轴流式叶片的流固耦合振动特性分析

采用流固耦合技术，求解流体与固体的耦合方程，对轴流式叶片进行了振动特性分析，分别计算了叶片在空气中和水中的固有频率；并比较了轴流式叶片在空气中与水中固有频率的变化，分析了叶片在水中的振型。结果表明，叶片在水中的各阶固有频率较其在空气中均有所降低，且其降低程度具有非线性的特点。通过对轴流式叶片在水中八阶模态图的分析，表明了轴流式叶片外部靠近出水边的地方较为敏感。     

基于流固耦合的客车风窗玻璃风致振动特性

采用流固耦合计算方法对客车聚乙烯醇缩丁醛(PVB)夹层风窗玻璃进行了数值模拟计算,获得了客车在高速行驶中风窗玻璃的风致振动特性,及厚度变化对风窗玻璃变形和应力的影响规律.研究结果表明,厚度减小,风压变形明显增大,但应力变化不规律.研究结果可以为高速客车及列车风窗玻璃优化设计提供相关理论基础.     

流固耦合应用研究进展

流固耦合力学是一门新兴学科。本文简要介绍了该学科的典型应用进展情况，总结了各种研究中的典型方程、数值解法，展望了进一步发展的趋势。     

基于Workbench的流固耦合作用下三通管振动特性分析

使用ANSYS Workbench软件,对流固耦合作用下的三通管振动特性进行分析。首先应用Solidworks和ANSYS Workbench对结构进行几何建模,再利用CFX模块对流场进行计算,将得出的结果以荷载的形式导入Workbench进行流固耦合状态下的模态分析。计算研究三通管在双进单出和单进双出情况下的入水口流速、入水口压强和管壁厚度对固有频率的影响。结果表明,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管的固有频率略大,两种不同流体流动方式三通管的前六阶振型都主要是整体梁变形;管道的固有频率会随着入水口压强和流速的增加而增加;随着壁厚的增加,前三阶固有频率有所降低,第4～6阶固有频率则先升后降;在入水口压强、入水口流速和壁厚等条件相同的情况下,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管的固有频率略大。     

基于流固耦合的液压振动桩锤管系减振研究

基于振动桩锤液压管路的流固耦合计算模型,结合面向地基土的负载特性分析方法,并考虑油泵流量脉动因素的影响,采用ANSYS与CFX进行有限元联合仿真,研究沉桩过程中液压管路振动特性的变化规律,确定其发生强烈振动的原因。同时,通过卡箍的动力学优化设计,对液压管路的振动进行控制。研究结果表明:卡箍的固定位置、数量等设计参数是影响液压管路振动特性的重要因素,当增设1处卡箍时其一阶自振频率最大提高22.4 Hz,增设2处时最大提高56.6Hz,最终得到能有效避免管系共振发生的优化设计方案,仿真及试验结果验证了该新方法是可行的,其研究成果可为复杂输流管路的铺设安装与振动控制提供参考。     

基于流固耦合的隧道断层破碎带注浆加固圈厚度分析

隧道穿越富水断层破碎带常发生突涌水及围岩变形失稳等地质灾害,帷幕注浆是治理隧道断层破碎带的有效方法,通过帷幕注浆在隧道周边形成注浆加固圈,降低围岩渗透能力,提高隧道周边围岩强度。为确定合理的注浆加固圈参数,提高注浆加固效果,基于流固耦合理论对隧道周边渗流场、应力场和位移场进行了数值模拟,分析了不同加固圈参数对隧道涌水及变形规律的影响。研究结果表明：随着注浆加固圈厚度的增加,隧道涌水量和变形量均减少,但当加固圈厚度大于一定值时,涌水量及变形量变化均趋于平缓。根据数值模拟结果得出最合理的注浆加固参数并指导工程设计,研究结果对于完善帷幕注浆理论和指导类似工程注浆设计具有一定的借鉴意义。     

基于ANSYS-Workbench的流固耦合作用下输油管道模态分析

本文采用ANSYS-Workbench研究输油弯管在流固耦合作用下模态分析,通过改变流体流速和压强,分析流固耦合作用的管道的振动频率和应变.首先建立三维模型,然后针对在不同压强和不同流速工况下,管道振动频率和总体变形进行模拟,并与输油弯管自振频率对比分析.研究表明流体压力的改变对振动频率影响相对较大,而流体流速的改变对...     

基于数值模拟的水下发球管汇系统流动与冲蚀

水下发球系统具有作业成本低、无需长时间停井的优势,应用前景广泛。发球管汇系统管道结构复杂,管道内流场变化规律不清,出砂现象严重,在发球过程中会出现高流速,易发生冲蚀。基于某水下发球管汇系统,应用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)的方法进行流场计算及冲蚀分析。结果表明,管内流速分布不均,弯管与T形管区域存在偏流;气液两相分布较为均一,但在竖直管段存在积液。对比冲蚀模型的计算结果,发现Generic与DNV模型计算结果相对准确;颗粒冲蚀速率较大的位置主要分布在含液区域或气液界面处,且竖直管段的冲蚀速率比水平管段更大;当颗粒含量为10×10^-6 kg/m³时,颗粒直径为100μm时,最大冲蚀速率为0.21 mm/a;最大冲蚀速率随着砂颗粒含量的增大、含砂量的增大而增大;且随着砂粒直径的增大,冲蚀区域愈趋向集中。管内流速高,长时间运行时冲蚀现象严重,需加强关键冲蚀区域的防护措施,提高腐蚀裕量,以保障管汇系统的安全运行。     

复合材料船体板梁结构的流固耦合振动分析

对液面上的复合材料船板条梁结构，考虑横向剪切变形的影响以及流固耦合效应，导出结构振动时流体作用力的解析表达式；将板条梁的有效振型展开为Ｆｏｕｒｉｅｒ级数形式，用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ方法求解，讨论了不同材料时的铺层角度、铺层数目以及流场深度等因素对振动的影响。     

结构在水下运行过程中的自振特性及动力响应研究

水下运行的结构与反馈的流体形成相互作用的流固耦合问题，利用莫里森公式计算结构的附连水质量，得到考虑流固耦合影响以后的结构自振特性及动力响应结果。     

考虑流固耦合作用的气膜建筑力学性能分析

本文以气承式半圆柱形气膜结构为研究对象,通过数值计算分析的手段,研究了气膜结构在风场流固耦合作用下的影响。其中,选用基于雷诺平均法的RNG k-ε 两方程涡粘模型进行风场模拟,采用弱流固耦合分析方法模拟流固耦合风荷载效应。根据0°和30°两种风向角度,在风荷载对结构的静力工况和考虑流固耦合作用工况下,讨论研究对象处于12m/s、15m/s、18m/s不同外界风速及200Pa、230Pa、260Pa不同空气内压条件下的应力值和位移值,分析气膜结构的流固耦合效应的作用机制和影响系数。结果表明,考虑流固耦合时,气膜的位移和应力最大值要高于静力工况,得到结构流固耦合作用相比于静力工况对气膜位移、应力数值的放大系数;且流固耦合作用对气膜位移的影响系数均随内压和风速呈负相关性,而0°风向角时,应力影响系数随气膜内压与风速呈正相关性,30°风向角时,与之相反。     

振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合研究

旋流分离器工作时受到外部流体的影响会产生振动,从而影响内部流场分布规律。为研究振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合作用,建立振动条件下旋流分离器的双向流固耦合模型,对同种激振频率下不同激振力的流固耦合作用进行数值模拟。结果表明:螺旋流场随着结构一起运动,而结构的运动引起了流场结构的偏移;周期振动下的流场径向速度变大,并随激振力的增大而增加;周期性激振力影响了切向速度的对称性,并使轴向速度近轴区域速度变大;不同截面的结构运动轨迹呈"O"型,振动形态呈抛物线状。     

车桥耦合振动对新拌混凝土力学性能的影响研究

采用室内模拟振动对新浇筑混凝土性能的影响,分析行车荷载引起的车桥耦合振动作用对桥梁维修中新浇筑混凝土性能的影响,研究发现:在混凝土凝结初期,不同组合振动对混凝土7 d、14 d和28 d抗压强度都有所提升,而在凝结中期与凝结后期,振动组混凝土抗压强度明显低于静置组,但随着凝期的增长,强度损失有所降低;混凝土抗折强度与劈裂强度对微小裂纹与气孔敏感性较强,不同凝结时期,振动组在抗折强度与劈裂强度均较静置组低,尤其在凝结中期强度值减少明显,两种强度损失率均在8%~14%之间。同时,随着凝期增长,混凝土内部水泥继续进行,对振动产生的微小裂隙有一定"修补"作用,因此,后期抗折强度与劈裂强度损失有所弥补。     

砾石对砂砾岩力学特性影响的数值模拟

基于物理实验,对砂砾岩中砾石与基质的力学参数进行定量表征,结合数模实验,研究了砾石粒径和力学参数对砾岩整体力学特性的影响规律.结果 表明:砂砾岩内部介质力学非均质性极强,砾与砾之间的力学性质差异可超过砾与基质间的力学性质差异,强刚度差异导致砾石与基质的胶结处易形成强应力集中;随着粒径增大,砂砾岩的强度和变形参数呈对数增加,但非均质性增强,强度稳定所需的实验尺寸也增加;砂砾岩的力学参数与对应的砾石力学参数呈对数增长关系,但砾石强度对砂砾岩强度的影响存在一个阈值;砂砾岩力学参数评价需要结合砂砾岩多介质力学信息,在多源信息融合基础上,建立考虑砾石强度、粒径等砾石特征参数的岩石力学测井评价体系,这对推进中国砂砾岩油气资源高效开发具有重要的意义.     

SI-FLAT板形仪检测原理的流固耦合振动分析

为从力学本质上揭示SI-FLAT非接触式板形仪的检测原理,基于薄板流固耦合振动理论,建立了薄板振幅与残余应力关系的数学模型.在非协调F?ppl-von Kármán方程组的平衡方程中引入惯性项与流体压强项,利用气动载荷在时间上的周期性将流体速度函数、流体压强函数、薄板挠度函数和薄板应力势函数的时间变量分离出来,得到描述SI-FLAT板形仪稳定工作状态的偏微分方程组.进一步利用分离变量法求解该方程组,最终建立起薄板振幅与残余应力的数学关系.同时结合实测残余应力数据,利用Siemens提出的振幅-残余应力模型反算得到实际薄板振幅分布,并将其与流固耦合振动模型计算的振幅进行对比,验证了提出的数学模型的可靠性.进一步利用流固耦合振动模型分析了气泵进风口流体速度、检测距离和激振频率对振幅的影响,为SI-FLAT板形仪科学合理的利用提供了理论依据.     

外加横向激励对固-铰支承管道流固耦合振动的影响

首先, 由Hamilton 原理推导外侧施加横向激励的输液管道流固耦合弯曲振动微分方程, 针对固-铰支承管道提出一种新的振型函数, 利用Galerkin 法求得前五阶固有频率表达式, 并且通过对比验证了新振型函数的正确性. 其次, 在一阶截断情况下求得这类管道的挠度、弯矩和剪力表达式, 讨论了流速、液压和外激频率变化对固-铰支承管道中点挠度和最大弯矩的影响. 结果表明, 由新振型函数确定的前五阶固有频率不仅计算简便而且具有很高的精度, 同时验证了输液管道固有频率对液压和流速的依赖性, 也证实了对于流固耦合问题, 结构发生共振与外激频率接近结构固有频率有关同样适用.     

ANSYS流固耦合离心风扇的强度计算

离心风扇是电机上的重要旋转部件,必须具有足够的强度和刚度,才能保证电机持续有效的安全运转。传统的电机设计中,对离心风扇的设计主要考虑其风压和风量的计算,对风扇的强度和刚度一般仅限于理论计算,随着目前单机容量的不断增大,风扇的直径也随之增大,对其强度和刚度提出更高的要求,传统的计算方法已经不能满足其使用要求,有限元法应用于机械结构的强度和刚度设计,对于离心风扇如此重要的旋转部件,除了离心力对其强度和刚度的影响,风扇运行时,叶片承受较高风压,此均布载荷的作用,也会对风扇的强度和刚度产生重要影响,本文基于ANSYS流固耦合的基础上,先后对风扇进行结构、流场分析,采用顺序耦合的方式,对离心风扇进行强度和刚度分析,具体以某变速恒频1.5 MW风力发电发电机组,双馈风力发电机离心风扇为例,对其进行流固耦合设计,并将计算结果作了详细比较。结果表明,流场对离心风扇的强度和刚度有较大影响,该结果将对电机离心风扇强度和刚度设计提供理论依据。     

门机流固耦合与数值风洞的数值仿真模拟

港口向离岸深水化、设备密集化的发展对港口装卸设备的防风能力提出了更高要求,文中以港口门座起重机为对象,对突发强阵风下门座起重机的风场特性、整机风载进行了研究。运用计算流体动力学理论和流固耦合分析方法,分析了强阵风作用下码头前沿流体场的压力和流速分布特征。运用ADINA的流固耦合分析功能,对起重机进行了数值风洞模拟与分析,并对不同工况下起重机各个坐标方向上的风载荷合力以及合力矩进行了量化计算,根据结果对门座起重机的防风方式进行了分析,从而为目前港口起重机的防风安全提供管理策略和理论依据。     

飞机液压管道流固耦合振动特性及动响应分析

通过对输流管道的动力特性进行研究,利用有限元法对管道及流体单元建立运动方程;采用Hermite插值函数,利用里茨-伽辽金法将求解微分方程问题得到输流管道的动特性方程。在有限元方程的基础上,对某飞机上的一段液压管道进行有限元仿真分析,得到管道结构各阶固有频率、特征点处位移、压力变化规律,分析了流固耦合作用对管道系统的影响。另外,讨论了不同阻尼比对管道结构动态响应的影响,为飞机液压管道的设计及优化提供了依据和参考。     

基于不规则颗粒的砾岩力学性能数值模拟研究

砾岩非均质性强,力学性质复杂。本文基于离散元方法,使用三维激光扫描技术获取了真实砾石的颗粒形态,建立了含不同粒径颗粒的砾岩三维数值模型。基于此数值模型开展单轴抗压模拟实验,将实验结果与均质数值岩心对比,分析了砾岩破坏形式和规律,讨论了颗粒粒径大小和颗粒形态对砾岩力学性质的影响。结果表明:在加载过程中,由于砾石颗粒的阻碍,裂缝需绕过砾石颗粒逐步贯通,从而导致岩样的位移和破坏形式较为复杂,没有形成与均质岩心类似的剪切带。在加载初期裂纹数目少、增加缓慢,在应力峰值附近裂纹数量迅速增加,岩样瞬间破坏,表现出较为明显的“鼓涨”效应。砾石颗粒粒径对砾岩的破坏机理和形式影响不明显,但随着粒径的增加,砾岩单轴抗压强度和弹性模量降低。相对于圆形颗粒,基于真实砾石颗粒形态的数值模型,能够模拟砾石间的摩擦力,拥有更高的强度,能更好的反应砾岩力学性质。