倾斜非均匀磁场下导电方管磁流体管流的数值模拟研究

热核聚变反应堆液态金属包层应用中的一个重要问题是液态金属在导电管中流动和强磁场相互作用产生的额外的磁流体动力学压降.这种磁流体动力学压降远远大于普通水力学压降.美国阿贡国家实验室ALEX研究小组,对非均匀磁场下导电管中液态金属磁流体动力学效应进行了实验研究,其实验结果成为液态金属包层数值验证的标准模型之一.液态金属包层在应用中会受到不同方向的磁场作用,本文以ALEX的非均匀磁场下导电方管中液态金属管流实验中的一组参数为基础,保持哈特曼数、雷诺数和壁面电导率不变,采用三维直接数值模拟的方法,研究了外加磁场与侧壁之间的倾角对导电方管内液态金属流动的速度、电流和压降分布的影响.研究结果表明:沿流向相同横截面上的速度、电流以及压力分布均随磁场的倾斜而同向旋转.倾斜磁场均匀段,横截面上的高速区位于平行磁场方向的哈特曼层和平行层交叉位置,压力梯度随磁场倾角的增大先增大后减小.倾斜磁场递减段,在三维磁流体动力学效应作用下,横截面上的高速射流位置向垂直磁场方向偏移.磁场递减段的三维磁流体动力学压降随磁场倾角的增大而增大.随磁场倾斜,截面上的射流峰值逐渐减小,二次流增强,引发层流向湍流的转捩.      

倾斜非均匀磁场下导电方管磁流体管流的数值模拟研究

热核聚变反应堆液态金属包层应用中的一个重要问题是液态金属在导电管中流动和强磁场相互作用产生的额外的磁流体动力学压降.这种磁流体动力学压降远远大于普通水力学压降.美国阿贡国家实验室ALEX研究小组,对非均匀磁场下导电管中液态金属磁流体动力学效应进行了实验研究,其实验结果成为液态金属包层数值验证的标准模型之一.液态金属包层在应用中会受到不同方向的磁场作用,本文以ALEX的非均匀磁场下导电方管中液态金属管流实验中的一组参数为基础,保持哈特曼数、雷诺数和壁面电导率不变,采用三维直接数值模拟的方法,研究了外加磁场与侧壁之间的倾角对导电方管内液态金属流动的速度、电流和压降分布的影响.研究结果表明:沿流向相同横截面上的速度、电流以及压力分布均随磁场的倾斜而同向旋转.倾斜磁场均匀段,横截面上的高速区位于平行磁场方向的哈特曼层和平行层交叉位置,压力梯度随磁场倾角的增大先增大后减小.倾斜磁场递减段,在三维磁流体动力学效应作用下,横截面上的高速射流位置向垂直磁场方向偏移.磁场递减段的三维磁流体动力学压降随磁场倾角的增大而增大.随磁场倾斜,截面上的射流峰值逐渐减小,二次流增强,引发层流向湍流的转捩.     

推力电磁轴承的电磁场分析

利用有限元法对推力电磁轴承的磁场分布进行了分析计算,并通过对某一实际电磁轴承的推力轴承磁场分布及漏磁的分析计算,得出了推力轴承和推力盘之间的气隙及推力轴承和转子之间的气隙之比的最佳设计值,所得结果可作为推力电磁轴承实际设计的准则     

平面圆形线圈的磁弹性屈曲

本文以 Tokamak 装置中的角向场线圈为背景,导出了平面圆形线圈在周向和横向磁场作用下的磁弹性屈曲条件。发展了 F.C.Moon 的结果。     

基于CFD仿真的跳台滑雪空中飞行姿态优化及其验证研究

跳台滑雪的空中飞行阶段姿态及稳定性决定了飞行的距离.本文作者以跳台滑雪的人/板系统为研究对象,探究其在空中飞行阶段所受到的空气阻力以及保持平衡所需要克服的力矩问题.结合空中飞行过程中人/板系统姿态的主要参数,即雪板间相对倾角、身体与雪板夹角以及V型夹角进行仿真分析,采用正交试验方法,获取不同因素角度下的总升阻比、滑雪板升阻比、身体力矩以及滑雪板力矩.仿真结果表明主要参数的耦合关系对人/板系统的总升阻比、滑雪板升阻比、身体力矩以及滑雪板力矩均会产生影响,并能间接的影响到运动员空中飞行过程中的气动特性以及姿态稳定性.通过分析得到人/板系统的最优组合为雪板间相对倾角为120°,身体与雪板夹角为26°,V型夹角为32°.最后利用视频解析法验证了本研究结果的可靠性.     

基于双磁偶极子的螺线管磁场建模分析

针对低频交变磁场定位中,螺线管磁场分布的单磁偶极子模型在近场误差较大,定位精度差的问题,提出了一种基于双磁偶极子的螺线管磁场分布建模方法。首先通过分析磁偶极子在空间中的磁场分布规律,将螺线管等效为两个对称的磁偶极子阵列的叠加,建立了螺线管的磁偶极子阵列模型。然后引入模型误差的目标函数,利用模拟退火算法计算最优模型参数。最后根据磁场分布模型,将磁偶极子阵列简化为磁偶极子,在保证定位精度的同时,简化了模型,便于定位解算。实验结果表明,在近场条件下,双磁偶极子模型的最大误差仅为0.003m,相对传统的单磁偶极子模型,最大定位误差下降了90.26%,在远场条件下,单磁偶极子模型与双磁偶极子模型的最大误差近似。     

雷暴冲击风风洞设计及流场测试

鉴于雷暴冲击风试验装置的特殊性以及与低速直流风洞的共通性,参考低速直流风洞的设计方法设计完成了试验装置的洞体结构,并制作了具有调节功能的平板来模拟地面.通过调节平板,该装置能够同时改变冲击风强度、直径、射流高度、入射倾角等冲击风参数.试验测得稳态条件下射流口下竖向风速分布,以及沿竖向分布和水平分布的水平风速,研究了水平距离、高度及冲击风参数的影响.研究结果表明:最大水平风速出现的高度与其水平位置有关;射流速度V_(jet)与射流直径D_(jet)在一定范围内对试验结果影响不大;射流高度h与入射倾角α对冲击风的流场有明显影响.     

带边缘斜裂纹橡胶板的裂纹扩展研究

应用断裂力学的方法分析了带有初始斜裂纹的二维橡胶板在简单拉伸下的裂纹扩展特性.应用ABAQUS有限元软件建立了二维橡胶板的有限元模型,计算出倾角为0°,15°,30°,45°和60°的边缘斜裂纹橡胶板拉伸试件沿不同方向的J积分,得出橡胶板的裂纹扩展方向.通过有限元分析得出橡胶板并非沿着初始裂纹方向扩展而是与初始裂纹方向呈一夹角,且随着裂纹倾角的增大裂纹扩展方向和初始裂纹方向的夹角逐渐减小.     

液态金属电磁泵设计理论中的几个基本问题(一)

对电磁泵设计中下列最有意义的几个问题进行了深人的理论探讨: 1.三相行波感应式电磁泵的横向端部效应. 2.行波磁场气隙中的磁场衰减. 3.平面型三相感应式电磁泵的纵向端部效应. 4.考虑导电壁面的无补偿直流电磁泵的基本规律. 以上的理论结果,大部分已同实验进行了比较,证实了这些理论结果的可靠性,纠正了文献[3]的设计方法中的一些重大错误. 这里叙述上述四个问题中的前两个,其余两个将在第二部分中叙述.     

考虑对流效应和磁场的CMP模型及其数值模拟

推导了具有对流效应的化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)润滑模型,研究各参数对压力场分布的影响.在此模型基础上,研究了磁流体抛光液在外界磁场作用下的润滑模型,以及外磁场对抛光过程中压力场分布的影响. 数值结果表明,具有对流效应的润滑模型的压力分布与已有经验结果更一致,能更为有效地解释CMP过程中的负压现象; 进一步通过外界磁场的作用, 可以有效地改变磁流体CMP的压力分布,这为实现对晶片的全局抛光提供了一种可供参考的新途径.      

微加工中原子力显微镜金刚石针尖的磨损研究

考察了用原子力显微镜对单晶硅进行微加工时金刚石针尖的磨损行为 ,对针尖的磨损率、磨损机理以及针尖磨损对微加工过程的影响进行了实验研究和理论分析 .结合对单晶硅所进行的摩擦磨损试验 ,应用计算模型得出针尖的磨损率为 1.7× 10 - 1 0 m m3/(N·m) ;通过对针尖磨损特征的原子力显微镜观察 ,结合金刚石针尖上应力集中的有限元计算及单位切削力计算 ,推测其磨损机制主要为化学磨损     

磨损数值仿真技术的研究进展

综述了近年来国内外磨损数值仿真技术研究进展和现状，重点评述了数值仿真方法在磨粒磨损、疲劳磨损、磨损表面形貌模拟和实际摩擦副磨损研究方面的应用．指出磨粒磨损仿真主要集中于二体磨损的磨损表面形貌分析和磨损预测;疲劳磨损仿真主要集中基于断裂力学方法的建模以及基于有限元方法的参数定量计算和疲劳裂纹行为数值模拟；实际摩擦副磨损仿真主要侧重于齿轮、凸轮和缸套-活塞环等典型摩擦副的磨损研究．就当前磨损数值仿真研究的主要问题和发展方向提出了建议。     

直流磁场下销盘摩擦接触区的电磁感应现象

为了研究直流磁场对45钢销盘摩擦副的摩擦磨损特性的影响,根据磁场销盘摩擦试验机的结构和销盘摩擦副在摩擦过程中的实际接触情况,建立了二维微凸峰接触静态磁场和瞬态磁场有限元模型,分析了销盘摩擦接触区的电磁感应现象,得出以下结论:磁感应强度B在摩擦接触区分布不均,在微凸峰接触点区域的磁感应强度B值较大;摩擦试验中,在销盘磨痕和磨屑的微凸峰接触区将产生较高频率的动态磁化,同时在微凸峰上产生较大的感应电流,这些现象促进了销盘磨痕表面和磨屑的氧化.     

海洋系泊链钢22MnCrNiMo腐蚀磨损试验与数值分析研究

建立了锚链在海洋环境中腐蚀磨损(简称"磨蚀")累积损伤数值分析方法,该方法采用非线性有限元分析,能够同时考虑锚链链环间接触面在海水中的腐蚀和磨损耦合损伤。针对22MnCrNiMo低碳低合金钢材料,进行了力学性能、海水侵蚀以及磨蚀性能等多方面的试验研究,确定了基于该材料的锚链链环间接触面在海水中磨蚀损伤数值分析中的相关参数。通过对计算结果与试验结果的比较分析,验证了锚链链环间接触面磨蚀累积损伤数值分析方法的可行性与准确性。     

锌黄铜-铝合金互配副干摩擦学特性的磁场干涉机制研究

采用改进的MPV-1500型摩擦磨损试验机,国内首次研究了直流磁场对抗磁性(锌黄铜)和顺磁性(铝合金)材料互配副干摩擦学特性的影响.结果表明:磁场的施加和增大,加剧了抗磁性锌黄铜的磨损,降低了顺磁性铝合金的磨损,互配副的摩擦系数均有增大趋势;在抗磁性锌黄铜背面添置铁磁性材料,即可克服磁场对锌黄铜干摩擦学特性的不利影响;销、环试样的化学性能以及装卡装置的磁性均可能影响试验研究结果.     

CRH380A型高速动车组制动闸片摩擦损伤分析

本研究中选取CRH380A型高速动车组服役中的制动闸片作为研究对象，利用微观分析测试手段分析了该闸片摩擦粒子的损伤特征及其原因，得出摩擦粒子的主要损伤特征为剥落和裂纹. 根据闸片摩擦粒子形貌和成分分析结果，结合不同制动时刻摩擦粒子的应力分布状态，分析了形成以上两种主要损伤的原因和机理. 结果表明:闸片摩擦粒子材料加工过程中形成的气穴、不同组元的硬度和耐磨性差异等应是导致其发生块状剥落的主要原因；而制动闸片切入端的摩擦粒子应力较大，这可能是导致制动闸片偏磨的主要原因之一，且摩擦粒子的中心圆孔附近存在应力集中现象，导致了裂纹更容易在圆孔周边萌生，同时材料加工过程中形成的气穴、不同组元之间结合强度不足等原因也导致了裂纹的萌生与扩展.      

Stochastic torsional stability of an oil drill-string

The aim of this paper is to investigate the influence of uncertainties on the torsional vibration of drill-strings, in order to find out which uncertainty affects most significantly the torsional stability. The unstable torsional behavior is commonly associated to polycrystalline diamond compact bits, and manifests itself in the form of stick-slip oscillations. The stick-slip is a severe type of self-excited vibration characterized by large fluctuations in the rotation of the bit. It not only increases the bit wear, but also can cause drill-string failures. The analysis were done using a mathematical model of the drill-string based on classical torsion theory discretized by means of the finite element method. The bit-rock torque was included in the model as a nonlinear boundary condition at the bottom end of the drill-string. The values of the model parameters are typical values of a real drilling situation, which are subject to a high degree of uncertainty, what justifies a stochastic analysis. We have built probability distributions for the uncertain parameters and used Monte Carlo method to obtain the stochastic stability maps.     

外加磁场对W-20Cu/45钢摩擦副干摩擦特性影响的实验研究

以W-20Cu销/45钢环摩擦副为研究对象,采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了直流磁场对W-20Cu干滑动摩擦磨损特性的影响.利用扫描电镜观察W-20Cu销磨损后的表面形貌、纵切面组织及磨屑形貌,采用三维形貌仪表征了磨损表面粗糙度.结果表明:随着磁场的施加和增大,W-20Cu销和45钢环的磨损率及摩擦系数均有减小趋势.磁场不仅降低了W-20Cu销摩擦面亚表层的变形程度,而且能吸附磨屑并使之细化.无外加磁场时,磨损机制主要为磨粒磨损;施加磁场后,W-20Cu销摩擦面趋于平滑,磨损机制变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损.     

A new analysis of tuned circuit levitators

Investigations of a relatively new magnetic levitation device are described. This device uses an electromagnet, which is the inductive part of a resonant circuit. If the circuit is properly tuned, static stability is attainable.In order to understand the dynamic instabilities and to enable systematic design of tuned circuit levitators. a method is needed, which permits rapid analysis. In the models investigated, the frequency of supply is much higher than that associated with the mechanical vibrations, and as a result, a direct digital simulation of the equations is inefficient. This difficulty is overcome by using an approximation of slowly varying quantities. Due to the omission of the detailed high frequency oscillation from this new representation, it has been found possible to obtain a solution of an example by using only a few steps of integration. The results agree with those observed in an experimental model. They also agree with analogue simulations.     

磁悬浮挠性转子系统模型复合辨识方法

针对磁悬浮挠性转子的纯有限元分析模型精度低的问题,提出一种磁悬浮挠性转子系统模型复合辨识方法。该方法首先采用有限元方法把磁悬浮挠性转子划分为多个Timoshenko梁单元,建立磁悬浮挠性转子系统模型,并对其挠性临界频率、阻尼、刚度和振型等关键参数进行分析,进而得到磁悬浮挠性转子的等效降阶数学模型;然后采用鲁棒自适应方法分析磁悬浮挠性转子系统的动态特性;最后,采用变LEVY方法从动态特性分析数据中对磁悬浮挠性转子进行系统辨识,校正有限元分析得到的降阶数学模型。实验结果表明,本方法可以得到磁悬浮挠性转子较为准确的系统模型。