大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目中期檢查報(bào)告書

1、項(xiàng)目編號(hào)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目中期檢查報(bào)告項(xiàng)目級(jí)別： 國(guó)家級(jí)省級(jí)校級(jí)項(xiàng)目年度： 2012 年項(xiàng)目名稱：多油楔雙浮環(huán)油膜潤(rùn)滑軸承系統(tǒng)流體動(dòng)力特性的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究負(fù) 責(zé) 人：李常偉所在院系：理學(xué)院所屬學(xué)科：工程流體力學(xué)指導(dǎo)教師：代玉杰遼寧石油化工大學(xué)教務(wù)處制表項(xiàng)目名稱多油楔雙浮環(huán)油膜潤(rùn)滑軸承系統(tǒng)流體動(dòng)力特性的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)10000.00 元項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)10000.00 元所 屬 一 級(jí) 學(xué)科流體力學(xué)所屬二級(jí)學(xué)科粘性流體力學(xué)目負(fù)責(zé)人李常偉1105030101組王金晗1105030115信成員朱贏1105030110息侯金帥1105030112項(xiàng)姓名學(xué)號(hào)專業(yè)所在院系 項(xiàng)目分工 聯(lián)系電話指

2、導(dǎo)姓名職稱教師應(yīng)用物 理 應(yīng)用物 理 應(yīng)用物 理 應(yīng)用物理研究方向理學(xué)院總體負(fù)責(zé)1824理學(xué)院文獻(xiàn)查找理學(xué)院實(shí)驗(yàn)理學(xué)院程序編寫所在院系 行政職務(wù) 聯(lián)系電話數(shù)值信息代玉杰講師計(jì)算理學(xué)院應(yīng)用物理系主任一、項(xiàng)目進(jìn)展情況概要（ 300-500 字左右）通過前期的準(zhǔn)備工作，我們已經(jīng)建立錯(cuò)位雙浮環(huán)軸承流體動(dòng)力特性的物理模型，并利用 Stokes 方程的基本解和格林公式，把潤(rùn)滑劑在流動(dòng)區(qū)域內(nèi)滿足的控制方程化為邊界積分方程，這樣就將給定區(qū)域內(nèi)的定解問題化為只考慮邊界的問題，即問題的邊界化。同時(shí)，邊界方程的離散化，也得到了解決，并編寫了相應(yīng)的程序，進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，用有解析解的問題考核程序的正確性。今后的主要工作

3、是根據(jù)輸出的數(shù)據(jù)繪圖， 并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較， 分析其物理意義， 根據(jù)得到的圖形撰寫、發(fā)表論文。二、項(xiàng)目詳細(xì)進(jìn)展情況（包括項(xiàng)目的準(zhǔn)備情況、具體實(shí)施情況、階段性成果、與目標(biāo)的差距、存在的問題及擬采取的措施、后續(xù)研究任務(wù)及擬取得的研究成果等， 1500-2000 字左右）項(xiàng)目的準(zhǔn)備情況、具體實(shí)施情況：項(xiàng)目開始至今，我們進(jìn)行了大量的文獻(xiàn)調(diào)研，其中包括無(wú)浮環(huán)的錯(cuò)位軸承和單浮環(huán)的錯(cuò)位軸承等，并對(duì)上述軸承的流體特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)和梳理，特別對(duì)錯(cuò)位單浮環(huán)軸承的摩擦功耗、軸承邊界壓力分布以及潤(rùn)滑劑 的流場(chǎng)等問題作了全面系統(tǒng)的研究，這部分內(nèi)容是本課題的前期工作，為多油楔雙浮環(huán) 油膜潤(rùn)滑軸承系統(tǒng)流體動(dòng)力特性

4、的數(shù)值模擬奠定了較好的基礎(chǔ)。具體的實(shí)施方案是采用邊界元法解決流體力學(xué)中的潤(rùn)滑問題。邊界元方法是20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的一種新的數(shù)值方法，是一種由邊界積分方程發(fā)展成為工程分析的有效數(shù)值工具。邊界元法是求解偏微分方程邊值問題的數(shù)值解法。它與有限差分法、有 限元法、伽遼金法等數(shù)值方法一樣，都是加權(quán)余量法的具體應(yīng)用。但它所采用的權(quán)函數(shù) 是被解方程的基本解，即無(wú)限域的格林函數(shù)，因此，在應(yīng)用邊界元法時(shí)，區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)精 確地滿足偏微分方程，邊界上的函數(shù)值近似地滿足邊界條件，離散只在邊界上進(jìn)行，這 樣，邊界元法便將待求解的問題降低了維數(shù)，因此具有占用內(nèi)存少、計(jì)算時(shí)間短、精確 度高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備量小的優(yōu)點(diǎn)。在

5、用邊界元方法求解上述物理問題時(shí)，主要分為如下的兩 個(gè)步驟：1、問題的邊界化：即將給定區(qū)域上的定解問題轉(zhuǎn)化為可以只考慮邊界的問題。這一步的關(guān)鍵是格林公式，是邊界元法的基石。邊界化的結(jié)果是使問題降維。如果是各維尺度相近的大型問題，代數(shù)方程組的未知數(shù)將按指數(shù)規(guī)律減少，這無(wú)疑會(huì)大大減少準(zhǔn)備工作、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和機(jī)時(shí)。另外，在邊界元法的封閉方程組中，只有邊界結(jié)點(diǎn)上的未知量，解完方程組后再有目的的求內(nèi)部值， 因此減少了計(jì)算的盲目性， 提高了計(jì)算的效率。2、邊界的離散化：離散過程是將物理模型中的微分方程或積分方程轉(zhuǎn)化為可以直接求解的代數(shù)方程組，由于邊界元法只對(duì)邊界離散，區(qū)域內(nèi)由解析式計(jì)算，因此提高了計(jì)算結(jié)果的精

6、度，簡(jiǎn)化了數(shù)值求解的過程。本項(xiàng)目擬采用上述的邊界元方法， 對(duì)多油楔雙浮環(huán)油膜潤(rùn)滑軸承系統(tǒng)流體動(dòng)力特性進(jìn)行數(shù)值模擬。階段性成果： 根據(jù)上述的物理模型， 目前已經(jīng)建立錯(cuò)位雙浮環(huán)軸承流體動(dòng)力特性的物理模型，并利用Stokes 方程的基本解和格林公式，把潤(rùn)滑劑在流動(dòng)區(qū)域內(nèi)滿足的控制方程化為邊界積分方程，同時(shí)，完成了對(duì)邊界方程的離散化。編寫了相應(yīng)的程序，并 對(duì)程序進(jìn)行了調(diào)試和優(yōu)化，用有解析解的問題考核程序的正確性。存在的問題、 與目標(biāo)的差距及擬采取的措施： 目前雖然完成了模型的建立和源代碼的編寫，但還未進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)值模擬，也沒有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理和系統(tǒng)分析，這些工 作預(yù)計(jì)在 1 個(gè)月之內(nèi)完成。另外，本項(xiàng)

7、目在申報(bào)時(shí)擬用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法研究多油楔雙浮環(huán)油膜潤(rùn)滑軸承系統(tǒng)流體動(dòng)力特性，但從目前情況看，購(gòu)買相應(yīng)的實(shí) 驗(yàn)設(shè)備成本非常高，只能采取到其他院?；蜉S承企業(yè)做實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果 進(jìn)行分析。后續(xù)研究任務(wù)： 后續(xù)的主要工作是利用輸出的數(shù)據(jù)繪圖，并積極聯(lián)系實(shí)驗(yàn)單位，測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，分析二者存在差距的原因，以備將來對(duì)該模型進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果撰寫、發(fā)表論文。擬取得的研究成果 :1、通過對(duì)摩擦功耗的對(duì)比總結(jié)摩擦功耗與軸承邊界形狀之間的內(nèi)在規(guī)律，編寫適用于求解復(fù)雜邊界雙浮環(huán)軸承的通用程序；2、當(dāng)軸承系統(tǒng)的摩擦功耗達(dá)到最低時(shí)，確定軸承的形狀，并對(duì)內(nèi)、外浮環(huán)的半徑進(jìn)行定標(biāo)；3、定量計(jì)算軸承的最大承載能力和最低摩擦功耗的最佳結(jié)合點(diǎn)，并定量給出此時(shí)軸承、軸頸以及浮環(huán)半徑的比例關(guān)系；4、上述研究成果將以研究報(bào)告或論文形式提供，預(yù)計(jì)學(xué)術(shù)論文2 篇，其中 EI 收錄論文 1 篇。三、經(jīng)費(fèi)情況（包括總經(jīng)費(fèi)、已使用經(jīng)費(fèi)、用途等）項(xiàng)目申報(bào)時(shí)， 擬用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)錯(cuò)位雙浮環(huán)軸承進(jìn)行研究， 根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)展情況，經(jīng)費(fèi)的主要用途是發(fā)表論文的會(huì)議費(fèi)和版面費(fèi)共計(jì)約 4500.00 元；到軸承企業(yè)或其他院校做實(shí)驗(yàn)共計(jì)約5500.00 元（具體包括差旅費(fèi)、食宿、支付給對(duì)方的費(fèi)用及實(shí)驗(yàn)耗材等） 。四指導(dǎo)教師意見及指導(dǎo)建議：本項(xiàng)目按申請(qǐng)書