以某型号带预压缩腔结构的高压柱塞泵为对象,建立该柱塞泵内部流体模型,利用计算流体动力学软件PUMPLINX对该柱塞泵内部流体动力学进行仿真,分析负载压力、转速以及不同的预压缩腔结构参数对高压柱塞泵出口流量脉动率的影响。结果表明:当预压缩腔节流孔直径分别为2、3和4 mm时,泵出口流量脉动率分别为39.87%、16.43%和17.67%;当预压缩腔节流孔跨度分别为5°、9°和12°时,泵出口流量脉动率分别为17.56%、13.21%和14.15%;当预压缩腔体积从200 cm^3增大至300 cm^3时,泵出口流量脉动率从22.67%减小至14.41%,当预压缩腔体积继续从300 cm^3增大至400 cm^3时,泵出口流量脉动率基本保持不变。该仿真结果为泵内部预压缩腔结构的设计与优化奠定了理论基础。最后对该高压柱塞泵进行了流量测试实验,实验结果与仿真结果一致,证明了仿真数据的正确性。

以典型的斜盘式轴向柱塞泵为对象,为了降低柱塞泵工作过程中的压力冲击与倒灌回流,利用计算流体动力学方法,对柱塞泵吸排油过程进行动态模拟,可视化地解析了配流盘三角槽结构对冲击与回流特性的影响.针对配流盘局部结构建立参数化模型,借助于计算流体动力学的解析、试验设计、近似模型技术,对柱塞泵动态解析过程进行一体化集成;以2阶响应面函数的形式,表达动态过程中柱塞腔内压力、回流峰值与配流盘三角槽跨度、深度的响应面模型;最后,对三角槽结构参数进行优化设计,为斜盘式轴向柱塞泵降噪型配流盘的设计,提供再设计的理论依据.

针对典型斜盘式轴向柱塞泵工作时出现的空化现象,以某高压柱塞泵为例,建立了柱塞泵配流过程中,气液混合相的连续性控制方程和运动控制方程,推导了基于气液两相流的质量输运控制方程,并对柱塞泵进行了空化流动的数值模拟。仿真结果表明,不同的转速、压差和配流盘结构对柱塞腔内部、配流盘表面以及缸体与配流盘接触处的空化存在影响,且仿真结果与实验检测数据结果是吻合的。

为解决机液耦合条件下斜盘式轴向柱塞泵的数字化设计问题，采用基于机械与液压系统联合仿真的方法对柱塞泵进行建模与解耦分析。基于功率键合图理论建立了柱塞泵液压模型，并定义了柱塞泵柱塞腔流体对柱塞端面的压力为耦合变量，利用拉格朗日法建立了柱塞泵刚体动力学模型，将液压模型耦合变量作为动力学模型的输入，定义动力学模型的实际转速测量为液压模型的输入，从而构成一个完整机液耦合仿真模型，通过解析对柱塞泵进行了机液解耦设计。最后，搭建了实验平台，以泵出口的流量和压力为检测量，比较了仿真结果与实验结果，从而验证了该方法的正确性与可行性，为柱塞泵的一体化设计奠定了基础。

为了优化液压滑阀可控因子以降低滑阀开启或关闭时操纵性能对噪声因子的敏感性,提高液压滑阀工作时的可控性与稳定性,提出了液压滑阀健壮性设计方法。利用计算流体动力学方法对液压滑阀开启或关闭时内部流体的动态特性进行了仿真模拟,分析了滑阀内部流道结构参数、阀芯运动速度、滑阀进油口与出油口压差对瞬态液动力的影响,并借助于试验设计和响应面函数方法,获得了滑阀瞬态液动力与各参数的定量化关系。最后以滑阀内部流道结构参数为设计变量,阀芯运动速度和滑阀进出油口压差为不可控的噪声因子,以仿真中液压换向滑阀瞬态液动力服从正态分布且方差最小为目标,对滑阀进行了健壮性设计,设计结果表明,通过对结构参数进行优化设计可明显降低噪声因子对滑阀瞬态液动力的影响。

为了解决工程机械复杂工况下难以准确建立液压滑阀动态模型的问题，提出了面向多学科交叉的液压滑阀数字化建模方法。考虑内部流体动力学对滑阀系统的影响，利用 CFD 方法对滑阀工作时的内部动态耦合过程进行了解析，分析了滑阀动态工作过程中过流截面面积、流量系数、液动力随阀芯位移的变化规律，并将它们作为滑阀数字化设计系统的边界载荷和输入参数。同时，在流体动力学解析模型的基础上利用 AMESim 搭建了基于功率键合图的液压滑阀工作模型，对滑阀进行了数字化设计，分析了不同的结构和系统参数设置对滑阀性能的影响。最后，进行了液压滑阀的台架实验，验证了仿真模型的正确性。

为了解决流固耦合条件下斜盘式轴向柱塞泵的数字化设计问题,采用基于动态边界的流体动力学计算方法（CFD）对其进行了建模与解耦分析。通过UG建立柱塞泵工作过程中流体的三维模型,采用Gambit对模型进行网格划分和局部细化,并设定流体边界为移动边界,利用Fluent软件中用户自定义函数（UDF）方法定义流体可压缩性和黏性,以及边界的运动规律,建立了数字化模型并进行了仿真分析,得到了动态流固耦合状态下泵出口流量变化规律。最后,设计和搭建了柱塞泵出口流量与出口压力测试的试验平台,将测试数据与仿真数据进行了对比,实验结果验证了该建模方法和解析手段的可行性与正确性。

为了解决由黏性发热引起的液压滑阀卡滞问题,综合液压滑阀结构的流固热耦合解析与多学科优化基础,提出面向液压滑阀卡滞问题的健壮性设计方法.即采取顺序耦合分析方式,在液压滑阀结构流固热耦合下,通过流体有限元获得阀芯变形引起液压滑阀卡滞的敏感因子,且以响应面函数模型表达阀芯变形与敏感因子之间的函数关系;对于外界随机变化因子,应用6σ法则优化可设计因子来减小随机因子对性能的影响,并以蒙特卡罗随机分析方法验证设计后阀芯变形对外界因子随机变化的健壮性.解析实例表明,阀芯结构、滑阀开度、负载流量和介质温度是引起液压滑阀卡滞的敏感性因素,健壮性设计方法在滑阀卡滞多因子复杂设计问题中明显优于传统设计方法.

为了降低滑阀开启和关闭过程中瞬态液动力的影响,提高液压滑阀换向稳定性和可靠性,以典型的三位四通换向滑阀为对象,利用计算流体动力学方法（CFD）对滑阀开启过程进行了动态模拟,可视化地解析了流道结构参数对瞬态液动力的影响.针对滑阀阀芯、阀座沉槽、阀芯间流道结构,建立了参数化模型,借助于CFD解析、试验设计、近似模型技术,对滑阀动态解析过程进行了一体化集成,并以二阶响应面函数的形式表达了开启瞬间瞬态液动力与流道结构参数之间的响应面模型.最后,对流道结构参数进行了优化设计,为提高滑阀性能提供了定量化再设计依据.