基于双向流固耦合的锥阀阀芯位移可靠性分析

传统的阀芯位移稳定性是在系统参数确定的前提下进行的,然而,在实际生产的使用过程中,各种系统参数具有不确定性.针对此问题,建立了一个锥阀工作动态过程的有限元分析模型,采用双向流固耦合和重叠网格方法分析求解压力入口下锥阀的动态响应过程.考虑参数随机性的影响,以阀芯稳定后位移是否超过许用位移量为衡量标准建立阀芯位移波动的极限状态方程,通过Monte-Carlo仿真和Kriging方法,对阀芯稳定后位移的波动情况进行了可靠性分析.研究发现,阀芯稳定位移波动范围小于理论值的19%,阀芯稳定位移的可靠度随着入口压力的增大而降低.     

基于双向流固耦合的多跨过桥水管模态分析

选取多跨过桥水管为研究算例,采用基于双向流固耦合的模态分析方法,对过桥水管的模态进行分析,并与直接耦合法、单向流固耦合法进行对比,在此基础上考虑流速对模态的影响.研究结果表明:基于双向流固耦合问题的模态分析方法可以得到更为合理的结果,当流速变化范围不大时,水管内水流速度对过桥管道的自振频率影响很小.     

基于ANSYS Workbench的双向流固耦合振动仿真方法

介绍一种易于应用到工程实际中的ANSYS Workbench仿真方法。以CFM56-5B发动机扇级叶片的振动特性分析为例,通过Mechanical模块和CFX模块的耦合计算,详细阐述了ANSYS双向流固耦合振动仿真的方法以及在仿真过程中需要注意的事项,为分析复杂的非对称翼型截面的预扭叶片及其接近工程实际的流体场动力学振动问题提供理论参考。     

基于双向流固耦合模型的溃坝水流数值模拟

弹性结构在运动流体的作用下会产生动力响应,对结构本身的安全性和耐久性都提出了更高的要求。使用开源计算流体力学软件OpenFOAM和开源计算固体力学软件CalculiX建立双向流固耦合模型,对溃坝水流冲击刚性结构和弹性结构的过程进行了数值模拟。首先对比了代数流体体积法和几何流体体积法在分析溃坝水流冲击刚性结构时的精度,结果表明几何流体体积法能够更为准确地模拟剧烈变化的自由液面。进一步采用几何流体体积法对溃坝水流冲击弹性结构的双向耦合问题进行了分析,弹性结构的动力响应和自由液面的分析结果与前人的数值结果吻合良好,表明目前的数值模型可以应用到实际工程的流固耦合分析中。     

基于双向流固耦合的柔性表面覆盖层减阻性能

采用双向流固耦合的方法对一块具有柔性表面覆盖层的复合材料平板及其表面的湍流进行了数值模拟.其中,湍流采用RNGk-ε模型进行模拟.根据计算结果,从宏观总体上分析了柔性材料的柔性及厚度对减阻效果的影响,从微观局部上探讨了柔性表面覆盖层的局部减阻规律.结果表明:柔性表面覆盖层有一定的减阻效果,而且在数值模拟的范围内减阻效果随着材料柔性的增大而增大,随着柔性表面覆盖层厚度的增加而增加;考虑双向流固耦合的情况下平板受到负的压阻力,这表明压阻力对减阻效果也有所贡献;另外,柔性复合材料平板中起到减阻作用的主要是中部位移较大段,且局部摩擦阻力减额分布与位移分布之间存在相似的规律.     

分块瓦导轴承双向流固耦合动力特性数值模拟

基于双向流固耦合分析方法,对某混流式水轮发电机上导轴承进行动力学特性分析。讨论轴瓦数、轴承间隙和主轴偏心距离对轴瓦和主轴应力和形变量的影响。研究发现：适当地增加导轴承瓦块个数,可以使单个瓦片所受到的峰值应力降低,形变量减小,当轴瓦从4块增加到8块时,应力峰值可以降低31%,位移峰值降低33.5%;轴瓦应力对主轴与轴瓦之间的轴承油膜间隙厚度变化不敏感;主轴偏心距离增大,会使轴瓦的应力位移显著增加,增长趋势呈线性增长。主轴发生偏心时,轴瓦中心部位主要承载主轴偏心时的径向力。     

基于流固耦合的高温泵叶轮应力有限元分析

根据高温泵零件二维图,应用Pro/E软件对高温泵内叶轮结构模型及整机水体模型进行实体建模,采用CFX软件对高温泵内部流场进行数值模拟,分析了泵内部的压力随不同工况的变化情况,基于流固耦合利用Ansys软件对叶轮施加静力载荷,进行应力应变分析,揭示了整个叶轮的变形情况及应力分布.结果表明:首级结构的对称性使其变形较为均匀,应力应变分布较为规律;水泵叶片根部两侧存在明显的集中应力,并且应力逐渐向叶片外侧扩散,叶片外缘所受到的应力值很小,应力集中点为次级叶片与轮毂相交处靠近进口的位置;在不同工况下叶轮最大静应力随着高温泵轴功率的增大而降低,且线性关系较差.     

基于双向流固耦合的血管机器人外流场数值模拟

采用双向流固耦合的方法,对血管机器人的外流场进行数值模拟,为血管机器人外结构与运行参数设计提供参考.计算结果显示,伴随着血流脉动,血管的变形呈现周期性喇叭形扩大—向前传递—恢复原状,变形较大的区域主要集中在血管机器人迎流面,同时机身旋转的作用快速将血液输送至背流面,使背流面的变形比机身变形略大;进而给出了壁面剪切应力与血管变形间的关系式,揭示壁面剪切应力随血管变形而变化的规律.最后,分析了血管弹性对血管机器人推动性能的影响,结果表明,血管弹性对血管机器人推动性能影响不大.     

基于流固耦合的风力发电机结构特性分析

风力机结构尺寸的增大会导致气动载荷效应的作用更加明显,因此,采用流固耦合分析技术来研究气动载荷效应对风力发电机结构的影响。采用ANSYS Workbench软件搭建了流固耦合分析系统,经过流固耦合分析得到了不同风速下风力机周围气流分布规律、风力机表面压力分布规律、风力机变形和应力分布规律、风速与风力机叶片应力和变形之间的波动规律;仿真分析了考虑流固耦合与不考虑流固耦合两种情况下风力机的模态振型,为风力发电机的结构设计提供一定的理论参考。     

运动罐体内液体晃动的双向流固耦合数值分析

针对部分充液运动罐体内液体晃动对罐车运输安全的问题,以带有单个防波板的运动罐体模型为基础,采用双向流固耦合方法,对运动罐车在刹车过程中罐体内液体的晃动现象进行了数值分析,研究了不同材料防波板在载液罐体内的受力情况,以及在刹车制动过程中罐体内气液两相分布状态,从而获得了采用单向耦合方法不能获得的罐体结构应力随时间的变化历程.研究结果表明:罐体端面受力随着充液比的增加而增大,当充液比为0.8时,罐体的总体受力最大;对于不同材料的防波板,当防波板变形较小时,其对罐体端面和罐体整体受力的影响相对较小,防波板的最大剪切应力随着材料剪切模量的增大而非线性减小.     

基于流固耦合的减振器复原阀外特性分析

为了研究液压减振器弹性复原阀对阻尼力的影响,使用ADINA有限元软件,并结合流固耦合相关理论,构建了固体有限元模型及减振油流体有限元模型。通过相关软件后处理进行计算与求解,获得了该减振器的示功特性和速度特性。在此基础上,对该型号液压减振器进行试验验证,并将前后结果进行对比,结果表明所建立的有限元网格模型准确有效。     

高速船垂向振动计算的流固耦合分析

寻求一种既能提高高阶计算精度,又计算简便能满足工程要求的实用计算模型,以提高振动预报的精度,这对于高速船的设计计算是迫切需要的,建立了二维模型杆-膜和梁-膜模型,船体结构部分采用二维有限元法计算,流体部分采用考虑线性自由表面条件和采用高频极限近似两种二维边界元法计算,应用改进的行列式搜索法以及交叉迭代法求解特征值及对应的特征向量,解决流固耦合问题.通过采用不同的附加质量计算方法以及不同的模型(杆-膜或梁-膜模型)分别进行计算,并对结果进行了比较分析.实船计算表明,编制的程序计算结果可靠,具有较强的工程实用价值.     

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。     

采用双向流固耦合的胀圈密封功率损失预测模型

针对现存胀圈密封功率损失模型不能准测预测出实际运行时密封环的功率损失的问题,提出了新的胀圈密封功率损失预测模型。基于ANSYS Workbench平台建立了包括转轴、配油套及胀圈密封环在内的双向流固耦合数值计算模型,设计并搭建了胀圈密封性能试验系统,验证了数值模拟的准确性。通过多元线性回归方法构建了包含油液动力黏度、密封压差、转轴转速以及胀圈密封结构主要尺寸参数的功率损失预测模型,比现存模型包含更多影响因素。分析结果表明：模型预测值与试验值的相对误差在9%以内,满足工业应用要求;功率损失对各影响因素的敏感度由强到弱依次为：密封压差、温度、转速,且密封压差对胀圈密封功率损失影响高度显著。     

基于ABAQUS的结构入水砰击流固耦合特性分析

基于耦合欧拉-拉格朗日方法,应用ABAQUS软件建立球体垂直入水模型,通过对两种材料球体入水过程数值仿真结果与实验数据进行对比,验证了应用此方法解决流固耦合问题的有效性,根据已有模型依次改变迭代时间步长和泊松比,得出了数值处理参数的改变对空泡形态、球体速度等数据的影响.研究表明,时间步的改变比泊松比对数值结果的影响更为明显.改变入水材料的泊松比可以在一定程度上改变球体入水后的运动特性,但对于空泡发展过程的影响微乎其微.     

基于流固耦合的过桥水管动力特性研究

基于流固耦合理论,采用实验和数值模拟相结合的方法对过桥水管的动力特性进行研究.结果表明:双向流固耦合数值模拟得到的过桥水管的固有频率与实验结果较为相近,在流速变化范围不大的情况下,水体的流速对管道的固有频率影响很小,而且随着流速的增大,管道的固有频率减小;由于管道为弯管,随着速度的增加,水体对管道的压力和拉直作用相应增加,管道的变形和应力也随之增大.     

基于流固耦合的航空导叶作动筒振动特性分析

针对航空发动机高压压气机导叶作动筒在剧烈振动工作环境中的易损问题,确定导叶作动筒在振动过程中的固有频率与相关振型,获取关键结构件在标准功率谱下的动态响应,通过有限元法建立了考虑流固耦合的非线性模态分析仿真模型。通过单一变量法利用仿真模型研究接触刚度、活塞位于不同行程位置对相关固有频率与振型的影响机制,发现关键接触位置的接触刚度因子取0.8能保证仿真准确度并满足接触刚度,工作过程中活塞在行程上的位置发生变化,对第二、三阶的固有频率影响较大。完成共振检查试验,实测固有频率与仿真结果对应良好,验证了有限元分析模型的准确性。基于模态结果,根据航空标准建立随机振动仿真模型,得到关键结构件在3σ下的应力及变形响应,为导叶作动筒结构优化设计提供依据。     

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。     

基于流固耦合的水下发球管汇力学及振动特性分析

水下发球系统具有可利用生产流体发球、不停井发球的优势,在现阶段与未来海洋油气开发具有广阔的应用前景。水下发球管汇结构复杂,存在多处弯管、变径三通,生产流体压力高,而发球流程工艺引起的管汇结构变形与振动情况尚不清晰。本文采用数值模拟的方法,计算了某水下发球管汇在发球工况中,流固耦合条件下管汇结构的位移、应力分布及振动情况。发现阀门的开关瞬间是压力变化幅度最大的特征时刻,也是引起管道位移、振动情况最严重的特征时刻; 明确了管道结构风险位点为管汇结构末端,最大位移约为5.69 mm,主要由X方向贡献,最大等效应力为233.13 MPa,主要集中分布在T型管、弯管内侧处;提出了针对性的优化支撑方案,管汇结构最大位移降低至3.53 mm,低阶模态频率增幅约为1.74%~20.54%,说明管汇结构的安全性得到了提高。所得结论可为水下发球管汇的设计、运行提供理论依据。