相比于有限元法,等几何法求解偏微分方程能以较少的自由度达到更高的求解精度。而多重网格法在处理大规模方程组求解方面应用广泛。为了满足流体仿真对雷诺方程求解的精度与速度的要求,对将等几何法与多重网格法相结合的方法求解雷诺方程进行了研究。文章首先对雷诺方程进行推导,建立适于等几何法的求解模型;然后研究了节点插入的细分算法,构建基于h细化的各层控制点网格之间与阶次相适应的映射矩阵,提出了基于h细化的等几何多重网格法求解模型并。通过不同计算实例发现等几何多重网格法计算效率明显优于单纯等几何法。

透平膨胀机应用的小孔节流式静压气体轴承的本质是动静压混合气体轴承,这里将动静压混合气体轴承作为研究对象,从动压轴承和静压轴承角度分别研究其工作原理和静态特性。混合气体轴承中气膜压力分布是求解轴承静态特性的关键,采用有限差分法(FDM)对含有气膜压力的Reynolds方程通过MTLAB编写的程序进行求解,分析混合轴承的工作原理并计算其静态特性。对比分析偏心率、转速、长径比和供气压力等因素对动压轴承和静压轴承静态特性的影响。结果表明增大偏心率、提高转速、增大供气压力,采用轴承大长径比均可以提高动静压混合气体轴承的承载力;增大偏心率和提高转速,可增大气膜刚度,降低转子姿态角,提高转子稳定性。

基于滑流修正的气体压膜雷诺方程,分析了矩形截面电容式微加速度计的敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼;指出了质量块受到的气膜阻尼力不仅与尺寸和速度有关,还与动量协调系数有关;得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解.

在现阶段,活塞式气动马达润滑系统一般还在运用甩油盘飞溅润滑技术,这种技术的缺点就是对润滑油的控制不精确,不能使马达达到最佳的使用效率及工作寿命。现就这一问题作进一步的探讨,用纳维-斯托克斯方程和雷诺方程,以及润滑机理联合进行润滑油量的计算分析,力求做到对这种气动马达润滑系统的润滑油路和结构组成进行设计更新。

考虑活塞具有矩形织构的摩擦与润滑因素,研究充气式双筒液压减振器动态阻尼特性。建立双筒液压减振器的阻尼特性数学模型和动压润滑方程,对减振器阻尼特性数学方程的复原和压缩行程进行求解,得到减振器上、下腔压力。采用雷诺空化边界条件,将上、下腔压力作为初始压力,对Reynolds方程采用五点差分法进行离散,利用超松弛迭代法(successive over⁃relaxation,简称SOR)进行求解,得到摩擦阻尼力。分析了活塞运动速度、织构深度、织构宽度、油膜厚度、活塞半径和宽度等因素对摩擦阻尼的影响,以及摩擦因素对减振器动态阻尼特性的影响,研究发现:减振器活塞与缸筒之间的摩擦力和阻尼力随着活塞速度、织构宽度和活塞宽度的增加而增加,随着织构深度的增加而先增加后减小,随着油膜厚度的增加而减小;活塞半径对摩擦力无明显影响。

为解决气体静压导轨工作刚度不足问题,提出一种双边气膜刚度最优设计方法。根据气体润滑理论及简化假设推导了气膜压力分布的雷诺方程,基于有限差分法离散了气膜流场求解域和边界条件,在MATLAB中编制了压力分布的求解程序,积分得到气膜的承载力,再求导可得气膜刚度。分析导轨间隙、节流孔结构参数和供气压力等对导轨静态特性的影响规律,为静压导轨的设计制造提供参考。

针对液黏调速离合器接合过程中的挤压膜流动以及摩擦阶段过渡问题,综合考虑摩擦副表面粗糙度、表面油槽结构和流体惯性力等因素,根据流体动压润滑理论和GW粗糙接触模型,建立离合器接合过程的动力学模型,并采用有限体积法对平均流量雷诺方程求解,对挤压过程中的油膜压缩速度、油膜厚度、被动盘转速、传递转矩等动力学参数的变化规律展开了仿真分析。仿真结果表明,液黏调速离合器接合过程主要处于流体润滑阶段和混合摩擦阶段。流体润滑阶段黏性扭矩迅速增加,但是相对角速度变化不大,由于油膜厚度变化较快,在0.1 s左右进入混合摩擦阶段,该阶段油膜厚度变化较小,黏性扭矩逐渐下降至零,摩擦扭矩开始占据主导地位。

在分析液压缸活塞表面微条纹形貌的基础上,建立微观规则矩形条纹润滑理论模型,采用超松弛迭代方法对油膜压力进行求解,分析微条纹个数和倾斜角对活塞表面摩擦性能的影响规律,以无量纲承载力和摩擦因子作为摩擦学性能评判标准对其进行评判.结果表明,在液压缸活塞表面加工微条纹,能够改善活塞表面润滑性能;随着微条纹个数的增加,活塞表面的摩擦因子降低,油膜承载力上升;随着微条纹倾斜角的增大,活塞表面摩擦因子增大,油膜承载力降低.

根据液体润滑理论建立了斜线槽液体润滑非接触式机械密封数值分析模型定义了斜线槽的主要几何结构参数采用有限元方法求解雷诺方程获得了端面液膜压力分布分析了斜线槽端面几何参数对端面开启力、泄漏量、液膜刚度等对密封性能参数的影响规律。结果表明斜线槽槽根半径不能取值过大或过小大约为58mm时能取得最优的密封性能;斜线槽液体润滑非接触式机械密封倾斜角α1不应该大于倾斜角α2否则密封性能会很大程度上削弱。

为了研究液黏传动油液承载力的变化，选取非惯性坐标系，从流体力学方程入手，推导得到液黏传动摩擦油液的雷诺方程，利用Rayleigh动压润滑原理求解径向油槽下油液压力分布，并对其进行仿真。仿真结果与实验结果对比表明：两者的变化趋势是一致的，但理论值比实验值偏高，考虑到摩擦片间形成的油膜并非每一处都是充足的，所以油膜压力的实际值总是小于理论值；摩擦片间有油槽区域的油液比无油槽区域的油液要更加充足，就油液的压力值而言，前者比后者更加符合理论值，但都符合仿真结果和实验值。仿真结果为油膜承载力的研究提供较好的指导。