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外笼套式节流阀气动噪声特性分析及优化

机床与液压 2024年第17期52卷 168-175页

作者：华剑王婧宇程荫李美求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 中石化四机石油机械有限公司湖北荆州434000

为解决外笼套式节流阀在生产过程中产生的高噪声问题,采用大涡模拟对外笼套式节流阀流场进行模拟计算。从流场特征角度分析气动噪声产生的机制,并基于此提出结构改进方法。通过Box-Behnken响应面设计,以改进结构的孔径、孔数和孔长为优... 详细信息

为解决外笼套式节流阀在生产过程中产生的高噪声问题,采用大涡模拟对外笼套式节流阀流场进行模拟计算。从流场特征角度分析气动噪声产生的机制,并基于此提出结构改进方法。通过Box-Behnken响应面设计,以改进结构的孔径、孔数和孔长为优化变量,以监测点总声压级为优化目标,开展降噪结构优化设计。结果表明:节流孔结构突变使流体介质在阀门下游形成多尺度多样化复杂流动,结构改进后流场内压力和速度脉动减小,湍化程度降低,具有二次节流和降噪效果;孔径的变化对监测点总声压级响应值的影响最为明显;对应流道模型的数值模拟结果与系统预测响应值之间的误差为1.19%,验证了BBD响应面法优化结果的可靠性;优化后节流阀总声压级下降了13.1 dB,达到了预期的降噪目的。

关键词：节流阀流场仿真气动噪声响应面法结构优化

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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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阻尼层敷贴法对钻井振动筛降噪效果的影响

科学技术与工程 2024年第25期24卷 10762-10767页

作者：华剑肖昱岳辉申平安周思柱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 中石化江汉石油工程有限公司石油装备服务分公司潜江433121

针对钻井振动筛工作噪声问题,提出了在钻井振动筛筛箱侧板敷贴阻尼层以减弱其噪声辐射的方法。通过筛箱振声模型,采用有限元法和模态应变能法对侧板敷贴阻尼前后的振动模态和侧板声辐射进行分析,利用COMSOL进行仿真求解,比较分析了不同... 详细信息

针对钻井振动筛工作噪声问题,提出了在钻井振动筛筛箱侧板敷贴阻尼层以减弱其噪声辐射的方法。通过筛箱振声模型,采用有限元法和模态应变能法对侧板敷贴阻尼前后的振动模态和侧板声辐射进行分析,利用COMSOL进行仿真求解,比较分析了不同材料、不同厚度的阻尼层对筛箱表面噪声辐射的影响。研究表明,表面阻尼结构能减弱噪声辐射;敷贴较硬的材料能对侧板起到一定的振动约束作用;需要根据材料属性选取最佳厚度,达到最佳减振降噪效果。

关键词：声学钻井振动筛噪声控制阻尼层 COMSOL

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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

具有3D负泊松比结构填充的新型吸能盒设计与耐撞性研究

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西安交通大学学报 2024年第10期58卷 188-198页

作者：陆欢王小鹏陈天宁西安交通大学机械工程学院西安710049 机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

针对现有吸能盒结构形式单一、缓冲吸能效果有限的问题,在现有研究的基础上,将3D负泊松比结构填充到薄壁圆管中设计一种填充圆管型吸能盒,探索汽车吸能盒结构的新构型设计,改善吸能盒的缓冲吸能性能。首先,建立了3D负泊松比结构填充方... 详细信息

针对现有吸能盒结构形式单一、缓冲吸能效果有限的问题,在现有研究的基础上,将3D负泊松比结构填充到薄壁圆管中设计一种填充圆管型吸能盒,探索汽车吸能盒结构的新构型设计,改善吸能盒的缓冲吸能性能。首先,建立了3D负泊松比结构填充方管和圆管型吸能盒的几何模型,利用落锤冲击实验对3D打印加工的吸能盒样件进行了低速冲击,并建立了结构的低速冲击有限元模型,研究结果表明,结构的落锤实验结果与低速冲击仿真结果吻合较好,证明了结构低速冲击有限元模型的准确性;随后,基于有限元模型,对比分析了填充型方管、填充型圆管和原始方管吸能盒的耐撞性能,研究发现,相较于原始方管吸能盒和填充方管型吸能盒,填充圆管型吸能盒具有更低的初始峰值力、更高的平均碰撞力,综合耐撞性能更优异;最后,结合响应面方法和NSGA-Ⅱ算法,对填充圆管型吸能盒的耐撞性进行多目标优化,优化结果表明,优化后吸能盒的比吸能提高了14.7%,初始峰值应力降低了18.5%,综合耐撞性能得到了明显改善。该研究为负泊松比结构在汽车吸能盒上的应用探索提供了新的思路。

关键词：负泊松比结构吸能盒耐撞性优化设计

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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

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基于高速综合检测列车的构架运动位姿分析

铁道学报 2024年第7期46卷 117-125页

作者：韩志陈春雷李长坤程朝阳傅强贺雨中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 北京工业大学非线性振动与机械结构强度北京市重点实验室北京100124

综合检测列车构架的运动位姿会影响检测系统测量的准确性,为获取检测系统所在构架运动位姿,提出一种基于多加速度计组合的位姿解算算法。对综合检测列车检测系统所在构架中心运动位姿进行测试分析,结果显示,在相同速度条件下,列车构架... 详细信息

综合检测列车构架的运动位姿会影响检测系统测量的准确性,为获取检测系统所在构架运动位姿,提出一种基于多加速度计组合的位姿解算算法。对综合检测列车检测系统所在构架中心运动位姿进行测试分析,结果显示,在相同速度条件下,列车构架中心位姿结果具有较强的相关性;同时针对多加速度计组合位姿测量方法无法感知线路线形造成的姿态角变化问题,提出位姿补偿方案,并搭建试验模型进行验证。结果表明补偿后横向位移、垂向位移、侧滚角度、摇头角度、俯仰角度的位姿解算结果与试验台反馈结果具有很好的一致性。上述结果可为综合检测列车上搭载的检测系统运动状态下的测量精度分析提供支撑。

关键词：高速铁路位姿测量列车构架试验模型重复性实验

多壁管增强泡沫铝结构动态响应及吸能性能研究

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应用数学和力学 2024年第1期45卷 12-24页

作者：周睿张志家张旺张钱城魏欣随亚光王建强金峰湖北商贸学院武汉430079 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 西北核技术研究所西安710024

为了提高泡沫铝吸能性能,该文将多壁管及泡沫铝材料相结合,提出了一种多壁管增强泡沫铝结构.通过Hopkinson压杆试验以及有限元分析软件ABAQUS/Explicit,研究了泡沫铝、多壁管及其增强泡沫铝的动态压溃特性.对比分析了泡沫铝复合多壁管... 详细信息

为了提高泡沫铝吸能性能,该文将多壁管及泡沫铝材料相结合,提出了一种多壁管增强泡沫铝结构.通过Hopkinson压杆试验以及有限元分析软件ABAQUS/Explicit,研究了泡沫铝、多壁管及其增强泡沫铝的动态压溃特性.对比分析了泡沫铝复合多壁管前后的变形模式、吸能性能,并讨论了多壁管增强泡沫铝的应变率效应以及应变率对多壁管增强泡沫铝耦合增强作用的影响.研究表明,有限元仿真能够较好地模拟试验结果.测试结果表明所采用的泡沫铝应变率效应不明显,而多壁管及多壁管增强泡沫铝应变率效应较为明显,在高应变率下其能量吸收可进一步提升.在动态冲击条件下,多壁管增强泡沫铝峰值力相比单一多壁管或泡沫有明显的耦合增强,其能量吸收相比单一多壁管及泡沫铝能量吸收之和提升10.34%.通过研究多壁管增强泡沫铝的动态压溃特性,可为承载吸能构件的应用提供依据和参考.

关键词：多壁管泡沫铝动态特性应变率耦合增强