螺杆泵动力学热力耦合分析方法研究

地面驱动螺杆泵是一种广泛应用于油田采油工程中的人工举升装置。由于螺杆泵深置地下的油管中,密封性很强,很难现场测试工作过程中定子橡胶材料的温度变化以及温度变化引起的定子变形。本文采用有限元方法分析螺杆泵定子的热力耦合效应,讨论定子橡胶材料温度变化的物理机理。用热力学单向解耦分析方法分析单螺杆泵定子橡胶材料的温度分布场以及温度分布引起的定子型线变化。讨论了过盈量、转子转速对温度分布和定子型线变化的影响。     

等壁厚螺杆泵脱胶机理数值模拟研究

等壁厚螺杆泵作为一种高效的人工举升装置已经被广泛地应用于采油工程中.相比于常规螺杆泵,等壁厚螺杆泵具有定子温胀溶胀均匀,运行稳定,举升效率高等优点.但是在实际工作过程中,等壁厚螺杆泵定子容易脱胶,导致定子失效.论文采用有限元数值模拟方法,建立螺杆泵三维动力学模型.通过模拟相同结构参数常规螺杆泵和等壁厚螺杆泵运行过程中的应力应变场、压力分布规律,对比分析发现由液压压差和定转子过盈接触引起的剪应力是造成等壁厚螺杆泵脱胶的主要因素.在此基础上研究了附胶率以及各模型参数对剪应力的影响规律.研究发现,考虑附胶率后,在井下复杂的工作环境下,剪应力会大幅增加,等壁厚螺杆泵定子容易发生脱胶.这些结果对等壁厚螺杆泵的优化设计具有指导意义.     

静电陀螺仪实心球转子变形分析

介绍了静电陀螺仪实心球转子的两种典型结构，并利用有限元仿真工具根据工作环境对这两种结构分别进行了离心变形、温度变形、压力变形以及这三种载荷的耦合变形的仿真分析。得出了实心球转子的变形规律及变形量，为转子的设计和静电陀螺的建模提供了重要的参考依据。     

浅埋偏压连拱隧道现场监测与结构受力分析研究

针对浅埋偏压连拱隧道结构受力的复杂性,结合石红高速大中山1#连拱隧道的实际情况,选择典型断面埋设监控量测设备对隧道施工过程中围岩变形和结构受力进行适时监测,并结合有限元分析软件MIDAS,对中隔墙空间受力特征进行研究.得出了支护结构在偏压作用下和施工扰动下的受力状态和变形特征.结果表明,在浅埋偏压条件下,减少支护结构受力的不均对于保证隧道结构稳定的重要性以及运用监控量测与数值模拟相互印证的方法可以更准确地分析隧道结构的稳定性,更好地指导施工.     

抗爆门结构考虑接触影响的动力有限元分析

抗爆门是一种特殊结构，为了真实反映其受力破坏过程并评价其安全标准，应该充分考虑动力效应，弹塑性变形以及与门框，门轴与轴承之间的接触的影响。本利用动力有限元软件LS－DYNA，对某系列抗爆门的破坏过程进行了动力仿真分析，并充分利用数值分析的优势，通过修改爆炸荷载的压力时程曲线，对各种不同工况下抗爆门的技术性能进行评估。     

斜圈弹簧力学性能的有限元分析

斜圈弹簧在医疗器械、高压开关、汽车工业等领域应用广泛. 但其结构特殊, 受力复杂, 目前尚无有效的理论计算方法得出其载荷位移曲线, 只能通过数值仿真的方法研究其力学性能. 利用有限元软件ANSYS参数化建立环形斜圈弹簧有限元模型, 通过对模型的分析求解, 得出了其主要参数线径、节距、倾斜角与斜圈弹簧力学性能之间的关系. 研究了斜圈弹簧工作状态下的受力变形情况, 计算分析结果为斜圈弹簧的优化设计和合理应用提供了理论依据.     

旋压机旋轮座有限公司

本文对大型旋压机的主要受力部件－－旋轮座进行了有限元分析，网格中有１７５４个８节点等参元，３２６４个节点，分析了２种工况，４种加工直径下的应力和变形，编制了外载荷转化成节点力的程序，以彩色图像式显示应力和变形，计算结果与测试误差小于１０％。     

车载作用下大跨度悬索桥钢箱梁受力状态的实验研究

钢箱梁结构在现代大跨度悬索桥体系中较多采用.作为最主要的组成部分之一,其在车辆荷载作用下的受力状态倍受关注.然而目前通过有限元计算还难以获得钢箱梁各细部构造的精确应力值.本文以润扬长江公路大桥南汊悬索桥为背景,介绍了该桥静动载试验中的车辆加载工况和钢箱梁测试截面应力测点的布置等.利用该桥钢箱梁实测应力结果,分析了多种车辆荷载工况下大跨度悬索桥钢箱梁的应力水平及其分布,同时进行了钢箱梁各测试截面受力状态的对比研究,在此基础上总结了大跨度悬索桥钢箱梁结构在车载作用下的受力特点.研究结论为同类钢箱梁的受力状态分析提供了参考依据.     

顶驱中心管螺纹的力学性能研究

顶驱中心管螺纹连接可靠性直接决定了钻井作业的效率,为降低事故发生率,有必要对中心管螺纹的力学性能和连接强度进行研究。基于弹塑性力学理论、虚功原理、Von Mises屈服准则、中心管材料本构模型试验研究结果,建立了二维轴对称有限元模型,获得了中心管螺纹接头的应力分布规律,通过钻具接头胀扣试验验证了有限元分析结果的可靠性。结合现场失效的管螺纹,分析了在紧扣圈数、轴向载荷工况下的应力分布以及管体变形情况。结果表明,过大的预紧载荷和轴向拉力易引起螺纹牙粘扣和管体剧烈变形。在此基础上对不同预紧状态和摩擦系数下的接头进行了分析,考察其在复合载荷作用时对应力分布的影响规律,得出其对牙体断裂风险、滑脱失效及抗粘扣性能等具有极大的影响。     

旋压机旋轮座有限元分析

本文对大型旋压机的主要受力部件——旋轮座进行了有限元分析．网格中有１７５４个８节点等参元，３２６４个节点．分析了２种工况、４种加工直径下的应力和变形，编制了外载荷转化成节点力的程序．以彩色图像型式显示应力和变形，计算结果与测试误差小于１０％．     

基于热老化实验的螺杆马达定子橡胶本构模型研究

随着我国油气资源勘探开发向深部地层迈进,螺杆钻具定子橡胶井下高温热老化问题日益凸显,导致螺杆钻具输出性能衰减,严重影响钻进效率,迫切需要揭示热老化对螺杆钻具定子橡胶力学性能的影响,以在设计之初提出可减小螺杆钻具输出性能衰退的综合方案。本文开展了螺杆马达定子橡胶在不同温度下的热老化实验,通过拉伸实验得出应力应变数据并拟合出Mooney-Rivlin模型常数和Yeoh模型常数;再对所得实验数据及所求得的模型常数数据进行分析;最后,使用确定了基本常数的模型开展了数值计算。计算结果表明,随着温度的上升,Mooney-Rivlin模型常数C_1增大、C_2减小,C_1和C_2呈明显相反变化的趋势,Yeoh模型常数C_(10)和C_(20)增大,C_(30)减小;通过模型计算结果与室内实验测定结果的对比,证明了Mooney-Rivlin模型较Yeoh模型更适合于螺杆马达定子橡胶的力学分析。不考虑环境温度热老化和考虑环境温度热老化,螺杆钻具定子衬套的计算结果存在很大差别,研究工作不仅证明了螺杆钻具定子橡胶热老化研究的必要性,更为螺杆钻具定子橡胶的线型设计和过盈量选取提供了参考。     

Large deformation of incompressible rubber cylinder under plane strain

The large deformation of incompressible rubber cylinder under inner pressure is analyzed by a kind of new rubber materials strain energy function. The theory formulation for the displacement and stress is presented. The penalty finite element formulation is established in order to analyze nonlinear rubber materials, and the results of finite element method agree well with theoretical ones. A new method for controlling the calculating stability and convergence rates is put forward. The selection of the appropriate penalty factor and its influence on calculated results are discussed.     

平面应变不可压缩橡胶圆柱的大变形

针对一类新的橡胶材料应变能函数，推导了受内压作用下不可压缩橡胶圆柱的大变形公式，给出了位移、应力的解析表达式（用积分形式表示）。建立了适用于分析非线性不可压缩橡胶材料的罚有限元列式，算例表明：位移与应力能很好地与理论解吻合，并提出了控制计算稳定的方法，特别是详细地讨论罚因子的选取及对计算结果的影响。     

LES investigation on the dependence of the flow through a centrifugal pump on the diffuser geometry

Large-Eddy Simulation is utilized to investigate the rotor–stator interaction within a centrifugal pump. Comparisons are presented across diffuser geometries for two values of the flow-rate. Decreasing the incidence angle on the diffuser blades at off-design is found the main source of higher pressure rise and lower overall values of turbulent kinetic energy within the pump, resulting in efficiency improvement. The impact on the second-order statistics of the flow is especially significant. However, the values of the pressure fluctuations acting on the diffuser blades, defining fatigue loads on them and cavitation phenomena, are found especially affected by the rotor–stator clearance. Results show that at reduced flow-rates the rotation of the diffuser blades around their mid camber is a better option than rotating them around their leading edge. They also suggest that at larger flow-rates the increased incidence on the diffuser blades causes pressure side separation and large shear layers populating the diffuser channels, not affecting substantially the region of interface between impeller and diffuser, but having detrimental effects on the performance of the latter. The rotation of the diffuser blades around their leading edge should be preferred when the pump operates at flow-rates larger than the design one, avoiding decreasing the rotor–stator gap, thus resulting in smoother rotor–stator interaction and lower pressure fluctuations.     

超声马达转子摩擦材料厚度对驱动性能的影响研究

制备了一系列不同厚度的摩擦材料 ,利用超声马达摩擦特性模拟试验装置 ,研究了摩擦材料厚度对超声马达空载转速和堵转力矩的影响 .基于一个简化的行波超声马达定子和转子接触模型 ,用有限元法计算了定子和转子接触变形随摩擦材料厚度的变化规律 ,提出了定子和转子具有合理接触变形的摩擦材料厚度范围 .根据试验和理论计算结果确定了摩擦材料最佳厚度 ,为超声马达摩擦材料厚度设计提供了理论依据     

Mechanical seals with oscillating stator

This paper presents theoretical analyses and experimental investigations of a mechanical seal subjected to axial impulses of one of its mating rings (stator). The amplitude of oscillations of stator depends on the pressure of sealed fluid. The frequency of oscillations is influenced by the geometry of frontal faces of the seal rings and depends on the rotational speed of rotor. The analytical models include the analyses of the static equilibrium of the investigated mechanical seal and the dynamic response of stator. The experimental analysis implies the conception of the testing system, the experimental estimation of the leakage and the measurements of amplitude and frequency of oscillations. During operating time, the experimental variations of leakage of a mechanical seal with oscillating stator are monitored for different rotational speed of rotor. Finite element analysis is used to visualize the stress distribution of stator as a function of the applied forces.     

双螺杆转子的受力分析

从双螺杆转子螺旋曲面的参数方程出发，利用空间解析几何理论将转子三维螺旋面坐标映象为对应不同压力腔的二维积分区域，在整个积分区域积分可以计算作用在双螺杆压缩机，双螺杆泵螺旋面转子上的力和力矩。本文以一种双螺杆泵的转子为例，利用本方法进行了受力分析，解析出转子受力，力矩随转子转角的变化关系。     

An incompressible rubber wedge under the tension of a line load at its tip

An analysis is made of the stress distribution and the deformation pattern near the apex of an incompressible rubber wedge under the tension of a concentrated force. The asymptotic method for the tip stress field is developed. The problem is treated as a plane strain case. Finally, the FEM numerical results agree with the theoretical ones.     

应用非线性有限元法对某止水橡皮进行仿真计算

应用有限元分析软件对某具有超弹性、不可压缩性和大变形性质的伸缩式止水橡皮进行应力应变仿真分析计算。考虑到材料非线性、几何非线性和边界非线性等问题。通过对超弹性橡皮材料的大变形性质作定性的分析。和对止水橡皮在安装过程中的变形分析。计算支臂翼头在受到刚性夹板央紧作用下的应力分布、橡皮与钢夹之间的接触应力分布。从而分析止水橡皮的止水性能。     

Experimental analysis of pressure distribution in a twin screw compressor for multiphase duties

This paper presents the results of an experimental investigation of pressure distribution inside working chamber of a twin screw compressor for multiphase duties. A mathematical model for describing the pressure distribution inside working chamber is proposed. By means of a small pressure transducer embedded into the groove at the root of the rotor, the pressure distributions of a multiphase compressor under various running conditions have been recorded successfully to verify the model. It is found that the pressure curve during the discharge process has a higher level under the conditions of the lower gas void fraction, higher discharge pressure, higher rotational speed and higher inlet pressure. The pressure distribution calculated by model in this paper shows good agreement with the data recorded by a small pressure sensor in a prototype multiphase compressor at the high gas void fractions under different operating conditions.