基于三结点单元的主轴横向自振特性分析

为计算水轮发电机组轴系的横向自振特性,提出了一种三结点弹性轴段单元。将主轴系统离散为刚性圆盘和三结点弹性轴段单元,推导了刚性圆盘单元和弹性轴段单元的运动方程,得出了三结点弹性轴段单元的插值函数、移动惯性矩阵、转动惯性矩阵、回转矩阵和刚度矩阵。研制了基于Matlab的有限元计算程序,并用数值算例验证了程序的正确性。最后计算了某水轮发电机组主轴系统考虑陀螺效应时的涡动频率、临界转速和相应的振型。研究表明,三结点弹性轴段单元的计算结果比二结点单元更接近理论解。     

方柱绕流诱发的弹性薄板流固耦合特性研究

在封闭水流槽道中央,上游布置一刚性方柱,下游弹性薄板的一端固定在方柱尾端,弹性薄板上端、下端和另一端自由.上游方柱绕流后在下游形成周期性扰动流场,进而诱发下游弹性薄板的连续振动.数值模拟结果表明,当周期性扰动流场与结构形成强烈的非线性耦合作用时,近壁区流动进一步受板扰动的影响,流动的边界条件发生改变,流场对称结构遭到破...     

混流式水轮机小开度下导水机构内湍流特性和叶道涡结构研究

为准确捕捉小开度流动的瞬态湍流特性,充分了解流场结构,采用滑移网格技术以及基于Vreman亚格子模型的全局动态大涡模拟方法,不仅得到混流式水轮机全流道内速度、压力以及涡量的分布,同时捕捉到了活动导叶周围独特的流动形式和叶道涡的时空演化。计算结果表明:当高转速、小开度工况时,流道内流体的圆周速度占有绝对优势,加强了导叶后尾迹涡的相互影响,致使流道中发生更为剧烈和复杂的漩涡、脱流等各种水力不稳定现象。从蜗壳到转轮室的压力脉动均以低频为主,主要的频率能量成分基本相同,说明小开度低频异常振动与压力波的传递有关。叶道涡是致使叶片疲劳破坏的主要因素。     

流固耦合S-型自主游动柔性鱼运动特性分析

以S-型游动鱼作为对象,采用不可压缩Neo-Hookean材料描述鱼游动过程中的柔性变形及其与流体相互作用产生推力的自主游动特性。基于浸入边界法(IBM)的有限单元(FEM)离散模型,模拟了考虑鱼体肌肉作用力效应的柔性鱼在不可压缩粘性流体中自主游动的动力学过程,分析了流固耦合柔性鱼的游动机制及柔性变形的水弹性动力学特性。研究发现:随着鱼尾部不断呈S-型往复摆动,鱼体运动速度也呈波动形状,且受流固耦合的水动力学特性控制,并与鱼体的刚度密切相关。游动过程中,在鱼头的部位首先有涡旋形成,随着鱼向前游动,这些涡旋附着在鱼体表面向后滑移,并在鱼尾末端脱落形成S-型状的尾流。S-型状尾流直接影响鱼游动的速度及稳 定性。     

一种基于压力泊松方程的流体结构紧耦合算法

从流固耦合系统的整体控制方程出发,推导出与流体控制方程一致的耦合等价方程,并得到基于耦合方程的压力泊松方程,通过求解耦合系统压力泊松方程和一致的等价方程就能获得耦合系统的解,而不需要直接求解整体耦合系统的控制方程,有利于降低求解自由度。预估-校正多步迭代格式用于耦合系统的时间推进,克服了传统迭代耦合方法由于时间不同步而产生较大数值误差的不足。应用该方法对附带局部突起的主动脉弓动脉瘤进行流固耦合分析,验证数值方法的可行性。     

坝基变形模量对坝基界面裂纹应变能释放率的影响

针对混合荷栽作用下的大坝界面裂纹问题,采用修正裂纹闭合积分法与有限元相结合,计算分析了混凝土重力坝与坝基界面裂纹应变能释放率随坝基刚度变化的规律.结果表明,坝基刚度略大于坝体刚度有利于防止大坝开裂,该法可供大坝设计及安全评定借鉴.     

哈密顿结构修正的控制设计方法及其应用

哈密顿系统互联和阻尼分配的控制设计中,最主要的困难是获得修正的能量函数。通过分析哈密顿互联和阻尼分配控制设计的思想,提出一种控制律构成方式,即控制律由给定平衡点的镇定控制和附加控制构成,结构和阻尼矩阵修正部分增加的关联因子通过附加控制发挥作用。进而导出了镇定控制的求解方程,附加控制的显式表达式以及闭环系统稳定的条件,给出了设计过程和步骤。以水轮发电机组的哈密顿模型为例,介绍了该控制设计方法的应用。该方法根据结构和阻尼修正矩阵直接求控制,用海森矩阵正定条件确定结构和阻尼修正矩阵中关联因子的取值限制,避开了求取H a(x)的困难。仿真结果表明这一方法简单有效。     

基于P-D-ε特性的重力坝主余震损伤累积分析

发生强震时主震会给重力坝带来损伤破坏,伴随主震发生的多次余震也会给重力坝带来额外的累积损伤破坏,目前关于重力坝在地震作用下的损伤研究大多都只考虑了主震及一次余震。因此,为了更加全面地分析评估多次余震对重力坝结构的累积损伤破坏,基于混凝土塑性损伤模型,结合水工混凝土P-D-ε曲线求解重力坝在多次主余震序列作用下的损伤,并考虑坝体位于水下部位出现裂缝后产生的水力劈裂现象,研究主震受损混凝土重力坝在强余震作用下的非线性动态响应。加载余震直至结构发生贯穿性裂缝破坏,并再次对破坏后的坝体结构重新建模,进一步分析后续的滑移、倾覆失稳情况。结果表明：强主震作用下坝体仅受到轻微至中等破坏,基本满足设计可修复的设计原则;多次余震对重力坝坝体的塑性损伤效益累积作用明显,坝体损伤区主要集中在坝踵、建基面和上游折坡点附近;随着余震次数的累计增加,塑性应变均有不同幅度的提高,最终由于累计损伤产生了贯穿性裂缝;水力劈裂对于重力坝塑性损伤累积、滑移和倾覆失稳等影响显著。     

贯流式水轮机三维非定常流DES数值模拟

以某水电站为研究对象,建立包含贯流式水轮机的全流道数值模型,基于不可压缩瞬态N-S方程,进行了三维非定常流研究。将全流道定常计算的结果作为初始流场,应用分离涡模型(DES)和滑移网格技术,进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了全流场的瞬时压力分布和湍动粘度分布,转轮室进出口处的瞬时涡量分布,捕捉到水轮机转轮室进出口处复杂的三维动态涡结构。研究工作对于探讨水轮机涡激振动形成的机理具有一定的参考意义。     

弱约束管道系统水锤研究与进展

充液管道中瞬变流的研究有着悠久的历史，积累了极为丰富的文献和资料。人们对系统不稳定流的认识也随着科学技术的进步不断发展开拓，内容及航空航天，石油化工，机械传动，水利电力等２０多个研究方向。