径向直线槽端面密封空化特性数值模拟

基于质量守恒边界条件,建立了径向直线槽端面密封空化特性的数值模型.控制方程为考虑惯性的定常不可压缩Reynolds方程,利用有限控制体积法对其进行离散,采用分块加权方法计算膜厚突变处流量,迭代方法为Gauss-Siedel松弛迭代,并对空化特性影响因素进行了分析.结果表明：不同工况下,油膜破裂位置均在膜厚突然增大处,密封坝阻碍空化的产生;空穴区域随着转速的增大而增大,随着槽深的增大而减小;空化区域在径向由静压决定,周向由动压决定,二者对空化的影响相互独立.     

多体系统指标2运动方程HHT方法违约校正1）

采用Cartesian绝对坐标建模方法,完整约束多体系统运动方程是指标3的微分--代数方程（differentialalgebraic equations,DAEs）,数值求解指标3的DAEs属于高指标问题,通过对位置约束方程求导,可使运动方程的指标降为2.位置约束方程求导得到的是速度约束方程.直接求解指标3的运动方程,速度约束方程得不到满足,而且高指标DAEs的数值求解存在一些问题.论文首先采用HHT（Hilber--Hughes--Taylor）直接积分方法求解降指标得到的指标2运动方程,此时速度约束方程参与离散计算,从机器精度上讲速度约束自然得到满足,而位置约束方程没有参与计算,存在“违约”.针对违约问题,采用基于Moore--Penrose广义逆理论的违约校正方法,消除位置约束方程的违约.指标2运动方程HHT方法违约校正,将HHT方法和违约校正方法很好地结合,在数值求解指标2运动方程的过程中,位置约束方程和速度约束方程都不存在违约问题,而且新方法没有引入新的未知数向量,离散得到的非线性方程组的方程数量与原指标2运动方程的方程数量相同,求解规模没有扩大.新方法的实用和有效性通过算例的数值实验得到验证,数值实验也说明新方法保持了HHT方法本身具有的数值阻尼可以控制和二阶精度的特性.最后从非线性方程组的求解规模和计算速度上与其他方法进行了比较分析,说明新方法的优势所在.     

初值约束与两点边值约束轨道动力学方程的快速数值计算方法

轨道动力学快速计算是航天工程中的基础问题,广泛存在于轨道设计、空间抓捕以及深空探测等任务中.基于有限差分原理的经典数值积分算法,由于精度严重依赖小积分步长,难以满足航天器在轨快速计算需求.针对该问题,提出一种局部配点反馈迭代算法,该算法能高效解算受到初值约束和两点边值约束的轨道动力学方程.基于Picard迭代公式建立数...     

多体系统指标2运动方程HHT方法违约校正

采用Cartesian绝对坐标建模方法,完整约束多体系统运动方程是指标3的微分-代数方程(differentialalgebraic equations,DAEs),数值求解指标3的DAEs属于高指标问题,通过对位置约束方程求导,可使运动方程的指标降为2.位置约束方程求导得到的是速度约束方程.直接求解指标3的运动方程,速度约束方程得不到满足,而且高指标DAEs的数值求解存在一些问题.论文首先采用HHT(Hilber--Hughes--Taylor)直接积分方法求解降指标得到的指标2运动方程,此时速度约束方程参与离散计算,从机器精度上讲速度约束自然得到满足,而位置约束方程没有参与计算,存在"违约".针对违约问题,采用基于Moore--Penrose广义逆理论的违约校正方法,消除位置约束方程的违约.指标2运动方程HHT方法违约校正,将HHT方法和违约校正方法很好地结合,在数值求解指标2运动方程的过程中,位置约束方程和速度约束方程都不存在违约问题,而且新方法没有引入新的未知数向量,离散得到的非线性方程组的方程数量与原指标2运动方程的方程数量相同,求解规模没有扩大.新方法的实用和有效性通过算例的数值实验得到验证,数值实验也说明新方法保持了HHT方法本身具有的数值阻尼可以控制和二阶精度的特性.最后从非线性方程组的求解规模和计算速度上与其他方法进行了比较分析,说明新方法的优势所在.     

重载滑动轴承非牛顿流体的三维弹性液体动力润滑分析的加权平均法

本文采用加权平均法成功地求解了由广义Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程（幂次型）和三维弹性方程组成的非牛顿体弹流模型，该方法较好的解决了大偏心率的弹流迭代收敛困难的问题。该方法具有收敛快，对初值要求松且计算精度高等优点，是一种解决弹流问题较好的迭代模式。     

基于牛顿-拉夫逊的拉压不同模量问题的数值求解

针对拉压模量不同引起的材料本构非线性,首先,通过引入改进的Heaviside函数将本构方程连续光滑化;然后,基于特征值与特征向量的求导策略,推导有限元求解模型中切线刚度矩阵的列式;最终,提出基于牛顿-拉夫逊迭代格式的拉压不同模量问题的数值求解算法。数值算例验证了本文算法比传统算法具有更稳定的收敛性和更高的求解精度,特别适合于工程分析中大规模计算问题的求解。     

重载滑动轴承非牛顿流体的三维弹性流体动力润滑分析的加权平均法

本文采用加权平均法成功地求解了由广义Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程（幂次型）和三维弹性方程组成的非牛顿体弹流模型，该方法较好的解决了大偏心率下的弹流迭代收敛困难的问题。该方法具有收敛快，对初值要求松且计算精度高等优点，是一种解决弹流问题较好的迭代模式。     

长条形基坑带顶部支撑排桩支护体系空间变形研究

提出了一种建立具有固定双面约束多点摩擦的多体系统动力学方程的方法. 用笛卡尔坐标阵 描述系统的位形,根据局部方法的递推关系建立系统的约束方程,应用第一类Lagrange方程 建立该系统的动力学方程,使得具有摩擦的约束面的法向力与Lagrange乘子一一对应,便于 摩擦力的分析与计算,并用矩阵形式给出了摩擦力的广义力的一般表达式. 应用增广法将微 分-代数方程组转化为常微分方程组,并用分块矩阵的形式给出,以便于方程的编程与计算. 给出了一种改进的试算法,可提高计算效率. 最后给出了一个算例,应用试算法和RK法对算 例进行了数值仿真.     

基于牛顿-拉夫逊的拉压不同模量问题的数值求解

针对拉压模量不同引起的材料本构非线性,首先,通过引入改进的Heaviside函数将本构方程连续光滑化;然后,基于特征值与特征向量的求导策略,推导有限元求解模型中切线刚度矩阵的列式;最终,提出基于牛顿-拉夫逊迭代格式的拉压不同模量问题的数值求解算法。数值算例验证了本文算法比传统算法具有更稳定的收敛性和更高的求解精度,特别适合于工程分析中大规模计算问题的求解。     

双面约束多点摩擦多体系统的建模和数值方法

提出了一种建立具有固定双面约束多点摩擦的多体系统动力学方程的方法. 用笛卡尔坐标阵描述系统的位形,根据局部方法的递推关系建立系统的约束方程,应用第一类Lagrange方程建立该系统的动力学方程,使得具有摩擦的约束面的法向力与Lagrange乘子一一对应,便于摩擦力的分析与计算,并用矩阵形式给出了摩擦力的广义力的一般表达式. 应用增广法将微分-代数方程组转化为常微分方程组,并用分块矩阵的形式给出,以便于方程的编程与计算.给出了一种改进的试算法,可提高计算效率. 最后给出了一个算例,应用试算法和RK法对算例进行了数值仿真.      

下游泵送螺旋槽密封空化试验及性能分析

基于自主设计的可视化试验装置及膜温和膜厚测量方法,对下游泵送螺旋槽密封空化特征及性能参数进行试验研究.探讨了油压和转速对不同螺旋槽密封液膜中空穴发生位置、空穴分布及空穴边界的影响,拟合了不同螺旋槽密封空穴边界的试验关系式,并对不同空化模型的理论泄漏量和膜厚与相应试验值进行了对比分析.结果表明:内槽型和中槽型密封的空穴均发生在螺旋槽内,但两者的空穴区形状明显不同;油压的增加有助于抑制液膜中空穴的发生,而转速的增加反之;尤其是内槽型,油压对其空穴发生影响更为显著;在低转速或高油压时,Reynolds和JFO两空化模型均可用于预测泄漏量和膜厚;在高转速或低油压时,JFO空化模型预测值更准确,而Reynolds空化模型预测值偏大.     

A solution to the hydrodynamic lubrication of a circular point contact sliding over a flat surface with cavitation

This letter presents an analytical solution to the hydrodynamic lubrication of a circular point contact sliding over a flat surface with cavitation. The solution is found by solving the Reynolds equation with Reynolds boundary condition for cavitation. The cavitation boundary is shown to be straight lines directed 108.4° against the sliding direction. The result is experimentally verified in the limit of large values of viscosity, sliding velocity and radius of a spherical ball. The solution raises questions about the coupling between cavitation and film rupture and can be used as an independent check on the validity of numerical solutions.     

Elastoplastic contact of rough surfaces: a line contact model for boundary regime of lubrication

This paper introduces an improved friction model accounting for elastoplastic behavior of interacting asperities along contiguous rough surfaces for a line contact solution. It is based on Greenwood and Tripp’s original boundary friction model and specifically tailored for a boundary regime of lubrication. The numerical solution of Reynolds’ equation is achieved by implementing Elrod’s cavitation algorithm for a one dimensional line contact. The transience in the numerical solution is retained by accounting for the squeeze film term in Reynolds’ equation under fixed loading conditions and varying sliding motion. A sliding bearing rig is used to measure friction and compare the results with the prediction made using the approach highlighted above. The numerical/experimental results show good agreement.     

A numerical method for simulation of attached cavitation flows

A new numerical algorithm for attached cavitation flows is developed. A cavitation model is implemented in a viscous Navier–Stokes solver. The liquid–vapour interface is assumed as a free surface boundary of the computation domain. Its shape is determined with an iterative procedure to match the cavity surface to a constant pressure boundary. The pressure distribution, as well as its gradient along the wall, is taken into account in updating the cavity shape iteratively. A series of computations are performed for the cavitating flows across three kinds of headform/cylinder bodies: conic, ogival and hemispheric heads. A range of cavitation numbers is investigated for each headform/cylinder body. The obtained results are reasonable and the iterative procedure of cavity shape updating is quite stable. The superiority of the developed cavitation model and algorithm is demonstrated. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑粗糙度和固体颗粒效应的直齿轮跑合瞬态热弹流润滑分析Transient thermal elasto-hydrodynamic lubrication of spur gears in running-in process considering solid particles and surface roughness

建立了含有固体颗粒的弹流数学模型,修正了Reynolds方程,考虑了连续波状粗糙度的影响,对跑合过程中直齿轮轮齿啮合区的弹流润滑进行了数值解算,分析了固体颗粒和粗糙度对压力、膜厚和温度的影响。结果表明,连续波状粗糙度会引起压力和膜厚一定幅度的上下波动,考虑固体颗粒后,压力变大,膜厚减小;颗粒速度越大,膜厚越小,最小膜厚减小,最大温升一定幅度减小,颗粒所在区域的温升减小;粗糙度波长较小时,粗糙度对膜厚较小的接触区引起的温升较大。     

Operator‐splitting method for the analysis of cavitation in liquid‐lubricated herringbone grooved journal bearings

This paper presents an operator‐splitting method (OSM) for the solution of the universal Reynolds equation. Jakobsson–Floberg–Olsson (JFO) pressure conditions are used to study cavitation in liquid‐lubricated journal bearings. The shear flow component of the oil film is first solved by a modified upwind finite difference method. The solution of the pressure gradient flow component is computed by the Galerkin finite element method. Present OSM solutions for slider bearings are in good agreement with available analytical and experimental results. OSM is then applied to herringbone grooved journal bearings. The film pressure, cavitation areas, load capacity and attitude angle are obtained with JFO pressure conditions. The calculated load capacities are in agreement with available experimental data. However, a detailed comparison of the present results with those predicted using Reynolds pressure conditions shows some differences. The numerical results showed that the load capacity and the critical mass of the journal (linear stability indicator) are higher and the attitude angle is lower than those predicted by Reynolds pressure conditions for cases of high eccentricities. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

有限长滑动轴承非线性油膜力的近似解法

本文中提出了一种求解有限长径向滑动轴承非线性油膜力的近似解析方法.在滑动轴承-转子系统非线性动力行为分析中,油膜力计算模型通常采用"π"油膜假设,但是,实际工况中油膜的存在区域并非是"π"区域,运行时油膜中出现气穴,破裂成条纹状(即具有Reynolds边界条件).本文中的近似解析方法采用Reynolds边界条件,基于变分原理,运用分离变量法求解油膜的压力分布,其中油膜压力的周向分离函数通过无限长轴承的油膜压力分布获得,油膜的破裂终止位置角通过连续条件确定,轴向分离函数运用变分原理并结合周向函数求得.计算结果表明:本文中提出的方法和有限元方法的结果吻合得很好.在此基础上,分析了一些轴承参数对油膜压力分布的影响.     

考虑温粘热效应的多瓦轴承模型及其应用

构筑了轴向解析、周向有限元压力分布的一维变粘度场有限宽轴承模型。在绝热边界条件下,忽略泊肃叶流项对速度的影响,不考虑温度轴向变化并沿油膜厚度方向积分,三维能量方程可降阶为平均温度场只沿周向分布的一维形式,结合滑动轴承非线性油膜力的一维直接解法,能量方程与雷诺方程可分别求解,既考虑了温粘效应对滑动轴承非线性动力学性能的影响,又提供了无需迭代直接确定油膜破裂边界和求解非线性油膜力的快速新方法。作为应用,针对进油槽位于水平两侧的椭圆瓦轴承进行了动力润滑热效应分析,与工程数据比较,计算结果吻合,证明该模型合理,适用于工程上多瓦轴承的分析计算。     

雷列台阶-环槽端面密封机理与性能研究

基于质量守恒的JFO空化边界条件建立了雷列台阶-环槽机械密封端面润滑理论模型,采用有限单元法求解Reynolds控制方程,获得了端面膜压、密度比与液膜流线分布,分析了其密封机理与性能规律.结果表明:密封环端面内径侧的圆环浅槽和端面中部的圆环深槽组合结构可造成合理的空化现象,达到空化减漏的目的.其中,端面中部的圆环深槽是端面高压侧雷列台阶和端面低压侧圆环浅槽的隔离带,使得端面低压侧压力分布受端面高压侧压力分布的影响极小.密封流体进入低压侧圆环浅槽时,端面间隙突然发散,压力低于该工况温度下的饱和蒸汽压,整个圆环浅槽区液膜空化,达到零泄漏并出现大量的回流现象.外径侧雷列台阶提供良好的动压承载能力,实现了端面的非接触.雷列台阶和环槽织构的组合应用使得该机械密封具有优良的综合性能.