基于联合概率密度的随机声疲劳寿命估算方法

针对燃烧室火焰筒结构随机声疲劳问题,根据有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构振动响应功率谱密度得到雨流循环均值-幅值条件概率的计算式,结合雨流循环幅值概率密度Dirlik经验公式推导出雨流循环均值-幅值联合概率密度函数,克服了在疲劳寿命估算中只考虑幅值、忽略雨流循环均值影响的局限性。根据Miner线性累积损伤理论,运用获得的联合概率密度函数建立声疲劳寿命的估算方法。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,利用耦合的有限元和边界元方法进行振动响应计算分析。基于应力响应结果,运用提出的方法对火焰筒结构进行疲劳寿命估算,并分析不同声压级的声载荷对火焰筒结构疲劳寿命的影响。研究表明,该方法对航空薄壁结构声疲劳寿命分析具有适用性。     

热环境下的金属热防护系统的动力学特性研究

研究了金属热防护系统(metallic thermal protection system,简称MTPS)在典型RLV再入热载荷作用下的动力学特性.首先,针对MTPS在热载荷作用下的动态响应问题,结合数值算例验证了有限元分析方法的可行性和正确性;其次,基于MTPS的有限元传热分析模型,计算了热环境下结构的瞬态温度响应;最后,使用有限元的分析方法对笔者建立的MTPS简化模型在热应力场和结构场耦合下的结构动力学特性进行了研究分析,给出了典型再入热环境下结构的固有振动频率随加热时间的变化曲线.计算结果发现,材料弹性模量等参数的变化比热应力场对MTPS结构固有频率的影响更大,热应力场对结构固有频率的影响最高达到10.3％的比例.     

筒式减振器瞬态双向流固耦合仿真系统的开发设计

通过现场试验,发现减振器在低速区动态效应明显,在最大速度点处可以忽略动态效应,并根据试验建立了阻尼力的计算公式。分析了Dytran的显式算法及其进行双向流固耦合计算的理论框架,探讨了降低流固耦合仿真计算规模和提高计算精度的方法,开发了筒式液压减振器瞬态双向流固耦合有限元分析系统。通过仿真分析获得了各速度点下的阻尼力值,其误差在10%以内,同时确定了筒内流场及空穴的分布。仿真模型可用于冲击载荷响应和流致振动研究。     

基于多场耦合的锯片切割系统声辐射特性研究

为了对锯切噪声进行定量预估及声场分布规律的研究,提出建立声场、结构、流体多物理耦合模型。利用显式的中心差分算法提取了流固耦合(Fluid Structure Interaction,FSI)作用下多体动态接触时系统的振动响应;基于边界元法-有限元分析建模法搭建了切割系统声学模型,将系统振动响应作为声学边界,对声场辐射进行计算分析。研究了切割系统在半空间环境的声场时域、频域辐射特性;分析了结构与流体间的单、双向耦合对声场的影响;通过计算辐射面积对声功率的影响明确了噪声主要辐射区域。从现场实测数据与数值结果的比较可见,多场耦合分析在切割噪声辐射水平分析及预估方法是正确可行的。     

干式串联铁心电抗器振动噪声控制研究

基于APDL参数化语言建立了电抗器铁心及周围磁场分布的三维模型,在ANSYS仿真环境中,对电抗器铁心振动噪声进行了多场耦合有限元分析,建立了电抗器铁心振动与噪声的关系,定量的计算了振动产生噪声的强度与分布,结合干式串联电抗器铁心的结构特点,提出了振动噪声控制的改进方法,并通过有限元计算对改进后的振动噪声情况进行了评价.     

风力发电机塔筒的抑摆仿真分析

以风力发电机塔筒为研究对象,采用MSC Cradle软件计算塔筒在不同风载荷下的流场分布,得到塔筒四周的风压。应用MSC Adams软件搭建塔筒在有阻尼器和无阻尼器时的刚柔耦合动力学模型,进行动力学仿真分析。通过分析确认,加装阻尼器能够抑制塔筒顶端的摆动,效果显著。     

风力发电机高速级齿轮温度场及热变形仿真分析

为了研究风力发电机高速级齿轮热变形,利用ANSYS中的APDL语言建立了齿轮参数化有限元模型。根据摩擦学、传热学、啮合理论计算了有限元模型的边界条件及载荷,求解了单个齿轮稳态温度场分布,系统分析了风力发电机齿轮温度随功率和转速的变化规律。对环境温度和摩擦因数对风力发电机齿轮温度的影响进行了研究。对齿轮热-结构耦合场进行了分析,将稳态热分析求解结果作为载荷加入到结构场上,计算得到齿轮热变形,为齿轮修形打下良好的理论基础。     

大型管壳式换热器热-结构耦合场数值模拟研究

将换热器最严酷工况的表面温度数据添加到换热器的有限元数值模拟模型上,通过导热计算得出换热器各部分的热场分布,然后求出由于热场而产生的变形.将热场产生的变形与换热器结构场载荷而产生的变形进行耦合分析,这样就可得出换热器热-结构耦合场的变形和应力分布,从而验证换热器设计的合理性.     

燃烧室热-声-结构耦合特性研究

航空发动机燃烧室的热释放、声波动以及流体扰动与结构振动之间的耦合作用对结构破坏产生重要影响。应用有限元分析软件建立数值模型,从能量角度分析了热声耦合产生的根源及其作用机理,建立了热-声-结构单向耦合机制,完成了燃烧室薄壁结构预应力模态分析、谐响应分析与谱分析,得到了耦合条件下的结构动力学特性。通过试验数据与模拟结果的对比研究,得出耦合作用产生的根源为燃烧不稳定性,火焰波动对速度场、压力场、密度场等的形成与发展具有重要影响;热载荷对结构振动影响较大,且对高频段影响比低频段大;声压力载荷对结构振动影响较小,且在某些频率下使结构振动频率减小。工作对燃烧室设计等具有重要实际价值。     

基于气热固耦合的涡轮模态分析

主要研究了气热固耦合场对涡轮模态参数的影响.采用基于k-ε湍流模型理论建立了涡轮的流场模型,进行网格划分和边界条件的加载.通过气热固耦合分析计算获得了流场内部温度和压力的分布,把气动力及温度载荷映射到涡轮结构上,并在此基础上进行了涡轮模态的计算.计算结果表明,气热固耦合场主要影响涡轮结构的模态固有频率,对模态振型的影响较小.     

柴油机缸盖罩动态特性分析与改进

以某四缸柴油机铸铝缸盖罩为研究对象,融合频谱分析法、近场声压法及模态分析法的识别优势,分析缸盖罩的动态特性。首先在标定工况下采用时频谱结合频响函数分析了缸盖罩的振动响应特性,然后基于近场声压法定位分析了缸盖罩结构噪声的辐射特性,在建立缸盖罩有限元仿真模型基础上,再结合试验模态法与计算模态法获取了缸盖罩在柴油机约束状态下的模态特性,找到了导致结构动态特性变差的薄弱环节,最后采取薄弱结构加强筋设计与隔声措施优化了缸盖罩的动态特性,并进行了降噪试验验证。     

透平膨胀机叶轮耦合应力的强度有限元分析

根据透平膨胀机的工作原理,基于有限元分析理论,对透平膨胀机的主要部件叶轮进行了结构、温差和气动力耦合作用的强度分析,采用三维实体建模的方法,以叶轮的实际工况为输入条件,通过ANSYS有限元分析软件计算得到了离心力、温差应力和气动力共同作用下的叶轮应力应变分布状况,并对叶轮的安全性进行了校核分析。计算结果表明,气动力载荷使得离心力、温差应力作用时产生的应力应变有减小的趋势。所以,同时考虑离心力、温差应力及气动力耦合作用的叶轮应力应变值更符合叶轮的实际情况。     

管壳式换热器管板的有限元分析

应用有限元分析技术 ,在操作工况下 ,对管壳式换热器在压力和温度载荷共同作用下进行强度分析。根据其应力分布特点 ,分析压力与温度载荷对管板产生的影响 ,并考虑温度载荷单独作用下对管板产生的影响。     

复合材料头锥结构气动热应力分析方法研究

针对某飞行器前部复合材料锥体结构的打样设计,采用有限元方法进行设计飞行条件下气动热载荷、气动压力载荷联合作用时结构应力应变分析方法的研究.文中针对打样阶段对结构性能进行初始估算的要求,对模型进行多场解耦和适当的工程简化处理.首先以结构外表面为边界,建立气动网格,进行流场分析,确定结构网格的热载荷、边界条件;然后对结构网格进行热分析,获得其瞬态温度场分布;最后施加气动压力和温度场分析结果进行结构耦合热应力分析,获得应力应变数据.文中对流场、温度场、应力场采用的实用化处理方法,在满足打样阶段分析要求的同时,克服多场耦合分析协调困难、总体工作量大等问题,具有较高的效率.计算结果表明,气动热应力对锥体顶部应力产生较大影响,必须在设计中加以考虑,并可为下一阶段的详细设计提供更精确的数据参考.所用计算软件为FLUENT和ANSYS.     

A11VLO190轴向柱塞泵柱塞副泄漏与润滑特性研究

将轴向柱塞泵柱塞副的泄漏看做偏心圆环缝隙的流动,使用Matlab进行仿真,分析得到了柱塞副泄漏量与负载压力、配合间隙、工作转速和斜盘倾角的关系。采用有限差分法求解二维雷诺方程,该文在考虑油膜动压效应和挤压效应的条件下,得到了柱塞在缸体内的倾角、柱塞自转速度、进口压力对柱塞副油膜分布压力的影响,为提高柱塞副的效率、改善润滑、减少摩擦磨损和增加使用寿命提供了一些参考意见。     

流固耦合作用对汽车侧窗气动噪声的影响

气动噪声是高速行驶下汽车的主要噪声源,在组成气动噪声的三部分声源中,偶极子声源占主导地位,而偶极子声源又取决于车身表面脉动压力。应用双向流固耦合方法对汽车的表面脉动压力进行数值计算,利用CFX软件进行流场计算,ANSYS软件进行结构计算,以MFX-ANSYS/CFX为数据耦合平台,采用双向同步求解的方法,对流场和侧窗结构响应进行联合求解,并将耦合前后的计算结果与风洞试验进行对比。结果表明,流固耦合作用使得流场压力脉动增强,且车速越高,流固耦合作用对气动噪声的影响越大;与非耦合数值计算相比,耦合计算结果更接近试验值,具有更高的准确性。     

直升机舱内噪声预估与分析

结合直升机自身结构特点,采用统计能量分析方法,建立了机械噪声和气动噪声中高频预测分析模型。通过对试验测量结果的分析,获得了直升机主要噪声源的声场能量频率分布特性以及壁板机身结构的振动水平,并以此作为模型的输入,预估了直升机驾驶舱内噪声响应特性。同时,根据计算结果分析了影响直升机舱内噪声的主要能量传递途径,并提出了相应的减振降噪措施。     

半开式离心压缩机叶轮叶片单向流固耦合分析

采用非结构化网格有限体积法和有限元方法,进行了不同工况半开式离心叶轮叶片单向气动与强度流固耦合分析。根据计算结果,分析了设计工况下叶片分别在气动载荷、离心惯性力载荷和耦合前两种载荷下的变形、应力分布。并对比分析了不同工况下气动载荷和耦合气动载荷和离心惯性力载荷情况下叶片的最大总变形和最大应力。得出了3种载荷情况下半开式离心叶轮叶片变形和应力的分布特征,探讨了工况变化对叶片的最大总变形和最大应力的影响。     

高速重载齿轮的有限元分析

利用有限元理论和数值分析方法，对高速重载齿轮系统在加载和离心力共同作用下的变形和强度进行了分析，研究了离心力对该系统的影响和动态响应。利用三维啮合弹塑性接触有限元方法对高速重载齿轮进行了接触强度分析，并基于热弹耦合进行了轮齿的修形计算，得到轮齿的理想修形曲线，为高速重栽齿轮动态设计提供了一种非常有效的方法。     

瞬态工况壁面温度对燃烧噪声的影响

研究了直喷式柴油机瞬态工况壁面温度对燃烧噪声的影响机理。开展内燃机瞬态工况测试技术和测试方法研究,通过对瞬态与稳态过程的壁面温度差异的研究分析,从气体动力载荷和高频压力振荡两方面分析研究瞬态噪声与稳态噪声产生差异的机理。瞬态工况壁面温度高于同负荷同转速的稳态工况。壁面温度的差异导致两种工况下滞燃期的改变,影响燃烧压力和缸内压力升高率以及压力高频振荡的频率和幅值。结果表明,瞬态与稳态工况壁面温度的差异影响到动力载荷与压力高频振荡,是两种工况下燃烧噪声产生差异的主要二级影响因素之一。