基于CFD的新型液气缓冲器流场分析与试验研究

发布时间：2017-09-14 10:10

  本文关键词：基于CFD的新型液气缓冲器流场分析与试验研究

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【摘要】：缓冲器是一种机械装置的安全器件,目前普遍应用于交通、港口和起重机械等领域,在实际的工作过程中操纵员人身的安全和设备的寿命等诸多因素与其性能的优劣息息相关,而随着机械设备向着高速化、大型化的趋势发展,设备对于振动与冲击的控制精度要求日趋严格,因此性能优良并且具有高可靠性的缓冲器成为当下研究的焦点和难点。 与其他种类的缓冲器相比,本文研究对象即新型液气缓冲器采用一种全新的阻尼结构,复位元件选用压缩的氮气,不仅避免了使用金属弹簧作为复位件后出现的疲劳和磨损现象,而且氮气的无疲劳、体积模量小的特点使得液气缓冲器呈现出较为优越的缓冲性能,即容量大、缓冲力迅速上升以及反弹时间短等,是目前较为理想的缓冲装置,具有很高的研究价值。 本文以新型节流芯轴式的液气缓冲器作为研究对象,依据流体力学、计算流体动力学等学科理论,基于CFD技术,利用动网格模型,同时采用标准k-ε模型和SIMPLEC算法,运用仿真软件FLUENT对新型节流芯轴式液气缓冲器进行几何模型的建立、模拟迭代计算,得到内部流场压力和速度分布特性以及缓冲特性曲线,并分别对不同缓冲间隙、节流芯轴形状和冲击速度三种模型进行仿真模拟,获得各参数对液气缓冲器缓冲特性的影响,为新型液气缓冲器关键部位参数的确定和内部结构的优化提供了参考依据。同时将仿真结果与实验进行对比分析,结果表明采用CFD方法对缓冲器流场进行仿真分析是可行的。同时本文也为缓冲器产品的研发和改进提供了全新的参考方法,具有一定的应用价值。
【关键词】：计算流体动力学 液气缓冲器 动网格 数值模拟 实验研究
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 缓冲器简介10-15
• 1.1.1 缓冲器的工作原理与性能指标10-12
• 1.1.2 缓冲器的分类12-15
• 1.2 国内外缓冲器的研究现状15-18
• 1.2.1 国外缓冲器的研究现状15-17
• 1.2.2 国内缓冲器的研究方法17-18
• 1.3 课题研究意义18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 2 新型节流芯轴式液气缓冲器20-29
• 2.1 常见的液气缓冲器简介20-22
• 2.1.1 皮囊式液气缓冲器20
• 2.1.2 多孔式液气缓冲器20-21
• 2.1.3 节流芯轴式液气缓冲器21-22
• 2.2 液气缓冲器的工作原理简介22-23
• 2.3 新型液气缓冲器的结构特点23-24
• 2.3.1 新型阻尼结构分析23-24
• 2.3.2 气腔结构24
• 2.4 液气缓冲器的计算模型分析24-25
• 2.5 液气缓冲器的发展与应用25-29
• 2.5.1 纺织行业的应用25-26
• 2.5.2 汽车上的应用26
• 2.5.3 飞机上的应用26-27
• 2.5.4 铁道车辆上的应用27-29
• 3 新型液气缓冲器模型的建立与仿真计算29-46
• 3.1 计算流体动力学简介29-38
• 3.1.1 计算流体动力学概述29-31
• 3.1.2 湍流理论31-34
• 3.1.3 动网格模型与UDF概述34-36
• 3.1.4 CFD软件介绍36-38
• 3.2 仿真计算的前期处理38-42
• 3.2.1 建模的假设39
• 3.2.2 模型简化与建立39-41
• 3.2.3 网格模型的生成41-42
• 3.3 计算模型的设置42-44
• 3.3.1 求解器的选择42
• 3.3.2 湍流模型的选择42-43
• 3.3.3 算法和离散格式的选择43
• 3.3.4 边界条件的设置43
• 3.3.5 动网格模型的设置43-44
• 3.4 仿真计算过程44-46
• 4 新型液气缓冲器模拟仿真分析46-54
• 4.1 新型缓冲器的仿真模拟分析46-48
• 4.1.1 内部流场的分布云图及分析46-47
• 4.1.2 缓冲特性曲线及分析47-48
• 4.2 液气缓冲器缓冲过程的影响分析48-54
• 4.2.1 缓冲间隙对缓冲过程的影响分析48-50
• 4.2.2 节流轴形状对缓冲过程的影响分析50-51
• 4.2.3 冲击速度对缓冲过程的影响分析51-53
• 4.2.4 仿真结果总结53-54
• 5 液气缓冲器的试验研究54-61
• 5.1 试验目的54
• 5.2 缓冲器试验简介54-56
• 5.2.1 实验台的组成54-56
• 5.2.2 试验主要内容56
• 5.3 各不同工况下缓冲性能的试验结果及对比分析56-59
• 5.3.1 新型液气缓冲器的静态性能实验56-57
• 5.3.2 新型液气缓冲器的动态性能实验57-58
• 5.3.3 冲击速度对缓冲器性能的影响58-59
• 5.4 试验结果分析59-60
• 5.5 试验总结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-66
• 附录A 控制冲击边界4的UDF文件moving.c程序内容66-67
• 附录B 控制柱塞边界1的UDF文件valve.c程序内容67-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李克兴;;国外客车缓冲器综述[J];国外铁道车辆;1996年06期

2 章一明;液压缓冲器设计参数研究[J];华东冶金学院学报;1994年03期

3 宋桂玉;液压减振器性能的试验研究[J];机械科学与技术;1998年01期

4 苗明;李明月;杨万春;;新型液气缓冲器的动态试验及其仿真分析[J];机械工程学报;2006年01期

5 黄运华;李芾;付茂海;廖小平;;新型铁道车辆液气缓冲器动态特性[J];交通运输工程学报;2005年04期

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本文编号：849398