基于动网格技术的高速液压缸动态过程流场数值模拟

发布时间：2017-04-10 07:56

  本文关键词：基于动网格技术的高速液压缸动态过程流场数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现代机电设备向高速大功率方向发展趋势下，高速液压缸已悄然成为学者们的研究热点。目前，关于高速液压缸的研究大多数是以其控制、缓冲以及密封等问题展开的，对其内流场的研究却不多见。通过对高速液压缸内流场的研究，掌握活塞运动过程中其端面的压力分布规律，不仅可以了解液压缸的动态响应特性，，更好的控制高速液压缸的运行，还可以为液压缸的密封、缓冲等结构设计提供有实用价值的参考和理论指导。 鉴于此，本文以某活塞式高速液压缸作为研究对象，结合计算流体动力学及数值模拟相关理论，利用专业的流体分析软件和动网格技术对其进行了内流场模拟仿真。主要做了如下工作： （1）根据活塞式高速液压缸的结构建立了用于仿真的几何模型，用GAMBIT软件对其进行三维建模和网格划分；在对高速液压缸内流态探讨的基础上，选择了标准湍流模型用于仿真计算；通过编写UDF程序，实现了动网格技术在高速液压缸动边界仿真中的应用； （2）结合动网格技术，使用FLUENT软件对特定工况下高速液压缸内流场整个工作行程进行了连续的动态仿真，分析了缸内流场中的流线和压力分布；通过提取数据，得到高速液压缸的速度-时间、压力-时间瞬态变化曲线；分别对高速液压缸运动的起始阶段、匀速阶段以及终止阶段进行了详细讨论； （3）分别对不同压差、行程、初始容腔、油口大小及分布下的高速液压缸进行了数值模拟仿真，探讨了动力学参数和结构参数对高速液压缸运动的影响。结果表明：压差越大，高速液压缸进入平稳阶段的时间越短，活塞速度波动越大；工作行程越短，液压缸起始越平稳；初始容腔越大，高速液压缸达到稳态阶段所需的时间越短，初始容腔越小，高速液压缸启动更平稳；油口越小，液压缸运行速度的波动周期越长，幅值越大，液压缸的平稳性越差；无偏置油口分布优于偏置油口。
【关键词】：高速液压缸 动网格 动边界 压力分布 速度特性 结构尺寸
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 引言8
• 1.2 本课题的研究意义8-9
• 1.3 国内外研究现状9-11
• 1.3.1 高速液压缸的研究进展9-10
• 1.3.2 动网格技术应用的国内外现状10-11
• 1.4 本课题的主要研究内容11-13
• 第二章 高速液压缸建模13-21
• 2.1 计算流体动力学概述13
• 2.2 流体力学控制方程13-14
• 2.3 液压缸建模14-17
• 2.3.1 单杆活塞式液压缸14-15
• 2.3.2 几何模型的建立15-16
• 2.3.3 网格划分16-17
• 2.3.4 边界类型指定17
• 2.4 粘性模型的选择17-19
• 2.4.1 液压缸缸内流态判断17-18
• 2.4.2 湍流模型的选择18-19
• 2.5 边界条件及流体参数19-20
• 2.5.1 初始条件19-20
• 2.5.2 边界条件20
• 2.5.3 流体参数20
• 2.6 本章小结20-21
• 第三章 高速液压缸内流场仿真分析21-38
• 3.1 仿真模型假设21
• 3.2 动网格相关设置21-25
• 3.2.1 动网格技术简介21
• 3.2.2 动网格计算的控制方程21-22
• 3.2.3 用户自定义函数与程序编写22-24
• 3.2.4 动网格的更新24
• 3.2.5 残差值以及计算时步长的设置24-25
• 3.3 高速液压缸内流场的流线分布25-27
• 3.4 高速液压缸内部流场的压力分布27-32
• 3.5 数据统计分析32-37
• 3.5.1 高速液压缸活塞端面受力分析32-34
• 3.5.2 高速液压缸运动速度分析34-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 运动与动力学参数和结构参数之间的关系38-49
• 4.1 工作行程对高速液压缸运动的影响38-39
• 4.2 初始容腔对高速液压缸运动的影响39-40
• 4.3 压差大小对高速液压缸运动的影响40-41
• 4.4 油口大小对高速液压缸运动的影响41-43
• 4.5 油口分布对高速液压缸运动的影响43-47
• 4.6 本章小结47-49
• 第五章 总结与展望49-51
• 5.1 工作总结49-50
• 5.1.1 主要工作49
• 5.1.2 主要结论49-50
• 5.2 工作展望50-51
• 参考文献51-54
• 致谢54-55
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作和所发表学术论文55-56
• 详细摘要56-61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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  本文关键词：基于动网格技术的高速液压缸动态过程流场数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：296212