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SDTK1井钻铤接头二次上扣特性分析与井下等效冲击扭矩预测

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石油勘探与开发 2024年第3期51卷 608-615页

作者：王春生明传中张豪陈家磊曲豪王文昌狄勤丰中国石油塔里木油田公司新疆库尔勒841000 上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072

基于8"(203.2mm)钻铤接头三维弹塑性有限元模型,分析复杂载荷条件下NC56钻铤接头内、外螺纹的受力特征和井下二次上扣特性,通过有限元分析,根据接头内、外螺纹台肩处相对偏移量计算井下等效冲击扭矩,形成井下等效冲击扭矩的预测模型,利... 详细信息

基于8"(203.2mm)钻铤接头三维弹塑性有限元模型,分析复杂载荷条件下NC56钻铤接头内、外螺纹的受力特征和井下二次上扣特性,通过有限元分析,根据接头内、外螺纹台肩处相对偏移量计算井下等效冲击扭矩,形成井下等效冲击扭矩的预测模型,利用塔里木盆地GT1井井下实测结果验证该模型正确性,并应用于中国第1口超万米特深井——深地塔科1井(SDTK1井)。结果表明:复杂载荷作用下钻铤接头应力分布不均匀,台肩处和靠近台肩的螺纹牙处vonMises应力水平相对较高;对于按API(美国石油学会)标准上扣的203.2mm钻铤接头,当井下等效冲击扭矩超过65 kN·m时,钻铤接头的上扣预紧平衡被打破,钻铤接头发生二次上扣;随井下等效冲击扭矩的增大,内、外螺纹台肩处相对偏移量增加。SDTK1井井下存在较大冲击扭矩,井下载荷环境复杂,需要采用双台肩钻铤接头以提高接头的抗冲击扭矩能力或优化作业参数来降低井下冲击扭矩,从而有效防止钻具失效。

关键词：深地塔科1井钻具螺纹接头二次上扣刻痕偏移量等效冲击扭矩

展向流动分量对地面效应条件下组合翼气动特性的影响初探

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工程力学 2024年

作者：张思博陈红勋代钦上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所

以地面效应条件下组合翼（compound wing）气动特性的风洞实验和翼尖涡PIV速度场的拖曳水槽实验结果为依据，总结了组合翼与平直翼升力和阻力差异的基本规律，并在分析翼尖涡流场演化特征的基础上，着重从展向机翼流动的观点初步探讨了... 详细信息

以地面效应条件下组合翼（compound wing）气动特性的风洞实验和翼尖涡PIV速度场的拖曳水槽实验结果为依据，总结了组合翼与平直翼升力和阻力差异的基本规律，并在分析翼尖涡流场演化特征的基础上，着重从展向机翼流动的观点初步探讨了气动力变化的机理。实验所采用的组合翼由中段平直翼和两侧外段带下反角的矩形翼组成。通常在自由空间中飞行时，下反角使机翼的横侧稳定性降低，滚转敏捷性提高，对机翼的气动性能影响并不大，但本实验结果表明，在地面效应条件下，下反角使机翼的升力和阻力均发生改变。越靠近地面，下反角大的组合翼升力增加的效果越明显，而PIV速度场测量的结果显示，组合翼的下反角结构能够抑制翼尖涡的生成和发展，有利于减小机翼的诱导阻力。此外，在特定工况下还发现翼尖涡流场中伴随有二次涡生成，诱导并耗散翼尖涡强度，从而削弱下洗运动，可进一步降低机翼的诱导阻力。

关键词：机翼地面效应组合翼下反角气动力翼尖涡

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绝热逆向阴燃波的热扩散不稳定性

上海大学学报（自然科学版） 2024年第2期30卷 332-340页

作者：毛逸杰卢占斌上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海200072

通过数值方法研究在绝热条件下逆向阴燃的热扩散不稳定性以及失稳后的非线性发展过程.通过正则模态分析方法研究绝热逆向阴燃的线性稳定性,得到以氧气Lewis数和气体流量Mg表征的线性稳定性图谱.结果表明,绝热逆向阴燃随控制参数的变化... 详细信息

通过数值方法研究在绝热条件下逆向阴燃的热扩散不稳定性以及失稳后的非线性发展过程.通过正则模态分析方法研究绝热逆向阴燃的线性稳定性,得到以氧气Lewis数和气体流量Mg表征的线性稳定性图谱.结果表明,绝热逆向阴燃随控制参数的变化存在两种不同特征的不稳定性,即元胞(或指状)不稳定性和行波不稳定性,对阴燃波二维非线性失稳过程的模拟印证了这一线性稳定性分析结果.

关键词：逆向阴燃氧气Lewis数元胞不稳定性行波不稳定性

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圆环非线性恢复力的梁约束模型建模

应用力学学报 2024年第3期41卷 604-611页

作者：韩文举陆泽琦牛牧青陈立群哈尔滨工业大学(深圳)理学院深圳518055 上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072

圆环隔振器是一种以圆环结构为基础的非线性隔振器,圆环结构在压缩变形过程中会受到压力和环面拉伸的耦合作用,从而产生非线性恢复力,对圆环结构非线性恢复力的精确建模是研究隔振器性能的关键。将圆环结构等分为多段曲梁,利用梁约束模... 详细信息

圆环隔振器是一种以圆环结构为基础的非线性隔振器,圆环结构在压缩变形过程中会受到压力和环面拉伸的耦合作用,从而产生非线性恢复力,对圆环结构非线性恢复力的精确建模是研究隔振器性能的关键。将圆环结构等分为多段曲梁,利用梁约束模型对每段曲梁建立计及几何非线性的力-位移关系模型,结合曲梁间的力传递关系和几何约束关系,建立了圆环整体在压缩过程中的非线性恢复力模型,并计算了圆环变形过程中所有分段点处的正应力。通过电子伺服疲劳试验机对圆环结构在压缩过程中的恢复力进行了测量,验证了梁约束模型的建模精度。研究结果表明,利用梁约束模型可以表征圆环结构非线性恢复力特性,其建模精度与椭圆积分法相当,而模型表达式和求解过程都比椭圆积分法简洁。圆环在压缩量最大时正应力最大,此时最大正应力在圆环的上下端点。梁约束模型的建模精度随着分段数的增加而提高,当分段数大于12时,梁约束模型的恢复力计算误差小于2%。

关键词：圆环隔振器非线性恢复力梁约束模型最大正应力椭圆积分法

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上承式悬带桥力学特性实验和模拟分析

实验室研究与探索 2024年第6期 7-10页

作者：任九生詹永坤李亚琳张能辉上海大学力学与工程科学学院上海大学上海市应用数学和力学研究所

为满足新工科人才培养需求，结合结构力学课程改革，开发了上承式悬带桥力学特性分析的高阶教学模块。针对3D打印制备上承式悬带桥模型开展了变形和破坏性实验，对结构内力和变形进行有限元数值模拟，分析结构的位移-载荷关系等力学特... 详细信息

为满足新工科人才培养需求，结合结构力学课程改革，开发了上承式悬带桥力学特性分析的高阶教学模块。针对3D打印制备上承式悬带桥模型开展了变形和破坏性实验，对结构内力和变形进行有限元数值模拟，分析结构的位移-载荷关系等力学特性。教学实践表明，实验、数值模拟和理论结合的高阶模块的探索有助于加强学生对理论知识的理解，有利于培养学生解决工程问题的能力。

关键词：上承式悬带桥内力变形模拟实验有限元计算

基于VMD混合域特征和DBN的轴流泵故障诊断研究

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水动力学研究与进展A辑 2024年第2期39卷 244-251页

作者：吴咏陈红勋马峥上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所中国船舶科学研究中心上海分部

针对传统故障诊断方法特征提取不充分的问题，该文提出了基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的混合域特征和深度信念网络(deep belief network,DBN)的故障诊断方法。先采用VMD将故障轴流泵压力脉动信号分解成若干本... 详细信息

针对传统故障诊断方法特征提取不充分的问题，该文提出了基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的混合域特征和深度信念网络(deep belief network,DBN)的故障诊断方法。先采用VMD将故障轴流泵压力脉动信号分解成若干本征模态函数(IMF)，计算了相关性较大的各IMF分量的能量值和熵值特征，并与原始信号提取的时域和频域特征组合成混合域特征。再引入遗传算法优化故障特征组合，去除冗余特征，并将优化后的故障特征输入到DBN中进行识别和分类。结果表明：与单一特征集相比，基于混合域特征的故障诊断效果更好；与支持向量机(SVM)相比，深度信念网络在故障诊断中更具优势，分类正确率可达95%。从而表明泵壳测点的压力脉动信号能够较好地反映轴流泵模型的故障特性，泵壳测点可作为故障监测点。

关键词：轴流泵故障诊断变分模态分解混合域特征遗传算法深度信念网络

锂离子电池的劣化：力-电化学耦合机理与模型

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力学季刊 2024年第2期 287-308页

作者：吕浡陈鑫松周志宇宋亦诚张俊乾上海大学上海市应用数学和力学研究所力学与工程科学学院力学系上海大学上海市能源工程力学重点实验室上海大学力学信息学前沿科学研究基地

锂离子电池在充放电循环过程中会不可避免地发生容量衰减，这种性能劣化现象普遍存在，且符合人们的日常认知．然而，显而易见的电池劣化现象背后的机理则是相当复杂．本文首先分别从颗粒尺度和电极尺度入手，对锂离子电池的多尺度-多场... 详细信息

锂离子电池在充放电循环过程中会不可避免地发生容量衰减，这种性能劣化现象普遍存在，且符合人们的日常认知．然而，显而易见的电池劣化现象背后的机理则是相当复杂．本文首先分别从颗粒尺度和电极尺度入手，对锂离子电池的多尺度-多场-多过程的力-电化学耦合劣化机理进行了梳理，其中对固态电池的劣化进行了单独的讨论．进一步地，本文梳理了用以描述锂离子电池力-电化学耦合劣化行为的劣化模型．需要指出的是，由于电池劣化机理的复杂性和外部可测量的稀缺性，建立劣化模型是具有挑战性的，且目前仍存在巨大的研究空白．基于此，本文提出了一种双向劣化模型的设想，融合物理模型和数据模型，以具有一定物理意义的内变量为纽带，建立围绕内变量的“力学行为-内变量-劣化行为”完整映射，为客观、准确地描述和预测电池劣化行为提供新思路．

关键词：锂离子电池性能劣化力-电化学耦合机理物理模型数据模型

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表面涂层半球全发射率的非接触测量探索

实验力学 2024年第1期39卷 27-33页

作者：叶成炯董学金邵红亮李晓东张东升上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海200444 上海卫星装备研究所上海200240

涂层表面发射率是飞行器表面涂层性能的关键指标之一。本文针对现有测量方法的局限性,建立了非接触测量半球全发射率的数学模型,应用红外相机作为探测器,开发了涂层发射率的非接触测量装置,该装置可实现原位、实时的测量;通过实验分析... 详细信息

涂层表面发射率是飞行器表面涂层性能的关键指标之一。本文针对现有测量方法的局限性,建立了非接触测量半球全发射率的数学模型,应用红外相机作为探测器,开发了涂层发射率的非接触测量装置,该装置可实现原位、实时的测量;通过实验分析了影响测量结果的多个因素,利用搭建的非接触测量装置对多种涂层试样进行了标定和检测,并将测试结果与某型辐射率仪的测量结果进行比较,半球全发射率最大相对误差百分数小于4.1%,验证了该测量方法的有效性。

关键词：非接触红外相机半球全发射率涂层

液压成形对液体火箭发动机多层增强S型波纹管结构疲劳寿命的影响

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火箭推进 2024年第1期50卷 113-126页

作者：张涵张东升朱卫平上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海200072

完善液体火箭发动机燃气摇摆装置中增强S型波纹管组件的疲劳寿命评估方法,提高其疲劳寿命预测精度,是发展可重复使用液体火箭发动机的重要课题之一。针对多层增强S型波纹管,为了计算其液压成形后的实际寿命数据,了解成形工艺对其疲劳寿... 详细信息

完善液体火箭发动机燃气摇摆装置中增强S型波纹管组件的疲劳寿命评估方法,提高其疲劳寿命预测精度,是发展可重复使用液体火箭发动机的重要课题之一。针对多层增强S型波纹管,为了计算其液压成形后的实际寿命数据,了解成形工艺对其疲劳寿命的影响,提出一种充分考虑成形制备过程对结构不同区域几何构型和材料力学性能造成差异化影响后的波纹管疲劳寿命分析方法。该方法基于成形仿真和材料拉伸试验结果,构建实际波纹管有限元模型并进行三维仿真分析,得到其在高内压和不同摆动工况下结构危险点的循环载荷信息,并根据波纹管结构的低周疲劳失效特点采用子午向应力应变数据,以及经过平均应力应变修正的Manson-Coffin(M-C)公式对波纹管的循环寿命进行估算和对比分析。结果表明:波纹管疲劳寿命薄弱点位置和大小均与循环摆角有关;在预测计算中考虑液压成形作用影响更接近实际场景,所得结构疲劳寿命大小和所在区域均与理论模型值存在差异,在结构设计、优化和健康监测中不应忽视其影响。

关键词：重复使用液体火箭发动机增强S型波纹管疲劳寿命液压成形