机床主轴系统的建模方式多为梁、管单元建模，系统结合面有主轴?刀柄、刀柄?刀具两部分，这些结合面多采用刚性连接或自定义刚度矩阵的方法进行模拟，主轴系统也可以采用实体单元的方式进行建模，同时在接触位置建立接触对。采用梁单元、实体单元对某立式加工中心主轴系统建模，通过计算结果，分析了不同单元类型建模对系统固有频率及刀尖点频响函数的影响。结果表明，实体单元建模的固有频率大于梁单元建模的固有频率，且振型更为丰富；随着激振频率的增大，实体单元建模方式下的幅频响应曲线震荡更加剧烈，说明该方式可以捕捉更多的激振频率。研究结果可为科学研究主轴系统的动力学特性提供理论参考。

螺杆的几何构型对单螺杆挤出机混合特性具有重要的影响。选取三种具有特殊构型的六菱形螺纹元件、四菱形螺纹元件和齿形螺纹元件，设计了三种针对不同加工工艺要求的新型单螺杆挤出机组合螺杆，研究了聚乳酸在三种组合螺杆中的流动和混合特性。结果表明，在组合螺杆压力交界处产生了较大的压力梯度；菱形螺纹元件可为物料提供高拉伸作用，流体在流道中停留时间较短，混合性能较差；齿形螺杆元件既可为物料提供高剪切作用，也可提供高拉伸作用，停留时间较长，混合效果较好。

针对偏心双螺杆挤出机自身结构存在的局限性，设计了一种新型偏心三螺杆挤出机。利用Polyflow软件，分析了压力场、剪切速度场、速度矢量场、混合指数、分离尺度、平均混合效率、对数拉伸率等参数；研究了偏心三螺杆挤出机的流动和混合机理，并与偏心双螺杆挤出机进行了对比分析。结果表明，在相同的条件下，偏心三螺杆挤出机拉伸折叠效果更好，混合效率高于偏心双螺杆挤出机，为进一步探究混沌混合机理和优化偏心多螺杆挤出机提供了理论依据。

基于离散单元法，利用建模软件Solidworks、离散单元模拟软件EDEM，对单螺杆挤出机固体颗粒输送运动进行模拟。研究内容包括物料参数如颗粒的形状、大小，螺杆转速，结构参数如螺棱数量、螺棱倾角对固体输送量的影响，以及机筒内部颗粒的运动和填充情况。结果表明，单一螺杆?机筒模型存在最佳颗粒粒径、最佳颗粒形状；颗粒直径越小，填充效果越好；螺棱倾角为105°时颗粒输送量最大。

4WS转子是一种新型的密炼机转子，其中长短棱长度比是重要的几何结构设计参数。利用POLYFLOW软件，分别对长短棱长度比为2∶1、3∶1、4∶1的4WS型转子密炼机流场进行了有限元模拟。通过粒子示踪技术，对三种密炼机的宏观混合形态进行了粒子可视化追踪。利用流场数据，计算了典型的分散混合和分布混合评价参数，对三种不同转子密炼机内流体的混合效率进行了对比分析，探究长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响规律。结果表明，相对于长短棱长度比为3∶1和2∶1的4WS型转子密炼机，长短棱长度比为4∶1的4WS型转子密炼机分散和分布混合能力均有了较大的提升。

锥形双螺杆挤出机结构模型与其他普通螺杆挤出机相差很大且构成独特，近年来在聚合物加工行业中发挥了很大的作用。设计螺槽深度与螺杆半径比为1∶2、2∶5、1∶3的三种锥形双螺杆挤出机，通过离散单元法模拟了锥形双螺杆挤出机挤出LDPE、HDPE两种颗粒的过程，分析了锥形双螺杆挤出机螺槽内颗粒速度的变化，同时在不同参数下对三种锥形双螺杆挤出机的输送效率进行了比较。利用EDEM软件对LDPE和HDPE颗粒进行离散元分析，得出不同时刻两种颗粒在三种锥形双螺杆挤出机内的混合情况。结果表明，螺槽深度与螺杆半径比为1∶2的锥形双螺杆挤出机的混合效率优于螺槽深度与螺杆半径比为2∶5、1∶3的锥形双螺杆挤出机。

采用有限单元法对单螺杆挤出机不同螺杆组合段流域进行研究。使用Polyflow软件计算普通螺纹螺杆、普通螺纹与菠萝头组合螺杆、普通螺纹与销钉组合螺杆流场的压力场、剪切速率场、速度矢量、混合指数等参数，并对后处理结果进行了比较分析。结果表明，普通螺纹螺杆能为流体提供较大的轴向速度；菠萝头螺杆虽然阻力较大，但是较多的斜截面设计能为流体提供较好的轴向分速度和周向分速度；销钉螺杆的屏障作用会使一部分流体回流。三种新型螺杆在为流体提供良好的线速度的同时，能有效地对流体进行拉伸和剪切，使其分散混合更加均匀，从其曲线分析结果来看销钉螺杆混合效果最佳。

针对双螺旋输送机输送及内部受力问题，基于离散单元法，借助离散元分析软件EDEM，根据Hertz接触理论，建立了物料颗粒与颗粒之间、颗粒与装置之间的接触模型；在物理与几何参数不同的情况下，分析了双螺旋输送机对物料颗粒输送特性的影响。结果表明，颗粒在双螺旋输送机内的运动以直线运动为主，周向运动为辅；改变轴距对双螺旋输送机物料输送特性影响较大，随着轴距的增大，双螺旋输送机质量流速逐渐增大，中心区域颗粒受力逐渐减小。

T形多分支管分离器含有复杂多分支结构，广泛应用于两相及多相流研究中。借助流体模拟仿真工具Fluent，模拟了不同时刻T形管中油气两相流动情况，得到了各分支管内油气分离特性及进出口处的质量流量数据。结果表明，当油气两相混输液流经T形管时，重力的作用使管道中的油气两相分布不均匀；随着时间的增加，顶部汇气管的输出物大部分为气体，而下方汇油管的输出物大部分为液体，从而实现油气的初步分离。选取分支管高度不同的T形管进行仿真，分析其油气分离现象的特性；再选取不同的T形管主管入口流速，观察入口流速对油气分离现象的影响；最后，通过观察各管道的湍流旋涡结构和流场特性，研究湍流拟序结构在相同结构处的规律性和重复性的特点，以及分支管高度对流型和湍流旋涡的影响。

主轴是高速铣床的核心部件，其动力学特性直接影响铣床的加工精度。以德国GMN某型高速铣床电主轴为例，采用有限元方法，建立了主轴⁃轴承系统的有限元模型，研究了主轴的固有振动特性，分析了轴承刚度对主轴固有振型和临界转速的影响。在此基础上，研究了高速主轴的不平衡响应特性，分析了不平衡量大小和位置等因素对主轴振动敏感度的影响规律，发现主轴两端不平衡响应敏感，尤其是连接刀具的一端振幅明显，研究结果可为高速机床主轴系统的动力学设计提供一定的参考。

Steam turbines are widely used in electric power, petroleum, petrochemical and aviation industries. The rotor system is a key component of the steam turbine. Because the turbine rotor structure is more complex, high working speed and complex temperature environment of the rotor system easily lead to excessive vibration, rubbing, crack, fracture, other serious accidents and even units damage, resulting in loss of personal and economic property. Through the establishment of a dynamic finite element model for the steady⁃state vibration response of the bending moment excitation of the turbine rotor⁃bearing system, calculation of steam turbine rotor bending moment for steady⁃state vibration displacement and stress response curve, analyses the size and location of bending moment on the influence of steam turbine rotor steady⁃state vibration response, providing theoretical basis for design of steam turbine rotor system dynamics.

汽轮机内部转子-轴承系统的动力响应特性直接关系到其使用性能的优劣。使用有限元法对转子⁃轴承系统进行了建模，考虑轴承刚度对系统临界转速的影响，对同一转速和不同转速下的不平衡响应特性进行了详细讨论，确定了系统的敏感位置，为汽轮机的优化设计提供了理论依据。

以某汽轮机转子-轴承系统为研究对象，考虑轴系陀螺力矩和转动惯量的影响，建立了转子-轴承系统动力学有限元模型。通过在X方向和X-Y方向输入不同的地震动峰值加速度并改变相位角的方法，研究了转子-轴承系统在地震激励下的动力响应特性。分析了转子-轴承系统关键节点的等效应力和位移变化趋势，讨论了地震载荷作用下汽轮机转子-轴承运行的安全性，旨在为转子-轴承系统的抗震设计提供一定的理论参考。

利用Polyflow软件,采用三维拟瞬态有限元模型,分析了螺杆间隙及入口流量对三螺杆挤出机组合螺杆聚合物流体的复杂流动和混合特性的影响。通过可视化云图分析了几何中心截面轴向速度、压力、剪切速率分布;采用粒子示踪技术,通过统计后处理曲线,分析了组合螺杆在不同条件下的轴向压力、轴向面拉伸率、混合指数
概率、分离尺度、累积停留时间概率函数、停留时间分布函数。结果表明,适当增大螺杆间隙能够增加停留时间,提高产品混合质量;入口流量较小时混合效果较好。

利用有限元法对4WS、4WH 和6WI三种转子密炼机流体的流动和混合特性进行了对比分析。利用UG软件进行三维几何建模,利用Gambit软件进行网格划分,同时采用Bird-Carreau本构模型及Polyflow 软件对三种转子密炼机的流场进行了三维等温数值模拟对比研究。通过对平均速度、轴向速度和剪切速率等进行对比,得到了三者流场的流动规律。同时,利用粒子对数拉伸指数、粒子平均对数拉伸指数、粒子拉伸指数概率、平均混合效率概率和停留时间等参数对三者的分布混合情况进行描述。模拟结果表明,由于6WI转子密炼机本身所具有的特殊变间隙转子结构,更易改变流场的规则流动,其混合性能高于其他两种转子密炼机。

采用有限元法对4种三螺杆挤出机组合螺杆流体进行流场分析,重点分析了速度场、压力场、最大剪切速率、最大拉伸速率、停留时间的分布情况。结果表明,组合螺杆在一定程度上能够削弱轴向速度,延长停留时间,有利于物料充分混合。在此基础上,采用ANSYS/workbench软件进一步分析了流固耦合作用对三螺杆挤出机组合螺杆变形的影响。分析结果表明,组合4混合性能较好,耦合场作用下螺杆变形相对较小,设计较为合理。

采用有限元法,利用POLYFLOW 软件,建立双螺杆挤出机输送段三维非等温模型,数值模拟了双螺杆挤出机输送段中通过溶胶-凝胶法制备聚丙烯/二氧化钛(PP/TiO2)纳米复合材料的反应过程,分析了螺杆转速、螺距、前驱体质量分数等控制条件对PP/TiO2纳米复合材料的混合效率及反应速率的影响。结果表明,随着螺杆螺距的增加,挤出机内物料温度逐渐升高,混合效率逐渐增大,平均转化率也逐渐升高;增加转速和前躯体质量分数,平均转化率降低,不利于反应的进行。

加氢反应器是炼油行业的关键设备,通常在高温高压环境中工作,应力状况十分复杂。其中,人孔区
是加氢反应器的高应力区,其安全性关系到整个设备的安全运行。利用ANSYS有限元软件,建立了加氢反应器人
孔区热-固耦合有限元模型。结合JB4732—1995《钢制压力容器-分析设计标准》,对加氢反应器人孔区进行了应力
分析和强度评定。结果表明,最大应力发生在人孔法兰与半圆形封头连接区,最大应力为154.6810MPa,应力评定
结果合格。

针对石化设备常用材料2. 2 5 C r 1Mo钢, 分别在7 5 0℃和8 5 0℃的工艺温度下利用热焊工艺方法对其
进行焊接, 采用盲孔法测定了各焊接试件的焊接残余应力, 利用电化学工作站分别测量了焊接试板在碱性、 酸性和
中性腐蚀介质中的腐蚀速率, 通过金相分析了焊缝区显微组织变化。结果表明, 热焊工艺降低了2. 2 5 C r 1Mo钢焊件
的焊接残余应力, 提高了其在各种介质中的抗应力腐蚀性能; 随着工艺温度的升高, 焊接残余应力下降幅度增大, 抗
应力腐蚀性能提升显著; 在8 5 0℃的工艺温度下, 焊接残余拉应力降低6 0%以上, 抗应力腐蚀性能提升3 0%以上。
同时, 焊接后焊缝区显微组织得到改善, 力学性能得到保证。

建立了三种不同螺杆类型的三螺杆挤出机几何模型和有限元模型, 运用P o l y f l o w软件对其进行数值
模拟。采用粒子示踪法计算了混合指数、 剪切速率、 对数拉伸指数、 瞬时混合效率和时间平均混合效率等评价参数。
结果表明, 随着螺杆头数的增加, 三螺杆挤出机在相同周期内对物料的剪切和拉伸次数增加, 混合效率逐渐增大。

        转子系统往往要在高转速、高温、高压等恶劣环境下工作，其受力情况非常复杂。以多自由度转子为研究对象，采用有限元法建立了考虑复杂外场作用下转子系统动力学模型。研究了该转子的振型、支承刚度对转子临界转速影响，并对考虑和忽略复杂温度外场作用下的转子系统不平衡响应进行了对比分析。结果表明：当考虑复杂温度外场作用时，转子系统的响应振幅明显增大。随着启动时间的增加，该转子的各结点振幅均逐渐增大，当启动时间超过１５ｓ时，幅值增长几乎呈线性变化。

以某机组齿轮传动系统为研究对象,根据转子动力学基本理论和齿轮啮合原理,建立了某齿轮传动
系统的齿轮-轴系耦合系统振动有限元模型。分别对该系统未耦合齿轮转子系统和齿轮-轴系耦合系统进行了弯
曲模态和弯扭耦合模态进行了对比分析,分析了啮合刚度对耦合转子临界转速的影响。在此基础上,对未耦合和耦
合齿轮系统进行了不平衡响应研究。研究结果为齿轮-轴系耦合系统的动力学设计提供了一定的理论参考。

电机转子是石化机组设备中的关键设备。针对某大型机组中电机转子振动偏大问题，利用有限元法对该转子的动力学建模，并考虑了轴承支承刚度和阻尼随转数变化的非线性，计算了转子系统的临界转速和稳态不平衡响应等问题，研究不平衡量分布对转子振动特性的影响，找出了影响转子动力学特性的主要因素,为转子系统的故障诊断和排除提供了理论依据。

依据非线性转子动力学理论，建立了更接近实际情况的双跨滑动轴承-转子系统非线性油膜力和碰摩耦合故障的动力学模型，利用数值模拟分析了油膜力和碰摩力对转子系统耦合故障响应的影响，研究了在耦合故障的情况下，该系统的分叉与混沌运动，得到了非线性响应的Poincaré映射图、分叉图、相轨线图、轴心轨迹图和幅值谱图，发现具有非线性碰摩力及油膜力的耦合作用下转子系统的各种多周期运动和混沌运动及其演变过程。

    利用ANSYS/FLOTRAN 程序对聚乙烯熔体在双螺杆、一字型三螺杆、三角形三螺杆和四螺杆反应器中的流动进行了分析, 对三角形三螺杆和四螺杆反应器中流道的中心区进行了重点研究, 并对4 种类型反应器的挤出特性进行了比较。结果表明, 螺杆反应器的啮合区具有较大的速度梯度, 有利于物料的充分混合。双螺杆、一字型三螺杆、三角形三螺杆和四螺杆反应器的啮合区个数分别为1, 2, 3, 4 个, 由于啮合区个数的增加, 其物料混合能力也逐渐增强。三角形三螺杆和四螺杆反应器具有特殊的结构“中心区” 。中心区的物料形成环流, 环流的存在促进了中心区物料的混合, 增加了物料在中心区的混合时间;经过计算, 物料不能滞留于中心区。双螺杆、一字型三螺杆、三角形三螺杆和四螺杆反应器的流量、回流量、回流系数以及平均剪切速率依次逐渐增大。从理论上验证了多螺杆反应器在物料输运能力以及物料混合能力等方面均具有较佳的能力, 多螺杆反应器更适合聚合物的加工。

        板料在冲压成形过程中经常出现起皱、鼓包及拉裂等缺陷。板料成形过程包括了非常复杂的物理现象, 涉及力学中的几何非线性、物理非线性和边界非线性, 很难用解析法研究。利用大型非线性有限元软件ANSYS/LS -DYNA, 对板料拉深过程进行了数值模拟, 分析了成形后可能发生的缺陷, 讨论了冲压速度、摩擦因数及压边力等因素对板料成形质量的影响。结果表明, 凸模和凹模0 交界处的板料首先变形, 应力及应变最大值出现在凸模圆角部位外侧板料上。板料凸缘增厚量最大, 凹模圆角处板料减薄量最大;凸模与板料间摩擦因数越大, 边缘应力越大, 板料凸缘越不易起皱, 而侧壁应力受凸模与板料间摩擦因数的影响较复杂;适当的增加凸模虚拟模拟速度不但可以提高计算效率, 并且能够保证计算精度。