基于流场模拟的涡旋压缩机涡齿应力变形分析

为了更准确地计算涡旋压缩机涡旋齿的应力和变形,提出一种基于流场模拟的应力变形计算方法。通过对涡旋压缩机工作过程进行气体流动的数值模拟,得到其压力场和温度场分布。将流场分布作为载荷边界条件进行涡旋齿的受力变形计算,得到涡旋齿在气体压力、热载荷及其同时作用下的应力分布和变形规律。分析了涡旋齿的径向变形和轴向变形,讨论了不同主轴转角下的涡旋齿应力和变形,比较了动涡旋齿和静涡旋齿的变形。结果表明:在压缩结束时刻动涡旋齿的应力和变形最大,最大应力位于齿头根部,最大变形位于齿头顶部。     

涡旋压缩机涡旋齿温度分布与变形研究

涡旋压缩机工作过程中涡旋盘的固体温度分布规律,对涡旋齿的受力变形和工作腔内气体的增压过程影响极大;为了得到更为准确的涡旋齿温度分布规律和变形特点,本文建立了涡旋压缩机涡旋齿温度分布模型;研究涡旋齿所接触的气体温度的周期性变化规律,计算任意位置处涡旋齿壁的等效温度;采用气体与涡旋齿壁的对流换热模型,得到涡旋齿壁面温度的分布,以此为热边界条件得到涡旋盘固体温度分布规律;进而研究了涡旋齿在热载荷和压力载荷耦合下的受力和变形规律。结果表明:涡旋齿从中心向外缘其温度逐渐减小,涡旋齿内侧齿壁温度高于外侧齿壁温度。     

涡旋压缩机全啮合渐变壁厚涡旋齿的设计与分析

针对现有涡旋压缩机涡旋齿设计过程复杂,等壁厚涡旋齿应力分布不均匀的问题;本文基于法向等距线法,提出全啮合涡旋齿型线的设计方法;由此方法得到了一种新型全啮合渐变壁厚的涡旋齿,其中心和外圈分别由基圆渐开线和变径基圆渐开线组成;建立了所提出的涡旋齿的几何理论。采用数值模拟得到了涡旋压缩机的工作腔流场和涡旋齿的应力和变形,比较了所提出的渐变壁厚涡旋齿和传统的等壁厚涡旋齿的不同。结果表明:所提出的涡旋齿对介质的增压过程快,压缩比大,涡旋齿应力和变形小。     

汽车空调用变基圆半径渐开线涡旋压缩机的研究

以汽车空调用涡旋式制冷压缩机为研究对象,为了改善汽车空调涡旋压缩机欠压缩工况,减少排气过程等容压缩功率损失,提高其制冷性能系数,研制了变基圆半径渐开线的涡旋盘,并利用ANSYS有限元软件对涡旋盘在制冷剂气体压力载荷下的应变进行了分析。实验研究结果表明,涡旋齿在中心高压区的变形量极小,从而较好地保证了高压腔内气体的密封性能,减少了制冷剂气体的泄漏,降低了压缩机的重复压缩功耗。     

涡旋压缩机不对称双涡旋齿型线的构建与模拟

采用双涡旋齿涡旋盘结构能够有效地提高涡旋压缩机的吸气量,然而存在内容积比小、允许开设的排气口面积小的缺点。针对此问题,本文提出一种涡旋压缩机的新型不对称双涡旋齿,利用中线法得到了涡旋齿型线的设计方法,并且建立其几何模型;通过三维数值模拟研究其工作腔内部的气体流场,并与现有的双涡旋齿涡旋压缩机进行对比。结果表明:所提出的涡旋压缩机的新型不对称双涡旋齿能够有效地提高涡旋压缩机的排气量和内容积比,并且增大了排气口的开设面积,使得压缩机具有更好的工作性能。     

电动汽车空调涡旋压缩机的变齿宽结构分析

以电动汽车空调用涡旋式制冷压缩机为研究对象,建立了变齿宽涡圈的型线方程。利用有限元分析方法,对比分析了定齿宽和变齿宽涡圈的结构应力分布。结构应力计算和压缩机性能实验结果表明,采用变齿宽涡圈的涡旋压缩机,降低了涡圈在温度载荷作用下的结构应力,减少了压缩机排气过程等容压缩附加功率损失,提高了压缩机的等熵效率和容积效率。     

变基圆半径渐开线涡旋齿形的修正

以汽车空调用变基圆渐开线涡旋压缩机为研究对象,采用圆弧加直线的修正方法对涡旋齿起始端进行了修正,推导了变基圆渐开线齿端修正部分的面积计算公式,进行了涡旋几何修正参数及齿端面积的实例计算,分析并通过实验验证了修正角对涡旋齿端修正面积及内压缩比的影响规律。研究结果表明,修正角的取值直接影响到涡旋压缩机的内压缩比大小。在确定的渐开线参数情况下,修正角的取值存在着一个合理的区间,其接近下限值时,能够提高涡旋压缩机的内压缩比,改善欠压缩过程,从而提高涡旋压缩机的等熵效率。     

机械加工塑料齿廓偏差影像法测量及抽样特性

应用影像法,对机械加工的渐开线塑料齿轮齿廓偏差进行测量。由于塑料齿轮在机械加工中受机械应力和热应力影响较大,而导致齿廓应变较大,为精确反映塑料齿轮的齿廓偏差,并判定塑料齿轮齿廓公差的精度等级,对测量中出现的回转偏心误差、回转分度误差、瞄准示值误差和重复性测量误差进行了不确定度的A类和B类综合评定。并通过统计控制方法中的极差控制图进行分析,得到相同的评定结果。利用对塑料齿轮单齿齿廓偏差的检验,结合随机抽样检验的原理,对塑料齿轮齿廓精度等级进行了判定。最终得出机械加工塑料齿轮,齿形误差较大,超出国标中规定的齿轮精度等级的范围,适合实验室模型展示而不适合用作工业齿轮的结论。     

真空室模块D 形环筋板焊接数值模拟与结构选型

基于有限元分析软件,以双椭球热源为内热源,对不同筋板型式下的真空室模块D 形环筋板焊接进行了三维动态模拟,得到了不同筋板型式下的瞬间温度场分布图、特征点热循环曲线以及应力应变曲线。结果表明：不同筋板型式下的焊接温度场以及各特征点的热循环曲线保持一致,相比采用I 型筋板的D 型环结构,采用 T 型筋板后的D 型环结构应力应变以及变形量都更小,真空室模块D 形环工程化试制过程中可优先考虑采用T 型筋板。     

石墨烯/柔性基底复合结构双向界面切应力传递问题的理论研究

界面力学性能是影响石墨烯/柔性基底复合结构整体力学性能的关键因素,因此对该结构界面切应力传递机理的研究十分必要.考虑了石墨烯和基底泊松效应的影响,本文提出了二维非线性剪滞模型.对于基底泊松比相比石墨烯较大的情况,利用该模型理论研究了受单轴拉伸石墨烯/柔性基底结构的双向界面切应力传递问题.在弹性粘结阶段,导出了石墨烯双向正应变和双向界面切应力的半解析表达式,分析了不同位置处石墨烯正应变和界面切应力的分布规律.导出了石墨烯/柔性基底结构发生界面滑移的临界应变,结果表明该临界应变低于利用经典一维非线性剪滞模型得到的滑移临界应变,并且明显受到石墨烯宽度尺寸以及基底泊松比大小的影响.基于二维非线性剪滞模型建立有限元模型(FEM),研究了界面滑移阶段石墨烯双向正应变和双向界面切应力的分布规律.与一维非线性剪滞模型的结果对比表明,当石墨烯宽度较大时,二维模型和一维模型对石墨烯正应变、界面切应力以及滑移临界应变的计算结果均存在较大差别,但石墨烯宽度很小时,二维模型可近似被一维模型代替.最后,通过与拉曼实验结果的对比,验证了二维非线性剪滞模型的可靠性,并得到了石墨烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底结构的界面刚度(100 TPa/m)和界面剪切强度(0.295 MPa).     

Room vs. temperature studies of model composites: modes of failure of carbon fibre/epoxy interfaces

Laser Raman spectroscopy (LRS), transmission polarised optical microscopy (TPOM) and scanning electron microscopy (SEM) have been used to characterise the interface of model single-fibre composites. The composites consisted of single-carbon fibres embedded in epoxy resin. Local stress measurements as a function of applied strain were performed using LRS at both room temperature (RT) and 60?°C. Consecutively, the coupons were strained to failure and field emission SEM was used to study the fracture surfaces. In a parallel study, identical systems were subjected to incremental tension and fracture events were recorded as a function of applied strain. At RT, TPOM was used to provide additional insight in the local stress transfer. The stress transfer was found to depend on the combined effect of interfacial chemistry and thermal stresses. Thus, in the case of sized fibres, there is a distinct change in the interfacial failure mode at high temperature, whereas in the case of unsized fibres, the stress transfer is dominated by thermal stresses: at high temperature it is weak, due to the relief of the thermal stress field.     

高温超导磁约束等离子体推进器杜瓦系统的应力和应变分析

高温超导磁约束等离子体推进器利用磁场的作用,将高温等离子体的能量转化为推进器的推力,对于杜瓦系统的结构有着较高的要求.文中主要介绍了杜瓦系统的基本结构,并利用ANSYS软件分析了杜瓦系统的应力和应变,说明了高温超导磁约束等离子体推进器杜瓦系统的设计满足应力及应变要求.     

Strain characteristics and superelastic response of single crystals

The intermartensitic transformation, in a two-step complete thermoelastic martensitic transformation in Ni_53.2Mn_22.6Ga_24.2 single crystals, provides a much larger strain than that of the martensitic transformation. With a biasing magnetic field, the intermartensitic transformation strain is inhibited and the martensitic transformation strain is enhanced. Compressive stress–strain characteristics can be affected greatly by a static magnetic field. At low deformation temperature, the irreversible transformation strain induced by the stress becomes reversible, when a static magnetic field is applied. Further, the magnitude of the stress necessary for rearrangement of martensitic variants is dependent on the direction of the biasing magnetic field. Moreover, a well-defined character of the twin-boundary motion, similar to the soliton motion, has been observed upon loading or unloading.     

高超声速飞行器前缘流固耦合计算方法研究

对高超声速流场和结构温度场进行了耦合计算分析, 同时基于准静态假设对结构应力进行了分析. 流场部分采用基于非定常Navier-Stokes (N-S)方程的有限体积法, 湍流模型采用SST k-ω 模型, 固体部分采用基于非稳态热传导方程的有限元法, 同时基于准静态假设对固体结构的应力应变进行了分析. 在流固交界面处, 高速流体从固体结构得到温度边界条件, 固体结构从高速流体得到热流边界条件, 从而实现了流场和固体温度场的紧耦合计算.通过与超声速无限长圆管绕流试验结果进行对比, 验证了该方法的可靠性. 同时对二维圆管结构在气动加热过程中的温度、应力等的变化进行了比较详细的分析. 研究结果表明: 随着气动加热时间的推进, 由于圆管结构的高温区在不断扩大, 导致了结构的热变形在不断地增大; 圆管最小变形区出现在θ为60°处; 同时研究发现在计算时间内圆管热变形对外部流场的影响可以忽略不计.     

ITER纵场磁体馈线温度场分析

ITER超导托卡马克装置在运行之前要对磁体线圈及馈线系统进行冷却降温,以达到超导体工作所需的低温环境.文中利用大型有限元分析软件ANSYS的温度场分析模块,对纵场磁体馈线系统的降温过程进行模拟仿真,得到了不同时刻馈线上的温度分布情况.在得出冷却过程中馈线上的温度变化之后,又根据稳定状态时的温度分布对结构进行了热应力分析...     

温度与应变率对钽流动应力的影响

 研究了温度在-100～400 ℃、应变率在10^-5～10³ s^-1范围内温度和应变率的变化对钽的流动应力的影响。结果表明,钽的流动应力对温度和应变率的变化相当敏感。同时还就两种本构模型对钽的温度效应与应变率效应的不同处理方法作了比较,指出Zerilli-Armstrong模型能更好地描述温度与应变率对钽流动应力的影响。     

Metastable states,relaxation mechanisms,and fracture of liquids under severe loading conditions

The relaxation properties and fracture of glycerol, silicone oil, transformer oil, and water have been studied experimentally under shock wave loading. The power-law strain rate dependences of the stress amplitude and spall strength were found for the compression and rarefaction fronts, respectively. It was shown that temperature has a strong influence on the spall strength of glycerol near the phase transformation temperature. The power laws reflect a self-similar nature of the momentum transfer and fracture mechanisms of liquids that are conventionally observed in solids and governed by the mechanisms of defect-induced structural relaxation. The mechanisms of viscoelasticity are related to the metastable states that may give rise to a collective behavior of displacement field fluctuations (microshearing) in liquids and thus provide a viscoplastic response of liquids under high strain rate loading.     

THE INFLUENCE OF COMPRESSIVE STRESS ON THE FORMATION OF CUBIC BORON NITRIDE THIN FILM

The elastic strain energy and Gibbs free energy of cubic BN (cBN) thin film in biaxial stress field are calculated. The results show that the stress in cBN thin films has an impact on the formation of cubic phase. It is concluded that the high compressive stress in the cBN thin films is not the cause of cBN formation. This conclusion is different from that predicted by compressive stress model; however, it could well account for the experimental results. At a given substrate temperature, there is a compressive stress threshold, below which cBN phase is thermodynamically stable and above which hexagonal BN(hBN) phase is thermodynamically stable. At room temperature the compressive stress threshold is calculated to be 9.5 GPa.     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件, 按有无内压作用, 分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明, 壳体的温度场分布与光束的功率分布一致, 光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心, 而是位于光斑边缘处, 在壳体吸收的激光功率密度超过1 000 W/cm²时, 壳体中应力大于材料的强度极限, 壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下, 壳体应力会产生局部集中, 沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体, 存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此, 为达到相同的毁伤效果, 在存在内压的情况下, 可以适当的降低激光的辐照强度.