深海采矿扬矿管非线性偏移特性研究

由于受海流及采矿船的拖航作用,深海采矿扬矿管会发生大偏移,这属于几何非线性问题。将扬矿管简化为非线性梁单元,利用T.L.描述方法建立了有限元模型,运用能量法推导了刚度矩阵,给出了液动力的计算方法及增量步内的Newton-Raphson迭代求解方法。分析了不同拖航速度、缓冲矿仓质量以及扬矿管与采矿船连接方式对扬矿管偏移的影响。计算结果表明,拖航速度和缓冲矿仓质量对扬矿管偏移有很大影响,而扬矿管与采矿船的连接方式对扬矿管的偏移几乎没有影响。为采矿系统的合理设计提供了理论分析方法和设计依据。     

深海采矿输送系统参数分析

根据软管采矿系统对水力输送设备的要求,研究出储料罐与高压水泵组合输送的水力输送设备,使软管采矿系统在关键技术上取得突破;根据两相流理论,建立了储料罐与高压水泵组合输送的水力输送设备的设计理论,为该种水力输送设备的设计提供了理论依据;根据上述设计理论,对1000m钴结壳采矿中试系统和3000m钴结壳采矿系统的参数进行分析和研究,对储料罐与高压水泵组合输送的水力输送设备的可行性进行了论证。     

扬矿管与升沉平台联接装置外框架的有限元分析

扬矿管与升沉平台的联接装置是深海采矿系统的重要组成部分。扬矿管上端悬挂在海面采矿船的升沉平台上,下端通过中间仓、软管连接到海底集矿机。由于采矿船的纵摇、横摇、拖航和集矿机行走运动的影响,以及波浪、海流的作用,扬矿管不会处于垂直位置,下端将产生较大偏移。为避免扬矿管上端承受很大的弯曲应力和变形而产生破损,使采矿系统能够安全地在大洋上进行采矿作业,必须设计出合理的联接装置,能够随扬矿管作纵、横摇运动。介绍了深海采矿系统扬矿管与升沉平台联接装置的设计方案;利用通用有限元分析软件ANSYS建立了深海采矿系统扬矿管与升沉平台联接装置外框架结构的有限元模型,并对其进行了应力、变形及模态的分析计算,得到了其在最恶劣工况下的应力、位移云图及其低阶模态的固有频率和振型。     

基于最优控制理论的深海采矿扬矿管纵向振动控制研究

针对深海采矿系统中扬矿管的纵向振动问题,运用线性二次型最优控制理论的主动控制方法进行研究. 建立海洋环境下扬矿管的纵向运动方程,推导得到LQG(linear quadratic gauss)最优控制状态方程,并应用MATLAB编制模拟分析程序,仿真计算泵与中间舱的纵向振动时间历程和升沉补偿装置所需提供的控制力.结果表明,升沉补偿装置能有效实现扬矿管的纵向振动抑制,减少幅度高达75%,所需控制力符合1 000 m海试采矿系统方案的设计要求.     

泥沙输送系统中并联泵出口侧分叉接头的结构优化及流动计算

针对黄河清淤固堤工程中泥沙输送系统,主要考虑了抽沙平台泵出口侧多通接头的结构优化以改善系统的水力性能.对6种多通接头模型基于三维紊流数值模拟方法进行了流动分析.根据计算结果,总结了各种多通接头的分叉结构对局部流动状态和水力损失的影响,分析了最优模型.研究表明:根据实际的管路连接需求,多通接头的分叉部支管应采用面积均匀变化的圆锥管;减少分叉的数量,能适当减小水力损失;确定多通接头的最佳模型,以获得最优水力性能.     

耐腐蚀双金属复合管热液压成型技术分析及装置设计

开发了1种新型双金属复合管热液压装置制造技术,克服了双金属复合管现行制造工艺的不足,并在新技术和新装置的基础上进行了优化设计。通过理论分析阐述了热液压工艺的原理,在液压成形过程中分析了复合管和外管的应力应变,并通过热液压实验验证了理论分析的正确性。该装置成功研制了DN200(6+2)双金属CRA复合管,为大批量工业生产打下了基础。     

深海扬矿硬管内高速螺旋流输送压力损失公式推导

针对深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流输送过程中阻力损失无法精确计算的问题,利用计算流体力学软件FLUENT,采用欧拉双流体模型,计算得到扬矿硬管内高速螺旋流在不同工况条件下的阻力损失,并就其管道、物料和浆体特性等方面的影响因素进行分析。结果表明,不同工况条件下,阻力损失随提升速度、锰结核颗粒粒径、颗粒密度、浆体黏度、提升浓度的增大而增大,随管道内径和提升角速度的增大而减小。再采用能量理论,并利用MATLAB软件中的多元回归模型,推导出扬矿硬管内高速螺旋流输送的阻力损失无量纲公式,该公式能对深海采矿水力提升式扬矿硬管内高速螺旋流输送阻力损失进行理论预测,并且对实际工程应用具有一定的指导意义。     

电站冷凝器用钛钢复合板结合界面均匀性研究

采用高低爆速炸药分段式铺药的方式对钛/钢复合管板进行爆炸焊接.对爆炸复合法制备的电站冷凝器用29 m2、材料为Gr.2/Gr.70的管板结合界面的微观组织和力学性能进行了分析,结果表明,采用2250～2300 m/s的高低爆速和分段布药工艺制备的大面积钛/钢复合板,在无损检测时无杂波,结合界面均匀,力学性能符合ASTM...     

复合管液压成形装置及残余接触压力预测

针对现有复合管制造工艺中存在的问题，研制开发了一种焊接不锈钢衬里复合管液压成形装置，介绍了该装置液压成形系统的工作原理及技术特点。阐述了复合管液压成形过程的原理，并采用弹塑性理论分析了其在液压成形过程中内管及外管的应力应变状态。推导出了复合管残余接触压力与成形压力之间关系的理论计算公式，通过实验对公式进行了验证。结果表明该装置结构及其计算方法适于工程应用。     

供热系统循环水泵运行工况分析和调节

集中供热系统中，循环水泵是热工控制和调节的重要对象，它的运行工况对热网的水力工况起着决定性的作用。利用水泵和管路的性能曲线对水泵的运行工况进行分析和调节的方法，指出了节约电能、减轻水力失调的主要途径。     

深海采矿输送软管几何非线性静力分析

根据矿石输送软管的挠度变化很大的特点,采用了几何非线性有限元理论对输送系统进行力学分析;根据输送管道在采矿船和采矿车的牵引下运动,同时受到管道和管内流体重力,以友浮力作用的情况,采用有限元分别对三种参数值的输送系统进行了计算分析。从计算结果的比较分析可知：简单输送系统不能满足深海采矿要求;在输送管道下端安装浮体,得到了一种十分理想的采矿系统;输送管道的密度对采矿系统的性能影响很大,应尽可能地采用密度小的输送管道。     

轻质复合材料天线辐射梁单元研究

为解决传统钢制大型天线辐射梁单元重量大、重复安装精度差、易腐蚀等问题,采用钢制球形接头与碳纤维复合材料管材胶接组合的方式,对复合材料管材和胶接接头进行了合理设计,成功制造出某大型天线轻质复合材料辐射梁单元。对此辐射梁单元进行了有限元分析与实测研究,能够很好地满足天线使用要求。结果表明：与传统的钢制辐射梁单元相比,复合材料天线辐射梁单元减重50％左右,辐射梁刚度好、强度大,安装一致性好、精度高,特别适合重复安装的大型天线。     

碳纤维复合材料力学性能试样的加工研究

为提高碳纤维复合材料力学性能试样的加工质量和效率,降低加工成本,采用磨削加工工艺,并研发了相关装备。分析了所采用的磨削加工工艺原理,介绍了加工装备的结构,并给出了工艺路线、加工工具及加工参数。通过加工试验确认,与铣削加工相比,磨削加工碳纤维复合材料力学性能试样在加工精度、表面质量等方面均具有优势,一次性投入降低90%,刀具成本降低2/3。可见,磨削加工是一种经济高效的加工工艺,适用于碳纤维复合材料力学性能试样加工。     

复合材料储能飞轮挠性结构振动的磁轴承控制

储能密度是储能飞轮的重要指标之一,选用碳纤维、玻璃纤维复合材料的储能飞轮可以有效提高储能密度,同时,选用磁悬浮支承则可以适应真空环境及减少损耗。但是,由此也增加了结构的复杂性,例如,连结飞轮转子中金属部件与复合材料之间的挠性薄壳轮毂具有不同于常规刚体飞轮的动力学模型特性。针对薄壳结构的模态振动特征与陀螺效应控制之间的矛盾,描述一种具有挠性结构储能飞轮的磁轴承控制方法。在模态分析的基础上,利用多通道添加相位整形的控制方法有效抑制了系统中的挠性结构的模态振动。试验结果表明,使用所设计的控制器,转子可平稳通过中心频率为340 Hz的轮毂——心轴挠性模态振动区域,运行转速475 Hz(28 500 r/min),轮缘最大线速度达到450 m/s,并成功实现飞轮的充放电过程。     

一种快速制作栅格天线的新型解决方案

文中以一种树脂基碳纤维复合材料栅格天线反射面的制作成型为研究对象,详细阐述了该反射面成型后脱模模具工装的设计及成型方案。该栅格反射面所使用的主要材料为东丽公司的T700,基体为3234树脂体系。通过对复合材料模具的设计制作及使用、复杂复合材料制品二次脱模等方面的研究,提出了用球墨铸铁及碳纤维复合材料制造模具、采用真空袋热压罐成型工艺的新型解决方案。结果表明：与传统金属模具相比,在较大温差下复合材料模具具有尺寸精度更稳定、制作更简便、重量更轻等优势;利用复合材料过渡模具实现栅格反射面二次脱模可以大大提高生产效率。该方法对此类栅格反射面的制作具有指导意义。     

碳纤维陶瓷基复合材料用于密封摩擦副的温度场研究

机械密封摩擦副材料的选择对密封的性能有很大的影响。碳纤维陶瓷基复合材料作为新兴复合材料,具有耐腐蚀性能优异、机械强度高、耐热性和热传导性能良好等特点,是机械密封副配对材料的很好选择。选用碳纤维陶瓷基复合材料作为机械密封摩擦副材料,用数值模拟方法得到其机械密封摩擦副间温度场的模拟值,并通过实验验证数值模拟的准确性。碳纤维陶瓷基复合材料应用于机械密封摩擦副时,密封在降低温升、减少泄漏及减少摩擦磨损方面改良效果明显。     

先进复合材料在雷达上的应用

先进复合材料因其一系列优越性能,不仅是新材料研制的典范,也是实现武器系统先进性的重要研究方向.文中介绍了高性能树脂基先进复合材料的历史,简要论述了先进复合材料的主要组成材料即高性能玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、氰酸酯树脂、双马树脂、芳纶蜂窝芯材、聚氨酯泡沫芯材等的特点,重点列举了先进树脂基复合材料在雷达上的实际应用情况,如雷达罩、天线反射面、馈源、各类结构件、线路板基板材料、隐身材料、智能材料等,并指出其在雷达上具有广阔的应用前景.     

基于超声复解析信号的碳纤维层压复合材料检测方法研究

采用超声波检测碳纤维层压复合材料时,换能器将接收到层间产生的反射信号。为了有效利用层间反射信号表征碳纤维层压复合材料内部树脂及纤维铺层的几何状态,开展基于超声复解析信号的检测方法研究。介绍超声复解析信号的基本理论,阐述其相对原始A型信号的优势;定义用于成像的复解析信号表征参量,设计基于表征参量的检测成像算法,采用简化声学模型分析碳纤维层压复合材料微观结构超声响应对表征参量的影响;针对包含冲击损伤的碳纤维增强复合材料层压板开展阵列超声检测试验,试验结果表明基于超声复解析信号的检测成像方法可清晰观测出碳纤维层压复合材料微观结构内部的纤维铺层几何形态,基于原始A型信号的检测成像方法无法有效观测,超声复解析信号具有用于表征评价复合材料脱层、褶皱等缺陷的巨大潜力。     

基于电场驱动熔融喷射聚合物基复合材料高分辨率3D打印

针对当前聚合物基复合材料（Polymer matrix composites,PMC）成型存在打印分辨率低、打印材料受限、成型结构较为简单、工序复杂等方面的不足和局限性,尤其是还面临难以实现宏/微结构跨尺度高效制造的挑战性难题,提出一种基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印新工艺。阐述了基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印的基本原理和工艺流程。通过试验,揭示了主要工艺参数（碳填料含量、施加电压、螺杆转速、打印速度、加热温度等）对于打印件分辨率（精度）和质量的影响及其规律。利用自主搭建的试验平台,并结合试验优化的工艺参数和提出的两种打印模式,实现了多层石墨烯/聚乳酸（Polylactic acid,PLA）和多壁碳纳米管/PLA复合材料微尺度三维网格、多层石墨烯/PLA大高宽比薄壁圆环、多壁碳纳米管/PLA复合材料柔性导电网格以及其他聚合物复合材料3D结构典型工程案例的制造。研究结果表明,提出的电场驱动熔融喷射3D打印能实现高分辨聚合物基复合材料成型（使用内径300 μm喷嘴,实现了分辨率为40 μm的PMC特征结构制造）,而且还具有大面积宏/微结构跨尺度集成制造的优势。     

间断式纤维增强热塑性基复合材料应力应变场分析

用有限元法通过引入一个单胞模型和适当的边界条件，分析了间断式纤维增强复合材料在外部载荷作用下复合材料内部应力－应变场的变化规律，比较了基体在弹性和弹塑性条件下纤维、纤维与基体界面应力分布的特点。