采用雷诺平均NS方程和标准k-ε湍流模型,在不同风速和转速下对某风力机叶片基于Workbench进行了单向流固耦合数值模拟,分别分析了气动力载荷和离心力载荷对风力机叶片功率及风力机叶片结构特性的影响。结果表明:相对于气动力载荷,风力机叶片离心力载荷对风力机叶片结构特性的影响较大。

以某常规负荷先进三级增压性能参数为基准，尝试采用一种大弯度低损失叶型，进行超高负荷单级增压气动设计。应用基于遗传算法的优化设计方法，以设计点性能为指标进行转静子三维叶片设计，进一步调整转子叶片积叠线规律以提升稳定工作裕度。数值模拟结果表明:以设计点参数为目标进行优化设计可实现设计点高性能;对此超高载荷转子，叶尖前掠使得转子叶片的载荷后移，叶片前缘载荷降低，可增加转子稳定工作攻角范围，有效提升增压级的裕度;与原始三级设计相比，大弯度设计的单级增压级可达到原设计的压比和稳定裕度，效率明显高于原设计，并且与过渡流道匹配较好，验证了设计方法的可行性。

超临界CO2(SC-CO2)喷射压裂技术有望成为非常规油气资源的高效开发手段。为了探明其射流密封机理,开展了SC-CO2喷射压裂作业时环空、孔眼及裂缝中的流场数值模拟研究。结果表明SC-CO2喷射压裂作业时SC-CO2射流在环空附近形成低压区,促使环空流体进入地层孔眼而不进入已压开裂缝中,从而实现射流密封;SC-CO2喷射压裂的射流密封效果与喷嘴压降和喷嘴直径正相关,与套管孔径和环空压力反相关,而受到SC-CO2流体温度的影响极小;在相同的模拟条件下,SC-CO2喷射压裂的射流密封效果强于水力喷射压裂。

压裂、回注、储气库注采等作业将造成套管内压的循环变化,最终导致水泥环的密封失效。针对前人套管内压循环变化造成水泥环密封失效破坏的实验研究并结合最新的实验结果,分析了是否考虑地层岩石约束两种井眼系统工况条件下的水泥环失效破坏方式。分析结果显示:未考虑地层岩石约束的实验易导致水泥环的周向拉伸破坏而产生径向裂纹;套管-水泥环界面过渡区的存在能降低水泥环的径向压应力和周向拉应力,从而降低水泥环产生拉伸破坏的风险;考虑地层岩石的约束时,水泥环内外界面受到套管和地层岩石的径向和周向约束,阻止了已经达到拉伸强度极限的水泥环发生拉伸破坏而产生径向裂纹的趋势;套管内压增大时,井下工况中水泥环主要发生塑性屈服破坏产生微环隙,基本不会发生周向拉伸破坏。研究成果可为固井优化设计提供参考。

为考察双侧驱动轴向柱塞泵/马达配流副结构参数和性能参数对其摩擦转矩特性的影响,在考虑油液黏压特性下,建立配流副物理模型,推导全膜润滑摩擦转矩公式,仿真分析压力、油膜厚度、密封带宽度、腰型槽中心角以及转速对摩擦转矩的影响。结果表明:配流副间摩擦转矩随压力增大而稍有增大,腰型槽中心角对摩擦转矩的影响较小;摩擦转矩随油膜厚度增大而减小,在增大到10μm后摩擦转矩趋于稳定;减小密封带宽度、降低转速能有效减小摩擦转矩。研究可为改善双侧驱动轴向柱塞泵/马达配流副润滑效果提供基础。

连续管作业时,连续管上的张力与滚筒和注入头的运动状态有关。利用有限元研究了在滚筒和导向器之间连续管的张力与松弛度之间的关系,并拟合成函数关系式。然后建立了连续管注入头与滚筒液压系统的耦合动力学模型。研究发现:在匀速运动时,滚筒液压系统的溢流压力能控制连续管上张力的大小;但运动状态快速变化时,张力会产生波动。波动的幅度和波动的频率与滚筒及滚筒上卷绕的连续管的转动惯量有关:当滚筒上卷绕大部分连续管时,快速操纵连续管注入和起升速度手柄将造成较大张力波动,引起张力过小或过载;当滚筒上卷绕很少连续管时,快速操纵连续管注入和起升速度手柄将产生某个频率的张力振动,极有可能引起连续管的共振。

液压互联悬架(hydraulically interconnected suspension,HIS)是一种非线性系统,运用机理分析法建模存在建模精度和速度不可兼得的缺点。为解决上述矛盾,提出了一种基于遗传算法(genetic algorithm,GA)优化的反向传播(back propagation,BP)神经网络对HIS系统进行建模的方法。首先,通过Simulink建立的液压互联悬架模型仿真获取网络的训练数据。其次,使用遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值;然后,两种建模方法对比验证GABP建模方法优点;最后,通过液压互联悬架台架实验获取实验数据,与神经网络训练结果进行比较分析。结果表明:在垂向模态下,低、中、高3种频率下相对误差百分数分别为4.12%、2.27%、1.51%;在侧倾模态下,低、中、高3种频率下相对误差百分数分别为7.64%、4.07%、4.35%。与机理建模法相比,GABP建模方法兼具较好的建模精度和速度。

针对当前重型车辆在缓速制动中存在的不足,设计了由液压泵/马达元件、蓄能器以及溢流阀等组成的液压辅助缓速制动装置。通过对车辆与制动装置的分析,制定了系统构型、液压原理图以及制动加速策略;应用AMESim软件搭建了车辆传动系统以及液压系统的模型;对不同档位下的制动效果进行了分析;并研究了在标准循环工况下机械制动与液压制动的分配;搭建了液压系统相关实验回路,对液压回路的转矩、流量、压力以及温度等参数进行了研究。得到了在不同车辆行驶状况下的制动效果,以及不同制动信号下的响应特性,证明该缓速制动系统在转矩可控性以及散热能力可以得到有效提升,并能长时间可靠运行。

对升降台进行动力学分析,建立剪叉机构的力学模型,确定了影响液压缸最大推力的关键参数,并利用MATLAB软件对这些参数进行优化设计。通过仿真优化,升降台的各项性能都得到了很大的改善,为剪叉式举升机构的设计提供理论依据,具有实际研究意义和工程使用价值。

为了研究橡胶密封圈在刚性力作用下的应力与变形，采用Newton—Raphson非线性算法，使用位移准则来判断其收敛’性。密封圈则按照超弹性材料处理，采用了Mooney—Rivilin模型材料，建立其有限元模型，进行了网格的划分，施加了合适的边界条件，模拟了真实的受力环境，计算出了在刚性力作用下产生的应力和发生的变形。并且使用动画技术直观地显示了其变形过程。应变有限元分析的结果为橡胶材料可靠设计、优化提供了一定的指导。