球轴承多体弹性流体动力润滑研究

为准确分析球轴承的润滑性能，对其多个滚动体与外圈间的弹性流体动力润滑(EHL)特性进行了研究. 以深沟球轴承为例，建立了球轴承多个滚动体同时(多体)润滑的EHL模型，基于快速傅里叶变换(FFT)技术和低松弛迭代法对该模型进行求解，研究了多体润滑下中心滚动体的EHL性能，并和仅中心滚动体(单体)与外圈润滑的EHL特性进行了对比. 数值结果表明:与单体润滑相比，多体润滑下中心滚动体的油膜压力减小，二次压力峰向入口区移动. 相对单体润滑的中心膜厚，多体润滑下中心滚动体的中心膜厚会增加；中心滚动体的径向位移由10 μm增大到30 μm时，多体润滑下中心滚动体的承载力相对其单体润滑承载力的下降百分比由5.99%变化到9.70%.      

不同网格扭曲率下压力修正全隐算法——IDEAL求解性能研究

2008年,本文作者和陶文铨等提出了一种用于速度和压力耦合求解的高效稳定压力修正全隐算法IDEAL,该算法通过在每个迭代层次上对压力方程进行两次内迭代计算,完全克服了SIMPLE算法的两个假设,充分满足了速度和压力之间的耦合,从而大大提高了计算的收敛性和健壮性.为了进一步实现IDEAL算法的推广应用,本文基于三维倾斜方腔顶盖驱动流动,研究了IDEAL算法在不同网格扭曲率下的求解特性.研究发现,在不同网格扭曲率下,IDEAL算法的健壮性和收敛性均优于SIMPLE算法,特别在高网格扭曲率情况下,IDEAL算法求解性能更加优于SIMPLE算法.在不同网格扭曲率下,IDEAL算法健壮性保持不变,几乎可以在任意速度亚松弛因子下获得收敛的解,同时IDEAL算法最短计算耗时较SIMPLE算法减少了56%~89%,验证了IDEAL算法的优越性.     

磁头/盘界面超薄气膜挤压效应和动压效应研究

针对求解磁头/磁盘界面动态气膜力时出现的不易收敛和编程复杂的问题,本文提出了基于PDE工具求解气体润滑的瞬态和稳态雷诺方程的方法,计算了具有不同最小气膜厚度的Tri-pad正压型和Tri-pad负压型浮动块空气轴承在加载和卸载过程中的瞬态和稳态气膜压力分布,求解了作用面上的轴承力,并将2种状态下超薄气膜挤压效应和动压效应对轴承力的影响进行了对比.仿真结果表明:该方法具有足够的求解精度,且收敛速度快,为研究具有复杂磁头形貌特征的超薄气体润滑的动态特性提供了方便、准确的方法.     

基于PID方法的可倾瓦推力轴承分析

使用PID方法控制可倾瓦推力轴承流场求解中轴瓦倾角和支点膜厚的迭代,实现了力和力矩平衡同步收敛.以光滑及粗糙表面下可倾瓦推力轴承流场求解为例,对比PID方法和传统方法,PID法编程便捷,计算效率高,同时能够反映可倾瓦推理轴承的刚度特性.考虑表面粗糙度时,PID法能够求解传统方法不收敛的问题.     

考虑摩擦动力学特性的渐开线齿轮润滑分析

以渐开线齿轮为研究对象,综合考虑齿面摩擦、油膜刚度和阻尼的影响,将摩擦动力学特性和齿面形貌考虑到有限长线接触弹流润滑理论(EHL)中,采用多重网格数值求解法获得了渐开线齿轮在不同啮合位置处的动载荷分布,压力与膜厚分布,并对比分析了干摩擦与润滑条件下压力分布的不同特征以及动载荷对油膜分布的影响.计算结果表明:低速时,动载荷接近稳态分布,在单双齿交替点有明显的高频冲击,随着转速的增加,动载荷变化趋于平缓;与干摩擦相比,润滑油膜可以减小最大压力峰值以及入口区和出口区的压力,但对粗糙峰凹谷处压力有所增加.沿啮合线方向,压力在节点位置附近达到最大值,膜厚受动载荷的影响较小,近似呈线性增加趋势.     

一种可压缩与不可压缩气体流动的统一算法及其应用

本文采用伪时间变化率项及其"预处理"矩阵,并结合LU-SGS离散格式,发展了可压缩与不可压缩气体流动求解的统一算法.该方法有效地消除了采用可压缩方法求解低速流动时容易产生的"刚性"问题,减小了由于压力项在低速情况下产生的舍入误差.同时,在求解低速与高速并存的流场流动时,无需进行预处理矩阵的转换,实现了可压缩与不可压缩气体流动的统一理论求解.作为算法有效性的验证,本文分别计算了低速、高速、高低速混合流动的典型算例.计算值的验证结果比较表明,对求解马赫数大范围变化情况下的流场,具有很好的收敛性与稳定性,而且收敛速度基本不受流动速度的影响.这个算法程序为今后发展用于燃烧反应流动和密度梯度驱动流动的分析建立了方法基础.     

不同网格扭曲率下压力修正全隐算法——IDEAL求解性能研究

2008年,本文作者和陶文铨等提出了一种用于速度和压力耦合求解的高效稳定压力修正全隐算法IDEAL,该算法通过在每个迭代层次上对压力方程进行两次内迭代计算,完全克服了SIMPLE算法的两个假设,充分满足了速度和压力之间的耦合,从而大大提高了计算的收敛性和健壮性。为了进一步实现IDEAL算法的推广应用,本文基于三维倾斜方腔顶盖驱动流动,研究了IDEAL算法在不同网格扭曲率下的求解特性。研究发现,在不同网格扭曲率下,IDEAL算法的健壮性和收敛性均优于SIMPLE算法,特别在高网格扭曲率情况下,IDEAL算法求解性能更加优于SIMPLE算法。在不同网格扭曲率下,IDEAL算法健壮性保持不变,几乎可以在任意速度亚松弛因子下获得收敛的解,同时IDEAL算法最短计算耗时较SIMPLE算法减少了56%~89%,验证了IDEAL算法的优越性。     

跨音速翼型反设计的一种大范围收敛方法

求解跨音速翼型的反设计问题时，传统的梯度型方法一般均为局部收敛. 为增大求解的收敛范围，依据同伦方法的思想，通过构造不动点同伦，将原问题的求解 转化为其同伦函数的求解，并依据拟Sigmoid函数调整同伦参数以提高计算效率，进而构造 出一种具有较高计算效率的大范围收敛反设计方法. 数值算例以RAE2822翼型的表面压力分 布为拟合目标，分别采用B样条方法, PARSEC方法及正交形函数方法等3种不同的 参数化方法，并分别以NACA0012, OAF139及VR15翼型为初始翼型进行迭代计 算. 计算结果证明，该方法适用于多种参数化方法，且具有较好的计算效率，从多 个不同的初始翼型出发，经较少次数迭代后， 均能与目标翼型很好地拟合，是一种高效的大范围收敛方法.     

全机绕流Euler方程多重网格分区计算方法

全机三维复杂形状绕流数值求解只能采用分区求解的方法,本文采用可压缩Euler方程有限体积方法以及多重网格分区方法对流场进行分区计算。数值方法采用改进的van Leer迎风型矢通量分裂格式和MUSCL方法,基于有限体积方法和迎风型矢通量分裂方法,建立一套处理子区域内分界面的耦合条件。各个子区域之间采用显式耦合条件,区域内部采用隐式格式和局部时间步长等,以加快收敛速度。计算结果飞机表面压力分布等气动力特性与实验值进行了比较,二者基本吻合。计算结果表明采用分析“V”型多重网格方法,能提高计算效率,加快收敛速度达到接近一个量级。根据全机数值计算结果和可视化结果讨论了流场背风区域旋涡的形成过程。     

基于敏度分析的拉压不同模量桁架问题的数值分析

利用光滑函数技术,提出光滑化的拉压不同弹性模量问题的应力应变关系,与有限元方法相结合,建立了拉压不同模量一维连续体与桁架结构的数值求解模型,推导了敏度计算公式,采用Newton-Raphson算法进行求解.数值结果表明,本文算法具有较高的计算精度和收敛速度.     

结构可靠指标的通用计算方法

在求解结构可靠指标时，保证迭代计算的收敛性是非常重要的，而实际计算表明，在有些情况下，用现有的计算方法（如JC法）进行迭代计算可能是不收敛的，这样给可靠指标的求解带来了困难。本文提出一个通用的可靠指标计算方法，通过引入可以根据迭代收敛条件自动调节的步长，实现对迭代过程和收敛性的控制。另外，本文方法不需要使用结构功能函数的偏导数，对于功能函数不能明确表达的可靠度问题尤为适用，对于功能函数可以明确表达但求导复杂的问题，可省去求导过程。最后，通过四个算例论证了本文方法的可行性。     

边坡弹塑性稳定性分析的无网格法

将无单元伽辽金法(EFGM) 推广到求解弹-- 黏塑性问题, 自行编制了相应的计算程序, 并应用于土质边坡的弹塑性稳定分析. 通过无单元伽辽金法计算结果与有限元法的计算结果的对比分析, 可以发现用黏弹塑性问题的无单元伽辽金法计算程序去求解弹塑性问题是方便可行的, 本文编制的计算程序稳定性好, 收敛速度快.     

含分流叶片的离心压缩机级内三维流场数值分析

使用Fine/Turbo三维粘性计算程序对含分流叶片半开式叶轮的离心压缩机级内三维粘性流场进行数值分析.该程序应用Jameson的中心差分格式结合Yang&Shih k-ε湍流模型,使用时间推进法求解雷诺平均N-S方程,用四阶显式Runge-Kutta法进行时间推进.计算中CFL数取2.5,残差收敛至10-4数量级、计算域进出口质量流量误差小于0.05%时认为收敛.并为进一步的产品优化设计及改进研究打下基础.计算结果表明该模级的数值模拟曲线与实验值吻合良好;叶轮出口截面上两个通道的速度分布极不均匀,右通道的速度比左通道的变化剧烈.为了加快收敛,计算时采用了隐式残差平均法及完全多重网格技术.     

改进《DFP》变尺度法及其在结构优化中的应用

本文对《DFP》法的问题进行了分析并提出一种改进方法.用改进后的《DFP》方法求解无约束优化问题,不仅计算数值稳定,而且能提高收敛速度.     

爆轰波与惰性介质相互作用的迭代收敛计算

爆轰波与惰性介质相互作用的计算。可以用解析解和作图法求解。但在解析解求解中会遇到迭代发散问题。本文利用解反函数的办法进行计算,使迭代过程收敛。文中分别给出反射冲击波和反射稀疏波两种情况的迭代收敛计算公式。公式是按强爆轰的形式给出的,其中包括了C-J爆轰的特殊情况。     

使用不等距多重网格技术求解线接触热弹流润滑问题

使用不等距多重网格法求解了线接触热弹流润滑问题 .结果表明 :与等距多重网格法相比 ,新解法虽不能提高数值求解的稳定性 ,却能得到更为精确的压力、膜厚及温度分布 ;计算结果表明中载下第二压力峰是光滑的     

椭圆微孔端面机械密封泄漏率与几何收敛点的关系

采用解析法和数值计算相结合的方法,解释椭圆微孔端面机械密封的方向角所引起的几何特性改变如何影响到泄漏率.首先,得到了不同方向角下,椭圆沿速度方向上的几何收敛点的解析解.然后,基于质量守恒的JFO空化边界条件建立数值计算模型,分析了液膜的压力分布,并使用最高压力点的坐标来近似表征高压区的位置,得到了方向角与最高压力点的关系.接着,通过对比,发现几何收敛点和最大压力点位置一致,并分析了原因.最后,分析了在不同结构参数和操作参数下方向角对泄漏率的影响规律,通过分析得到,方向角的改变,使几何收敛点的位置发生改变,从而改变高低压区的分布,当高压区靠近泄漏出口时,泄漏率大;当高压区远离泄漏出口时,泄漏率小.     

一种空间缆索结构静力分析的解析元法

将空间缆索结构简化为具有拉伸刚度的质点系,给出了缆索结构空间解析元法的基本方程和求解方法,单元间的作用力与坐标变化的关系可以用解析法得到,对所得到的反映结构特性的质点系方程组进行力的平衡迭代,求解方程组.采用自动的动态可变步长的迭代方法,能够提高计算效率,保证收敛.这种方法既考虑了几何非线性,又适用于材料非线性的计算,比有限元法优越之处还在于,它不用求解线性方程组,所以适用范围广,允许求解多自由度的几何可变体系,而有限元法在求解此类问题时经常不收敛.     

面内变刚度薄板弯曲问题的挠度?弯矩耦合神经网络方法

发展了一种求解面内变刚度功能梯度薄板弯曲问题的神经网络方法. 面内变刚度薄板弯曲问题的偏微分控制方程为一复杂的4阶偏微分方程, 传统的基于强形式的神经网络解法在求解该偏微分方程时可能会遇到难以收敛、边界条件难以处理的情况. 本文基于Kirchhoff薄板弯曲理论, 提出了一种直角坐标系下任意面内变刚度薄板弯曲问题的神经网络解法. 神经网络模型包含挠度网络与弯矩网络, 分别用于预测薄板的挠度与弯矩, 从而将求解4阶偏微分方程转换为求解一系列二阶偏微分方程组, 通过对挠度、弯矩试函数的构造可使得神经网络计算结果严格满足边界条件. 在误差的反向传播中, 根据本文提出的误差函数公式计算训练误差并结合Adam优化算法更新模型的内部参数. 求解了不同边界条件、形状的面内变刚度薄板弯曲问题, 并将所得计算结果与理论解、有限元解进行对比. 研究表明, 本文模型对于求解面内变刚度薄板弯曲问题具备适应性, 虽然模型中的弯矩网络收敛较挠度网络要慢, 但本文方法在试函数的构造上更为简单、适应性更强.      

硬球加强模型在CFD-DEM耦合计算中的验证与分析

针对CFD-DEM耦合计算中,颗粒计算时间步的选取影响颗粒碰撞计算精度和效率的问题。本文引入插值算法,将动量定理求解颗粒碰撞前后速度进行加权平均;根据弹性理论计算得到颗粒碰撞力,进行动力学方程求解;通过速度收敛准则修正初值速度并自动调整迭代求解次数,提出一种计算精度不受计算时间步长影响,无需对碰撞过程进行精细描述的高效率和高精度的加强硬球模型。对两个颗粒匀和变速碰撞算例进行数值模拟,碰撞后速度、碰撞力和碰撞时间与理论计算误差小于4%,与采用软球碰撞模型的DEM方法相比,颗粒碰撞计算精度不受计算时间步长影响,计算效率提高36.3%和36.8%。对单个颗粒在静水中沉降进行数值模拟,计算步长取10 s～5 s,颗粒与壁面即可得到精确解,计算效率提高33.5%。通过压力损失实验验证了该模型能够准确计算颗粒体积分数小于12%条件下两相流的压力损失。