离心力场中管道内油液压力分布特性研究

在离心力场中,液压系统能否正常工作取决于离心力对液压系统的影响,通过从离心力场中管道内油液压力分布特性入手,研究了离心液压随管道安放方向的不同所具有的性质,对离心力场中液压系统的进一步设计具有指导意义。     

任意挠曲输液管道瞬时变分原理

给出了弹性系统瞬时势能泛函的一般表达式，得到了其关于任意挠曲输液管道的具体表达式，根据瞬时最小势能原理建立了该结构的有限元动力方程，并首次推导出其离心力载荷公式，讨论了管道结构静平衡位置的发散流速的确定，最后，用简单的实验结果对理论分析作了验证。     

带接头管道在内压与循环载荷作用下的棘轮行为研究

液压管道在服役过程中受内压和循环弯曲载荷的共同作用．管道经常处于非比例循环加载状态，尤其是在管道接头位置处，容易产生棘轮行为，对管道的服役寿命有不利影响．因此，本文采用充液管道悬臂弯曲加载方式，对管道在接头位置处的棘轮响应进行研究。首先通过管材实验确定了材料的非线性等向/随动强化模型参数，并通过应变的实验测量结果与数值仿真结果的比较，验证了本构模型的有效性，然后建立了悬臂管道的有限元模型，模拟分析内压水平，内压小幅脉动，管道壁厚等因素对管道棘轮行为的影响．通过对带接头管道棘轮行为的研究分析，为进一步完善液压管道的设计，提高液压管道的可靠性，提供一定的理论基础．     

旋转方形截面螺旋管内流动与传热特性

利用数值计算方法研究了旋转矩形截面螺旋管内的粘性流动，分析了在离心力，科氏力共同作用下曲线管道中的二次流动结构、轴向流速分布、截面温度分布、摩擦系数比以及管道Nusselt数比随各参数的变化情况。计算结果表明：当旋转方向和主流方向相同时，旋转的作用与增大Dean数的作用相同，使得管道摩擦系数变大，管道换热效果增强，而当旋转方向和主流方向相反时，管道内流动结构变化十分明显，当F≈-1．2时(F为科氏力与离心力之比)，二次流出现类似于直扭管内的鞍状流动结构，轴向速度类似于静止直管内的流动结构，管道内的摩擦系数与静止直管内的摩擦系数大约相等，换热效果减至最弱；挠率对流动结构以及摩擦系数比和Nusselt系数比的影响效果与F有关。     

基于流体冲击对管道转弯处作用力影响分析

液压油流过弯道时,形成双螺旋紊流流动特性,紊流作用力对管道稳定性产生影响。为了探求流体冲击对管道不同弯度下等效作用力和管壁应力的影响,分析了五种弯曲角度下管道等效作用力与应力、应变。仿真结果表明:流体流经弯头处将产生额外阻力,该阻力趋于打破管道的稳定;角度大小改变会导致弯头处进出口两端应力发生较大的波动,影响管道的稳定性;随着弯头角度变大,管道内壁纵向应力呈现先减小后增大的变化规律,而两侧径向应力则一直变大;直管管壁应力对称,更具有强的抗干扰性。研究成果将为液压管道系统减振提供参考。     

“?”弯曲管形在飞行器高压高速流体管道系统中应用的力学机理探讨

针对飞行器高压高速流体管道的弯曲布局设计,分析了国外飞机液压管道系统中"?"弯曲方式的力学机理,提出了"?"管形的三段弯曲参数化建模方法;通过四种不同弯曲管形结构的静、动力学性能的对比分析,结果表明"?"管形在结构抗变形、降低流体压力脉动、减小流固耦合振动等方面具有诸多优点。根据飞行器管道结构形式的具体特点,在弯曲部位合理设计"?"弯曲段,能够降低管道使用过程中的应力。     

气液两相环状流诱发管道振动模型研究

根据两相流动过程中弹性恢复力、离心力、科氏力、惯性力的平衡关系,并考虑因管道弯曲产生的非线性因素,建立了气液两相环状流诱发两端简支管道振动的模型;采用Galerkin方法对模型进行离散化处理,得到了系统的非线性矩阵方程。通过对方程系数矩阵线性部分的求解,具体分析了不同折算流速以及不同弹性模量下管道前四阶模态的量纲归一化特征值的实部及虚部之间的变化规律。结果表明:当折算液速一定时,随着折算气速的增大,管道系统的前4阶固有频率会不断减小;在不同的折算液速下,随着折算气速的增大,管道系统会呈现不同的状态;管道的弹性模量对管道的振动也有着较大的影响。通过对整个方程的求解,分析了管道横向振动位移的规律。研究结果表明:弹性模量较小时,管道的振动位移情况较为复杂;而弹性模量较大时,在同样的折算流速下,管道在平衡位置做振幅较小的周期性往复运动。     

洗衣机液体平衡环仿真模拟

波轮式洗衣机在脱水过程中会因离心力而产生强烈的振动，液体平衡环的纠偏特性是减振的最主要方式之一．平衡环通过环内液体流动产生的离心力来达到减振目的，因此平衡环内液体离心力数值的准确性直接影响仿真模拟的结果．过往研究采用离心力理论公式进行的仿真模拟与实验结果有较大偏差．而本文将FLUENT仿真得到的离心力数值，代入ADAMS中进行洗衣机整机的仿真，可以得到与实验更为接近的仿真结果．     

承重试验台同步加载系统设计计算及模糊PID耦合调平控制

针对试验台加载系统需具有高效率、快响应和高同步精度的特点，设计了一套液压油路系统，并开发了一种模糊PID交叉耦合同步调平四缸的控制算法。通过对理论模型输出位移的实时跟踪，实现了试验台的同步加载和精确调平控制。基于AMESim建立的同步加载系统的仿真结果，验证了主从式控制与模糊PID交叉耦合控制方案设计的合理性和可靠性。调平系统实验进一步表明，改变四液压油缸负载值使液压油缸负载不同步，可明显提高系统的高精度同步性能。     

基于AMESim的承重实验台同步加载系统液压调平设计与实验研究

以承重实验台同步加载系统为研究对象,设计了一套液压调平系统油路,得到了油缸缸径、液压系统流量等参数的理论解。利用AMESim软件对实验台液压调平系统的复杂工况进行了动力学仿真,结果表明:在2s～11s内,液压系统的波动现象逐渐减弱;在12s～30s内系统已完全调平,实验台工作平稳,无振荡现象。液压调平实验过程中速度和位移的实验数据与仿真计算间的误差范围分别为1.2～3.5和0.01～0.47,仿真计算结果能够较准确地描述液压系统的调平过程,表明本文设计的液压调平系统油路方案具有较好的科学性和可行性,且满足实际工况的要求。     

输流管道动力有限元建模及实验研究

在输流管道系统中由结构-流体相互耦合作用导致的管道振动对工业生产的安全性、经济性具有重要影响。工程中常用有限元中的管单元建立管道动力学模型,用附加质量法或顺序耦合方法进行输流管道系统的动力学分析,这种建模和分析方法可能会造成管道中结构-流体相互耦合效应的缺失。本文搭建了输流管道系统的实验平台,分别在管道无水和充水两种状态下进行管道系统模态实验,并将实验结果分别与所建立的无水管道有限元模型和充水管道流固耦合模型分析结果进行了对比,验证了壳单元及实体单元管道动力学模型的合理性。通过实验和数值分析研究其动力特性发现：壳单元动力学模型更合理准确,管道系统由于流固耦合作用的影响产生了新的振动形态;附加质量法分析结果缺失了系统的某些低阶模态,表明了输流管道系统流固直接耦合动力学建模的必要性。     

一种自适应模糊PID复合控制在液压仿真转台中的应用

针对液压仿真转台伺服系统的非线性特点，提出了一种模糊控制与局部积分控制相结合的复合控制方式。当系统的偏差较大时主要采用模糊控制器对系统的偏差进行快速调节以加快系统的响应过程；当系统的偏差小于某一值时，加入积分控制以保证系统的精度。为了提高模糊控制器的性能，采用了规则可调整的模糊控制器。实验结果表明：该方法能有效地克服液压伺服系统的非线性和参数的不稳定性以及外部干扰对系统的影响，具有较高的控制精度和鲁棒性能，完全适合于液压仿真转台伺服系统的控制。     

非牛顿流体在渐变管中压力和剪切应力的二次摄动解

本文利用双摄动方法求解缓慢变化管道中Johnson-Segalman(J-S)流体流动的渐近解．将管道的扩张（或收缩）角度和粘弹性参数分别作为双摄动的参数，由流函数和涡量函数的形式，推导出压力和壁面剪切应力的渐近解．在此基础上，分析了管道角度，粘弹性参数和雷诺数等参数对压力以及剪切力影响．主要结论如下：(1) 管道扩张角度增加时，流向同一位置处径向压力以及壁面剪切应力随扩张角度减小；(2) 在同一扩张管道中，径向压力随着流向位移减小，收缩管与之相反；(3) 扩张角度与雷诺数对流场起主导作用，粘弹性系数起次要作用．     

Rayleigh旋转梁的动力学建模与动态稳定性分析

基于Rayleigh梁理论,通过欧拉角,运用Hamilton原理,建立了柔性自转轴在Euler坐标系下和Lagrange坐标系下的动力学方程,两个方程相比,Euler坐标系下的动力学方程增加了一个离心力项。运用Galerkin方法对两组方程离散,运用Matlab的数值方法求解了系统的频率和模态。由模态分析得出,离心力项会使陀螺系统的模态在一定转速下由反进动转变为正进动模态;由稳定性分析得出,当转速足够大时,离心力项会使陀螺系统发生颤振失稳现象。     

海底集矿机和移动输送站最小安全距离研究

海洋矿产资源的开发正由浅海向深海发展，水下输送管道作为深海采矿系统中的必备构件，其作业安全尤为重要．本文以6 000 m深海采矿工程为背景，研究了海底集矿机、海底移动输送站及连接两者的矿料输送管道的运动协调关系．首先，用悬链线理论得到输送管道的初始构形，基于有限元方法，构建了集矿机-输送管道-移动输送站系统三维动态响应模型，进而讨论了集矿机和移动输送站运动过程中，输送管道形态和应力的变化．结果表明，集矿机与移动输送站靠近时，输送管道的最大应力增长速度变快，威胁采矿系统的作业安全．基于此，提出了集矿机与移动输送站最小安全距离的概念，分析并给出了管道壁厚和材料屈服应力对最小安全距离的影响规律．     

离心力对干涉测量光路的影响及其修正

本文分析了旋转载体上离心力造成的干涉测量光路中空气介质压强的不均匀变化，给出了与光路介质折射率相应的分布规律，分析了由此引起的干涉测量系统动态测量的示值偏差，据此分析计算的结果可用于测量结果的精密修正。本文的讨论结果为精密离心机及类似的运动载体上的动态干涉测量系统的分析设计提供了依据。     

油气分离器内气液两相流的数值模拟

用DPM模型对油气分离器内的气液两相流流场进行了数值模拟。对计算结果分析发现,除了离心力作用可以增强分离效果外,气流在壁面上的碰撞过程对提高分离效果也具有重要作用。据此提出的改型设计方案在工程试验中获得了更高的分离效率,证明本文数值模拟所用的计算模型能够满足此类计算的要求,计算后的机理分析也反映了流动的本质。     

液体弹性波在医疗中的应用

本文分析了液体弹性波的传输特性,结合人体胆道系统特点,提出了利用波的传输和反射特性来治疗人体某些管道代谢疾病的新见解,据此研制成功胆道振荡冶疗仪以治疗目前外科手术普遍感到棘手的残留结石和肝内结石,经近一年的实际临床应用,初步获得较显著的疗效.文中着重介绍液体弹性波在胆道系统内传播的力学分析,液压振荡系统及治疗仪整机等.对有关医疗问题不作详细阐述.     

Melnikov方法在输流管混沌运动研究中的应用

对基础简谐运动激励下两端固定输流管道的混沌运动进行了研究，推导出了系统的运动方程，确定了系统存在的平衡点及其稳定性，计算出了未扰系统的同宿轨道，并利用Melnikov方法得到了系统发生混沌运动时参数需满足的临界条件，同时还利用相平面图和：Poincare映射等方法对管道的混沌运动进行了数值模拟，通过比较发现，由Melnikov方法确定的临界参数值要稍小于数值模拟中首次观察到混沌运动时对应的临界值。     

粉质黏土层预埋承插式混凝土管道对爆破振动的动力响应

为合理评价临近爆破施工振动作用对预埋在粉质黏土层承插式混凝土管道的影响，通过现场预埋多管节全尺寸管道的爆破试验，结合DH5956动态应变及TC-4850爆破振动等测试系统，研究了爆破振动作用下承插式混凝土管道动力响应特征，分析了管道管身及承插口动应变及振动速度空间分布规律；基于承插口允许转角规范及管身动态拉应变破坏准则，提出了承插式混凝土管道爆破振动速度安全判据。研究结果表明:爆破振动作用下管道管身及承插口之间存在不协调响应特征；爆破振动作用下管道承插口为管道最薄弱位置，爆破振动对承插式混凝土管道的影响应重点考虑承插口的失效；承插式混凝土管道爆破振动速度控制阈值为5 cm/s，结果可对类似地层中承插式埋地混凝土管道的保护起指导作用。