风力机捕能性能影响

为了改善现有垂直轴风力机的启动性能和风能利用率,提出了一种基于齿轮连杆结构的被动变桨距结构,并利用运动学仿真软件ADAMS验证了变桨距机构的可行性;此外,还对流体求解器Fluent进行二次开发,编制了一套可有效求解被动变桨距垂直轴风力机和流体流动相互作用的计算程序,并在6 m/s的风速下分析不同变桨振幅对风力机捕能性能的影响。结果表明:所提出的被动变桨距机构能够提升风力机的启动性能,在±25°变桨振幅下风力机的风能利用率达到了17.633%。     

高压压裂液对JY-50压裂弯管冲蚀行为影响的数值模拟

目的研究在水力压裂作业中,高压压裂液对JY-50压裂弯管冲蚀磨损的影响规律及其主要影响因素。方法基于液-固两相流理论、FLUENT冲蚀模型,为消除误差,应用FLUENT3次重复性分析并取平均值,得到支撑剂密度、粒径、质量浓度、压裂液流速的变化对弯管冲蚀行为的影响。结果压裂弯管的易冲蚀区域为弯管段靠近出口的内壁面外侧区域和接近弯管出口的直管区域。随着支撑剂密度和粒径的增大,最大冲蚀速率均增大,支撑剂密度从2500 kg/m3增大到3500 kg/m3时,最大冲蚀速率增长了0.69倍,粒径从0.074 mm增大到0.54 mm时,最大冲蚀速率增长了1.45倍,但二者对平均冲蚀速率数值影响变化不大。支撑剂质量浓度的增大,导致冲蚀速率呈近似线性增大,从40 kg/m3增大到210 kg/m3时,最大冲蚀速率增长了2.3倍,平均冲蚀速率增长了1.526倍。流速从5 m/s增大到25 m/s时,最大冲蚀速率平均增长了34.30倍,平均冲蚀速率也增长了34.85倍。结论对JY-50压裂弯管冲蚀行为及影响进行了数值模拟,获得了压裂液的参数变化对压裂弯管的冲蚀影响规律,综合最大冲蚀速率和平均冲蚀速率数值及其增长倍数分析,压裂液流速是冲蚀速率增长的主要因素,对弯管冲蚀磨损影响显著。     

一种基于幅值调制比率的风电机组齿轮箱失效自动识别方法

风电机组状态监测部位多,数据分析工作量大,人工故障识别的方式使得风电机组状态监测报告滞后。本研究提出一种基于幅值调制比率的风电机组齿轮箱失效自动识别方法,针对风电机组转速不平稳的特点首先对齿轮箱振动加速度信号进行时频分析得到机组的瞬时转速,然后进行阶比处理将等时间间隔信号序列重采样转换成等角度间隔信号序列,频域变换后选择一倍啮合频率和两倍啮合频率幅值较大值,计算调制间隔为转频的多频率点幅值累加和,再将与较大啮合频率处的幅值调制比率作为特征值表征齿轮箱的失效状态。恒速和变速风电机组齿轮箱振动数据分析结果都表明该特征值具有良好的故障与正常状态区分能力,且不同转速下该特征值具有稳定性。