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基于相关性分析和响应面法的复合旋流器结构参数优化

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科学技术与工程 2024年第11期24卷 4479-4487页

作者：姚周坤周思柱黄天成龚俊霖长江大学机械结构强度与振动研究所荆州434023

为了提高旋流器优化参数的准确性,得到其在结构优化中的最优解,以一种新型复合旋流器为研究对象,基于相关性的单因素分析寻优法,以相关性分析的结果来指导优化范围的选取,提高其结构参数优化范围的准确性。结合响应面优化方法,以分离效... 详细信息

为了提高旋流器优化参数的准确性,得到其在结构优化中的最优解,以一种新型复合旋流器为研究对象,基于相关性的单因素分析寻优法,以相关性分析的结果来指导优化范围的选取,提高其结构参数优化范围的准确性。结合响应面优化方法,以分离效率为优化目标,确定旋流器的最优结构参数,建立了分离效率和结构参数之间的回归模型。结果表明:不同的结构参数和各性能指标之间的显著关系并不相同,根据相关性分析的结果确定各结构的优化范围为:上锥角为0°~4°,下锥角为8°~12°,底流口直径为12~16 mm;响应面优化得到旋流器最优结构为:上锥角为2.565°,下锥角为11.719°,底流口直径为12.889 mm,在本组参数下旋流器固体分离效率达到了99.945%,气体分离效率达到了93.807%。为旋流器的结构优化提供了一种新方法。

关键词：复合旋流器相关性分析响应面法结构参数优化分离性能

基于多尺度一维卷积神经网络的弯管冲蚀损伤智能检测方法

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科学技术与工程 2024年第5期24卷 1893-1899页

作者：陈传智李宁王畅陈家梁罗锦达长江大学机械结构强度与振动研究所荆州434023

针对高压管汇损伤需要提高检测效率和准确率的问题,提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(multi-scale one-dimensional convolutional neural network,MS-1DCNN)的弯管冲蚀损伤智能检测新方法,即用多尺度卷积层代替传统的单一尺度卷积... 详细信息

针对高压管汇损伤需要提高检测效率和准确率的问题,提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(multi-scale one-dimensional convolutional neural network,MS-1DCNN)的弯管冲蚀损伤智能检测新方法,即用多尺度卷积层代替传统的单一尺度卷积层。在MS-1DCNN模型中,把通过模拟实验所得弯管冲蚀损伤原始时域信号作为多尺度一维卷积神经网络的输入,这样能解决传统方法依赖人工提取特征和专家知识的问题;然后,通过多尺度卷积层和池化层的交替连接对输入信号进行特征提取;最后,经由输出层输出弯管冲蚀损伤分类结果。模型试验结果表明:基于MS-1DCNN弯管冲蚀损伤检测方法可以有效检测出弯管冲蚀损伤,且平均检测准确率达到99.18%。研究可为高压管汇冲蚀损伤智能检测提供一种新思路。

关键词：高压管汇冲蚀损伤一维卷积神经网络多尺度智能检测

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叶片丢失后停车过程转子瞬态动力响应分析

航空动力学报 2024年第5期39卷 190-197页

作者：刘畅徐自力霍施宇慕琴琴徐健西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 中国飞机强度研究所西安710089

为揭示叶片丢失后转子系统停车过程动力响应特征,研究了叶片丢失后叶盘转动惯量非对称性及停车过程变转速特征,建立了非对称变速转子瞬态动力响应分析模型,对叶片丢失后转子系统停车过程瞬态响应进行了分析。结果表明:叶片丢失瞬间及转... 详细信息

为揭示叶片丢失后转子系统停车过程动力响应特征,研究了叶片丢失后叶盘转动惯量非对称性及停车过程变转速特征,建立了非对称变速转子瞬态动力响应分析模型,对叶片丢失后转子系统停车过程瞬态响应进行了分析。结果表明:叶片丢失瞬间及转子过共振区,转子系统的瞬态振动响应加剧,并伴有横向固有振动。当转动惯量非对称比例为0.2时,转子系统响应峰值与不考虑轮盘非对称性相差58%。因此,对于大质量叶片或多叶片丢失情况,轮盘转动惯量非对称性就不能忽略,表明所建转子动力学模型可以有效分析大非对称转子停车过程复杂振动响应特征。

关键词：非对称转子变转速冲击效应叶片丢失动力学响应

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变椭圆振动筛筛分性能的数值模拟研究

石油机械 2024年第4期52卷 62-70页

作者：韩庆锋吕志鹏闵庆新段铃童长江大学机械结构强度与振动研究所沧州市华油飞达固控设备有限公司

钻井液振动筛作为一级固相控制设备,常存在“筛堵”“筛糊”和“跑浆”等问题,而通过改变“力心”和质径积比值等参数来得到合理的变椭圆振动轨迹,可以较好解决这些问题。针对变椭圆轨迹振动筛的结构参数改变要求,研究其对振动轨迹和颗... 详细信息

钻井液振动筛作为一级固相控制设备,常存在“筛堵”“筛糊”和“跑浆”等问题,而通过改变“力心”和质径积比值等参数来得到合理的变椭圆振动轨迹,可以较好解决这些问题。针对变椭圆轨迹振动筛的结构参数改变要求,研究其对振动轨迹和颗粒行为的影响,并基于离散元法(Discrete Element Method)的耦合多体系统动力学(Dynamics of Multi-body System)研究方法,对变椭圆振动筛本体和物料颗粒进行联合分析求解;分析了变椭圆振动筛力心位置和偏心块质径积比值对振动轨迹、物料颗粒运移速度和透筛率的影响。结果表明:振动筛在力心与质心的距离在100~150 mm,偏心块质径积比值在10∶7左右,入料端最大椭圆倾角在60°~65°时,变椭圆振动筛可以达到较好的筛分性能。研究结论可为变椭圆振动筛的设计提供理论支持。

关键词：钻井液振动筛变椭圆离散元法耦合多体系统动力学筛分效率力心物料颗粒

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电站调节阀阀体结构参数对流阻特性的影响

科学技术与工程 2024年第8期24卷 3215-3221页

作者：龚俊霖黄天成周青杨姚周坤华剑长江大学机械工程学院荆州434023 长江大学机械结构强度与振动研究所荆州434023 武汉锅炉集团阀门有限公司武汉430000

为了系统研究阀体结构参数对调节阀流阻特性的影响,采用数值模拟的方法,建立电站调节阀阀体模型,结合正交试验设计,研究调节阀阀体不同结构参数对流阻特性的影响。结果表明:调节阀阀体的结构参数对流阻系数的影响程度依次为上腔半径>下... 详细信息

为了系统研究阀体结构参数对调节阀流阻特性的影响,采用数值模拟的方法,建立电站调节阀阀体模型,结合正交试验设计,研究调节阀阀体不同结构参数对流阻特性的影响。结果表明:调节阀阀体的结构参数对流阻系数的影响程度依次为上腔半径>下腔高度>上腔高度>阀体半长>下腔半径>中腔半径,同时再对阀体的入口角度进行优化分析,得到入口角度越小,流阻系数越小。通过正交实验优化和入口角度优化后得到的最优结构,其流阻系数与原结构相比降低了19.45%,且流量特性曲线也更加理想。研究成果能够为套筒式调节阀的结构优化提供理论支持。

关键词：电站调节阀阀体结构参数流阻特性正交试验

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直角弯管结构改进及冲蚀磨损特性分析

化工设备与管道 2024年第3期61卷 77-83页

作者：闫冲冲华剑吉效科黄天成长江大学机械工程学院湖北荆州434023 长江大学机械结构强度与振动研究所湖北荆州434023 长庆油田分公司机械制造总厂陕西西安710200

为减小弯管的冲蚀磨损,改进普通弯管结构形成弧形、梯形和矩形弯管,利用Fluent中DPM模型、湍流模型和冲蚀磨损模型对4种弯管进行数值模拟计算。结果显示:弧形、梯形和矩形弯管的抗冲蚀性能较普通弯管分别提高14.54%、3.73%、12.38%,4种... 详细信息

为减小弯管的冲蚀磨损,改进普通弯管结构形成弧形、梯形和矩形弯管,利用Fluent中DPM模型、湍流模型和冲蚀磨损模型对4种弯管进行数值模拟计算。结果显示:弧形、梯形和矩形弯管的抗冲蚀性能较普通弯管分别提高14.54%、3.73%、12.38%,4种弯管的冲蚀分布均呈现椭圆形和V形形貌,冲蚀磨损相比于普通弯管明显减轻;4种弯管的最大冲蚀速率随流速、含砂量的增加而增加,但冲蚀区域不随流速、含砂量的变化而变化,不论流速、含砂量为何值,弧形弯管最大冲蚀速率排列间隔>弧形底长;弧形弯管抗冲蚀性能最佳组合为弧形底长3 mm、弧形高度2 mm、排列间隔3 mm,抗冲蚀性能较普通弯管提高22.60%。该结果可为弯管的冲蚀防护和结构设计提供新思路。

关键词：直角弯管结构改进冲蚀磨损数值模拟计算抗冲蚀性能正交实验

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超高压压裂管汇由壬接头预紧特性分析

润滑与密封 2024年第4期49卷 58-65页

作者：华剑马忠杰袁志强黄天成胡家浩王林虎长江大学机械工程学院湖北荆州434023 长江大学机械结构强度与振动研究所湖北荆州434023 中国石化胜利油田分公司滨南采油厂山东滨州256600

针对超高压压裂管汇由壬接头安装预紧力不当导致结构破坏或密封泄漏的问题,以某公司研制的175 MPa超高压由壬接头为研究对象,利用ABAQUS建立由壬接触模型,采用有限单元法对该接头进行应力分析与强度评定以及密封性能判定。结果表明:预... 详细信息

针对超高压压裂管汇由壬接头安装预紧力不当导致结构破坏或密封泄漏的问题,以某公司研制的175 MPa超高压由壬接头为研究对象,利用ABAQUS建立由壬接触模型,采用有限单元法对该接头进行应力分析与强度评定以及密封性能判定。结果表明:预紧力大小对母由壬应力几乎没有影响,对公由壬、翼型螺母和三瓣挡圈应力有显著影响,且都呈现正相关性,影响程度从高到低依次为公由壬、翼型螺母、三瓣挡圈和母由壬;额定工况下预紧力超过250 kN时,公由壬轴肩圆角处应力超过其材料许用应力,结构静强度不满足要求可能会发生结构破坏;预紧力小于150 kN时,不足以抵抗内压作用,公由壬和母由壬球头锥面密封结构分离;在能够确保球头锥面密封性和结构安全性的150~250 kN预紧力范围内,氢化丁腈橡胶(HNBR)密封圈表面接触应力始终大于实时流体工作压力,密封圈密封性能良好。推荐安装预紧力范围为150~250 kN,在该范围内密封圈结构的静强度以及密封性均能满足要求。

关键词：由壬接头预紧力结构强度密封性能接触应力

φ175 mm涡轮钻具叶片型线结构参数优化研究

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石油机械 2024年第8期52卷 24-32页

作者：袁新梅金欢欢段清龙黄天成周思柱刘书杰侯增方长江大学机械工程学院长江大学机械结构强度与振动研究所长庆油田分公司机械制造总厂中海油海南能源有限公司山东省微远科技有限公司

以φ175 mm涡轮钻具为研究对象,研究了不同叶片型线结构参数对涡轮钻具效率及扭矩的影响。基于五次多项式理论和计算流体力学基本原理,开展了涡轮钻具水力性能仿真分析;结合正交试验法和响应面优化法,研究了叶片的前缘和后缘半径、前缘... 详细信息

以φ175 mm涡轮钻具为研究对象,研究了不同叶片型线结构参数对涡轮钻具效率及扭矩的影响。基于五次多项式理论和计算流体力学基本原理,开展了涡轮钻具水力性能仿真分析;结合正交试验法和响应面优化法,研究了叶片的前缘和后缘半径、前缘和后缘楔角、进口和出口结构角对涡轮钻具效率和扭矩的影响程度,并通过对极差分析,确定以入口结构角、出口结构角和后缘楔角为影响因素,以效率和扭矩最大化为目标,进行响应面优化;通过响应面法建立了叶片结构参数与扭矩和效率的回归方程,得到了涡轮钻具优化后的工作效率和扭矩。研究结果表明:影响效率的主要因素是出口结构角、后缘楔角和后缘半径;影响扭矩的主要因素是出口结构角、入口结构角和后缘楔角;优化后的涡轮钻具其扭矩提高了42.6%,效率提高了2.4%。研究结果可为涡轮钻具叶片型线结构的参数设计和优化提供理论支持。

关键词：涡轮钻具叶片型线扭矩效率正交试验法响应面法

基于4-PSE并联机构的地质沉积模拟平台运动学分析

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科学技术与工程 2024年第16期24卷 6710-6717页

作者：王林虎华剑谭欢尹艳树邓国强长江大学机械结构强度与振动研究所荆州434023 中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院西安710018 长江大学地球科学学院武汉430100

地质沉积模拟平台是定量研究地质沉积理论的重要装置。为满足沉积模拟大型化、精细化和定量化的研究需求,基于4-PSE并联机构设计一种可进行全方位调姿运动的地质沉积模拟平台,对其运动学特性进行研究。结合模拟平台的工作原理,对4-PSE... 详细信息

地质沉积模拟平台是定量研究地质沉积理论的重要装置。为满足沉积模拟大型化、精细化和定量化的研究需求,基于4-PSE并联机构设计一种可进行全方位调姿运动的地质沉积模拟平台,对其运动学特性进行研究。结合模拟平台的工作原理,对4-PSE并联机构的自由度进行计算,推导模拟平台的运动学方程。在ADAMS软件中建立模拟平台的虚拟样机模型,利用运动学仿真结果对其运动学参数进行理论验证。分析模拟平台的工作空间约束条件,求得其工作空间,绘制相关结构参数对工作空间的影响曲线。研究成果为后续地质沉积模拟平台的多块平台组合系统实验提供了理论基础。

关键词：地质沉积模拟平台 4-PSE并联机构运动学工作空间