某型装甲车制动器热-应力-磨损耦合仿真分析

为提高鼓式制动器在热-应力耦合影响下磨损计算的准确性,考虑实际制动过程中温度升高对制动器性能的影响,通过增加温度与磨损率的变化关系修正传统Archard磨损模型,对某型装甲车鼓式制动器进行仿真计算.分析结果表明,在热-应力有限元迭代求解过程中,采用完全耦合法持续更新制动器磨损面的几何形状可以不断地修正热-应力的计算结果,因此能更真实地描述制动过程中热-应力-磨损的复杂耦合现象.仿真得到制动器在4种典型工况下的磨损规律,为制动器的优化设计提供依据.     

发动机排气管流-固-热强耦合分析

为研究发动机排气管在流-固-热强耦合作用下的复杂工况,用INTESIM软件中流-固-热强耦合的方法计算某型发动机排气管在工作过程中流场、温度场、热变形和热应力的分布情况.结果表明,与传统的分析方法相比,INTESIM的强耦合方法收敛性更好,并且可以在同一软件平台下对模型耦合矩阵方程直接求解得到结构应力场、位移场、流场和温度场的所有结果.     

基于流固耦合的多路阀斗杆联强度分析

在挖掘机斗杆强度设计的研究中,由于多路阀斗杆联内部流道压力大、能量消耗高导致阀体变形严重,采用一般方法不能精确的分析阀内应力及变形情况.利用RNG k-ε湍流模型、结构动力学方程,采用流固耦合方法对多路阀斗杆联内部变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对不同工况阀体强度的影响.计算结果表明:斗杆联阀体最大变形发生在油液合流通往执行机构转折处,在各油路进口处及回油处变形较小;各流道转折处及高压油口处存在明显的应力集中现象;阀体的应力和变形均随着阀内流场压力的增大而变大.计算结果将为多路阀结构的优化设计提供一定参考.     

考虑刚-柔-热耦合的板结构多体系统的动力学建模

对热载荷作用下中心刚体与大变形薄板多体系统的动力学建模问题进行研究.基于Kirchhoff假设,从格林应变和曲率与绝对位移的非线性关系式出发,推导了非线性广义弹性力阵,用绝对节点坐标法建立了大变形矩形薄板的有限元离散的动力学变分方程.为了考虑刚体姿态运动、弹性变形和温度变化的相互耦合作用,推导了热流密度与绝对节点坐标之间的关系式.引入系统的运动学约束方程,建立了中心刚体-矩形板多体系统的考虑刚-柔-热耦合的热传导方程和带拉格朗日乘子的第一类拉格朗日动力学方程.为了有效地提高计算效率,将改进的中心差分法和广义-α法相结合,求解热传导方程和动力学方程,差分后的方程通过牛顿迭代法耦合求解.对刚-柔耦合和刚-柔-热三者耦合两种模型的仿真结果进行比较表明,刚体运动对温度梯度和热变形的影响显著.此外,本文建模方法考虑了几何非线性项,因此也考虑了热膨胀引起的轴向变形对横向变形的影响.     

基于耦合映像格子的时空混沌同步保密通信研究

以耦合映像格子为模型,分析时空混沌系统行为发展特性,提出一种APD方法的扩展方法-单向耦合同步方法,实现了对两个时空混沌系统的同步控制.通过计算最大Lyapunov指数,进行耦合强度的阈值选择,并将该方法应用于数字图像保密通信.仿真结果表明,单向耦合驱动时空混沌同步方案简单易行,具有较强的保密性和抗噪能力.     

三维实体转子系统热-结构耦合响应分析

以某型航空发动机高压转子系统为研究对象,基于不均匀分布稳态温度场,建立了某高压转子系统三维实体单元有限元模型以及稳态温度场下转子系统热-结构耦合振动方程,利用热-结构-动力学耦合理论,采用间接耦合法,通过稳态温度场分析和静力分析生成热应力,然后进行预应力模态分析,最后利用模态叠加法进行不平衡量和热弯曲耦合响应分析,实现热-结构-动力学耦合计算.通过稳态温度场对典型级盘稳态响应影响的分析以及不平衡量与热弯曲耦合稳态响应分析,发现耦合响应对转子系统各级盘的振动响应有较大影响.     

全流域立磨选粉机动叶片形状的分级特性研究

为研究立磨选粉机动叶片形状对于立磨全流域流场及分级筛选性能的影响,以HRM1700X立磨为研究对象,应用MRF模型模拟选粉机转子的旋转,运用DPM模型的双向耦合计算方法求解颗粒运动轨迹,实现了立磨全流域三维流场的建模与计算,并通过试验进行验证.通过模拟研究四种不同动叶片形状下速度场、压力场以及颗粒分级筛选性能的变化规律...     

波纹管联轴器的有限元仿真分析

为了考核波纹管联轴器在热-力共同作用下的强度和在发射频率下的刚度,首先利用在三维建模软件UG中建立了波纹管联轴器的有限元模型,然后结合有限元软件的Nastran求解器,对波纹管联轴器进行了热-应力耦合分析和工况模态有限元分析,最后通过对有限元仿真结果进行分析,得到了其力学特性。     

基于CFD的滑靴副多场耦合特性研究

滑靴副作为斜盘式轴向柱塞泵的主要摩擦副之一,长期工作于高速、高压、高温等一些复杂极端环境中.本文建立了滑靴副中流场的基本控制方程,构建了滑靴副多物理场耦合的有限元模型,通过CFD技术对滑靴副流场进行模拟分析,并在此基础上对滑靴副流-固-热多物理场耦合进行仿真,得到不同工况下油液的压力场和速度场的变化规律以及流体的压力和温度对滑靴副的总变形量、应力的影响.结果表明,随着工作压力增大,油液在阻尼管路中压力损失增加,油腔内涡旋个数及尺寸增大.除此之外还发现滑靴副变形量和最大应力对油液温度较为敏感.本文工作为滑靴副的结构设计提供了一定的技术支持,并且对于提高滑靴副的整体性能有着重要的意义.     

210 t转炉连接装置的有限元分析及强度校核

利用ANSYS Workbench对某210 t转炉整体模型的三种极限工况进行有限元分析,得到转炉系统的应力分布和总变形,同时得到连接装置各个零部件的应力分布,找出零部件的最大应力值及所处位置,并结合有限元计算结果对各个零部件进行强度校核.结果表明连接装置的强度满足要求。     

Effects of particle–fluid coupling on particle transport and capture in a magnetophoretic microsystem

A numerical analysis is presented of the effects of particle–fluid coupling on the transport and capture of magnetic particles in a microfluidic system under the influence of an applied magnetic field. Particle motion is predicted using a computational fluid dynamic CFD-based Lagrangian–Eulerian approach that takes into account dominant particle forces as well as two-way particle–fluid coupling. Two dimensionless groups are introduced that characterize particle capture, one that scales the magnetic and hydrodynamic forces on the particle and another that scales the distance to the magnetic field source. An analysis is preformed to parameterize capture efficiency with respect to the dimensionless numbers for both one-way and two-way particle–fluid coupling. For one-way coupling, in which the flow field is uncoupled from particle motion, correlations are developed that provide insight into system performance towards optimization. The difference in capture efficiency for one-way versus two-way coupling is analyzed and quantified. The analysis demonstrates that one-way coupling, in the dilute limit, provides a conservative estimate of capture efficiency in that it overpredicts the magnetic force needed to ensure particle capture as compared with a more rigorous fully coupled analysis. In two-way coupling there is a cooperative effect between the magnetic force and a particle-induced fluidic force that enhances capture efficiency. Thus, while one-way coupling is useful for rapid parametric screening of particle capture performance, more accurate predictions require two-way particle–fluid coupling. This is especially true when considering higher capture efficiencies and/or higher particle concentrations.     

航空发动机叶片丢失整机响应及安全性分析

为了研究航空发动机结构叶片丢失后整机响应与连接结构安全性,在瞬态显式动力学软件ANSYS/LS-DYNA中建立了真实大涵道比涡扇发动机的全三维有限元模型,并开展了一个转动周期的仿真计算。结果表明:丢失叶片与包容机匣及追随叶片的撞击过程中,撞击力分别在叶尖首次撞击机匣、叶片根部受追随叶片撞击、叶根撞击包容机匣时出现峰值;风扇机匣与承力结构的位移和应力最大值区域随着丢失叶片运动而变化,且始终发生在丢失叶片同一方向上。前轴承和中轴承所受载荷较大,后轴承载荷较小,且随着发动机转动近似正弦曲线。前安装吊耳处位移最大,其次为推力杆前端,后吊耳处位移较小。     

水下爆炸冲击载荷作用下舵的动态特性

利用Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)有限元方法求解爆炸冲击过程中的流固耦合问题:采用ALE算法描述流体和炸药模型,采用Lagrangain方法描述舵结构模型,不同介质间的界面采用接触罚函数耦合算法。应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA仿真模拟舵遭受TNT炸药爆炸冲击作用的全过程,得到舵的应力云图、位移云图,典型位置压力时间历程,加速度时间曲线等冲击响应。计算结果表明:利用A L E方法可以预估舵在水下爆炸冲击载荷作用下的损伤情况,为舵的抗冲击设计提供依据。     

Aggregation and clogging phenomena of rigid microparticles in microfluidics

We developed a numerical tool to investigate the phenomena of aggregation and clogging of rigid microparticles suspended in a Newtonian fluid transported through a straight microchannel. In a first step, we implement a time-dependent one-way coupling Discrete Element Method (DEM) technique to simulate the movement and effect of adhesion on rigid microparticles in two- and three-dimensional computational domains. The Johnson–Kendall–Roberts (JKR) theory of adhesion is applied to investigate the contact mechanics of particle–particle and particle–wall interactions. Using the one-way coupled solver, the agglomeration, aggregation and deposition behavior of the microparticles is studied by varying the Reynolds number and the particle adhesion. In a second step, we apply a two-way coupling CFD–DEM approach, which solves the equation of motion for each particle, and transfers the force field corresponding to particle–fluid interactions to the CFD toolbox OpenFOAM. Results for the one-way (DEM) and two-way (CFD–DEM) coupling techniques are compared in terms of aggregate size, aggregate percentages, spatial and temporal evaluation of aggregates in 2D and 3D. We conclude that two-way coupling is the more realistic approach, which can accurately capture the particle–fluid dynamics in microfluidic applications.     

直升机尾桨叶疲劳试验技术的研究

基于直升机尾桨叶疲劳试验技术研究的现状,对尾桨叶疲劳试验实现技术进行了重点阐述.根据尾桨叶疲劳试验的加载及测量要求,结合尾桨叶构型特性,设计制造了可同时对尾桨叶施加离心力、挥舞力、摆振力、扭力及法兰盘压载荷的尾桨叶疲劳试验台,并说明了尾桨叶疲劳试验台的工作原理.通过应用对尾桨叶粘贴应变片的方法测得了 3件尾桨叶疲劳试验...     

输电塔-覆冰导线耦合体系非线性动力响应分析

为了全面准确的了解输电线路塔线耦合体系的动力特性以及覆冰导线的非线性舞动响应,建立了“三塔两线”的空间有限元模型.选用风工程界广泛应用的Davenport脉动风速谱,叠加相应位置的平均风速,模拟风速时程.运用现有的新月形覆冰计算模型,采用时程分析法分别对单塔、无覆冰塔线体系以及不同攻角下的输电塔-覆冰导线体系进行了风荷...     

热膨胀过程中流固耦合应力分析的等效方法

密闭容器内的液体受热膨胀后,会挤压容器并使其受力变形直至破裂,而传统的流固耦合分析方法难以解决这种流固耦合场、应力场和温度场等多场耦合的问题.利用等效表面载荷的方法来模拟膨胀的液体与固体之间的相互作用,可分析在温度升高过程中内部充满液体的某个容器的受力情况.通过本方法对容器进行动态应力分析,可等效得到容器某个部分结构失效时,容器内壁所受载荷的具体大小及其容积的变化,并可对应得到某处结构失效时刻的准确温度.该方法可有效解决多场耦合的问题,并且省去液体模型,提高分析和计算速度.结合电池冷却箱受热膨胀的算例进一步阐释该方法.     

结合负载均衡与A*算法的多AGV路径规划

针对目前大规模应用场景下多AGV运行路网的局部拥塞防止和负载均衡问题,提出了使用负载均衡改进的A*算法进行路径规划的方法。在计算AGV运行代价时,摒弃了传统A*算法只考虑单一运行路程的评价函数,引入了运行路程结合区域负载作为新评价函数的方式。在几乎不增大运行路程的前提下,实现了AGV运行路网的区域负载均衡。采用了单向多入多出以及双向多入多出路网模型进行仿真验证,改变路网规模以及负载系数进行多次仿真实验,结果表明改进算法可以有效地均衡路网负载,极大提高了AGV系统整体运行效率。     

Deep residual U-net with input of static structural responses for efficient U* load transfer path analysis

U* index theory is widely used to illustrate the load transfer paths inside an engineering structure. However, the conventional U* load transfer path analysis based on the finite element method is computationally demanding especially for large-scale structures. In this research, a convolutional neural network based on the architecture of residual U-Net is introduced to realize high-efficiency U* estimation of plate-type structures with arbitrary dimensions, boundary conditions, and loading conditions for the first time. Besides the geometrical information of the structures, the static structural responses including the feature maps of nodal displacement and stress are involved in the network input. Different input data combinations are experimented to study how they contribute to the model training. It is noticed that the stress and displacement data can significantly lower the output errors in U* prediction, and the geometrical information helps in noise reduction in U* contour graphs. The proposed method is tested with homogeneous plates and functionally graded plates respectively indicating its remarkable performance in load transfer path prediction. Moreover, this method shortens the U* calculation time by over 95% compared to the conventional finite element method. The improved efficiency of load transfer path analysis greatly facilitates the implementation of structural analysis, design, and optimization.     

耦合加载方式下复合材料叶片的预应力模态分析

针对大型风力机叶片在静止和变速运转工况下,振动模态计算分析方法和转速对频率的影响进行了研究.建立了叶片有限元模型,静力分析时采用耦合加载方式;采用分块Lanczos法分析了叶片的模态,考察了叶片固有频率对预应力效应的敏感程度及稳定性,探讨了转速对叶片频率的影响程度,分析了预应力效应产生的原因.结果表明:叶片主要以挥舞和摆阵振动形式为主;预应力效应对叶片的固有频率产生了较大影响,随转速的不断增大叶片的固有频率也随之增大,且预应力效应对叶片挥舞刚度的影响程度大于摆阵刚度的影响.