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.     

基于热-流-固耦合方法的涡轮叶片数值计算

将流体动力学方法与有限元方法相结合,在定常流场分析的基础上,采用单向和双向热、流、固耦合的计算方法获得了转子叶片在设计工况下的应力和变形情况,并比较了两种方法的计算结果.单向耦合计算中分析了离心、气动、热载荷对叶片应力、变形的影响,并按照斯贝发动机EGD-3应力标准对叶片强度进行了校核.计算结果表明：两种计算方法在涡轮叶片强度分析中是可行的,双向耦合能更准确地反映转子叶片的真实工况.     

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.     

基于流固耦合的叶片颤振分析

研究航空发动机性能问题,叶片颤振过程属于流固耦合问题,为了对叶片颤振进行预测和分析,保证发动机稳定,在提出对流固耦合原理和求解过程进行分析的基础上,采用 ANSYS 进行结构计算,CFX 进行流场计算,并利用两者间的数据交互平台传递流场压力载荷和结构位移数据,实现了流固耦合数值仿真计算.在不同来流速度及攻角下进行叶片和流场的耦合计算,根据得到的叶片振动位移响应判断叶片是否会发生颤振.计算结果表明,颤振频率与叶片低阶固有频率一致,证明来流速度和攻角是影响叶片气动弹性稳定性的重要因素,并可做为叶片颤振的预测依据.     

旋转发动机燃烧室头部气-固两相流场结构分析

在固体火箭发动机性能的研究中,采用N-S方程、Reynolds湍流模型和颗粒随机轨道模型建立了旋转固体火箭发动机头部区域气-固两相流数学模型,针对安全性,使用FLUENT软件对不同转速发动机头部区域流场进行了数值仿真,分析和比较了有无旋转两种状态下燃烧室头部区域流场结构,研究了转速对燃烧室头部流场结构及热环境的影响.结果表明:发动机的旋转使燃烧室内部流动与传热发生显著变化,导致燃烧室头部压强升高,热防护环境恶化,而且,变化随着转速的增加而迅速加剧,影响发动机内弹道性能和头部热防护性能,为发动机设计提供安全保障的依据.     

基于Workbench的超低温旋启式止回阀的流场和结构仿真分析

为在保证效率的前提下有效提高旋启式止回阀的安全性,使用Workbench对通入液化天然气(liquefied natural gas, LNG)的旋启式止回阀进行流场和结构仿真,计算不同流体入口速度下阀体的流场特性和阀盘的受力情况,从而得到阀盘稳定开启最大角度时的最小流体速度。对工作中的止回阀进行热-流-固耦合仿真分析,探究止回阀在工作时的结构强度,对止回阀承受的各种应力进行分析,并据此给出合理使用建议。     

土壤—植被混合地表红外辐射温度场的耦合建模方法*

目前混合地表温度场的数学模型忽略了地表内部各组分间的热通量交互,致使温度场模拟结果不够准确、真实.针对已有独立求解模型的不足,结合土壤-植被混合地表的材质组成及空间分布特点,建立温度场的耦合求解模型,通过在热平衡方程中引入组分间热通量的交互项,对土壤-植被-大气耦合的能量平衡过程进行描述.实验结果表明,利用耦合模型求解的混合地表的温度场分布和热图像特征与自然地表红外辐射特性的真实分布规律具有更好的一致性,从而验证了温度场耦合建模方法的有效性.     

旋转固体发动机燃烧室-喷管两相流数值仿真

针对旋转引起的固体发动机内弹道性能和热防护性能变化影响发动机推力性能,从旋转对发动机内部燃气流动影响出发,用Reynolds时均N-S方程、Reynolds应力方程湍流模型(RSM)和颗粒随机轨道模型,在FLUENT软件上对不同旋转转速的固体发动机燃烧室-喷管内气-固两相流动进行了一体化数值仿真,比较了有无旋转两种状态下的流场结构,研究了转速对流场结构和发动机热结构的影响,并进一步研究了发动机的工作特性.仿真结果表明,发动机旋转使燃烧室内部流场结构发生显著变化,流场结构呈组合涡形式,粒子严重偏离发动机对称轴,导致燃烧室压强升高,推进剂燃速增大,发动机工作时间变短,热防护环境恶化,工作性能降低.这些变化随转速的增加呈现加剧趋势.研究结果为发动机设计提供了一定的技术支持.     

拉瓦尔喷管流固耦合换热数值模拟

针对颗粒的存在引起喷管内流场变化,进而对喷管热防护性能产生影响的问题,基于计算流体动力学(CFD)方法,建立了欧拉-欧拉两相流数值模型,利用软件Fluent对喷管两相流场进行了模拟,并以两相流流场计算结果为热边界条件,对喷管热防护层进行了瞬态换热数值计算,比较了有无颗粒两种状态下的流场分布情况,并获得了喷管整体结构温度场的分布规律.仿真结果表明,在发动机工作过程中,颗粒的存在使喷管内流场结构发生变化,导致燃气流速降低,温度升高,且喷管内壁逐渐向外壁传递热量,进一步影响喷管热防护性能,研究结果可为发动机喷管部件热防护设计提供参考.     

基于ANSYS/CFX耦合的机翼颤振分析

在飞行器飞行气动特性的研究中,为避免传统方法进行颤振点预测时的"准模态"假设,能够更加准确地仿真机翼在流场中的真实运动情况,根据CFD/CSD一体化设计思想,采用了ANSYS/CFX紧耦合算法,对国际标准气动弹性模型AGARD 445.6机翼作了颤振分析,验证性地研究了亚音速和跨音速颤振机理,将仿真计算结果和实验数据进行了比较.表明耦合计算所得的颤振速度和颤振频率和实验值吻合,在亚音速阶段,机翼颤振主要是机翼的弯曲扭转耦合运动引起,而跨音速阶段则主要是机翼的弯曲运动的不稳定性引起,与理论定性分析得到的结果一致,证明ANSYS/CFX全耦合的应用为求解非线性流固耦合问题提供了有效的方法.     

排气歧管流固耦合仿真与试验

针对发动机排气歧管的断裂问题,对某发动机排气歧管的热负荷进行流固耦合分析,并在台架试验中测量其温度场和应变.考虑热辐射和材料的非线性,建立排气歧管的内流场CFD模型、传热模型和有限元模型,分析得到排气歧管的温度场、应力场和塑性应变云图等.仿真结果与试验结果吻合较好.仿真结果表明排气歧管汇合处的温度最高,塑性应变最大位置与试验测得的断裂危险区域吻合.     

排气歧管热机耦合强度和密封压力模拟分析

应用Abaqus对某发动机排气系统进行温度场计算,并在冷热循环工况下计算排气歧管的热应力、塑性变形以及密封压力.结果可以为排气歧管结构设计提供参考.     

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.     

多物理场耦合软件GTEA开发及应用

围绕多物理场耦合问题,基于连续介质假设,采用非结构化网格和有限体积方法开发多物理场耦合并行计算软件GTEA。该软件包括计算流体力学、结构应力波传播、流 声耦合和声 固耦合等4个功能模块。介绍GTEA前处理网格读取、网格格式转换、求解器开发等关键技术。通过柴油机缸内工作过程模拟、船舶水动力计算、自然对流与辐射传热耦合作用、流场动力噪声计算和结构 声耦合计算等5个典型应用展示该软件的应用能力和适用范围。     

基于Abaqus的某柴油机排气歧管热固耦合分析

排气歧管在工作状态下会承受很高的环境温度,而在较高的环境温度下金属材料的力学性能和热学性能通常会发生较大变化.通过添加实测的各种部件材料随温度变化的性能参数,介绍某柴油机排气歧管热固耦合分析过程,展现使用AVL系列软件与Abaqus软件进行的排气歧管热固耦合分析流程.     

基于Abaqus的催化器总成热循环应力分析

基于Abaqus的稳态热分析和热力耦合分析功能,在给定热边界条件下计算某催化器总成稳态热分布;利用Abaqus的顺序耦合功能计算催化器总成在循环温度下的热应力,得到关键部件处的热应力和塑性应变.根据结果初步评价该催化器总成在热循环冲击载荷下的强度特性,为热冲击试验和结构优化提供参考.     

发动机排气歧管热应力分析

应用Fire软件建立排气歧管CFD计算分析模型,模拟计算发动机在不同工况下的温度和换热系数(Heat Transfer Coefficient,HTC).用Abaqus建立热机疲劳分析模型,利用CFD结果中的温度和换热系数作为热机械疲劳分析的边界条件,计算各工况点下排气歧管的温度场和塑性变形等结果,并对结果进行评估,提出相应的改善意见,为后续发动机零部件结构强度开发提供参考,从而大大减少试验开发的工作量和费用,加快开发进度.     

反应堆堆芯围筒结构热流固耦合热变形分析

针对反应堆堆芯围筒热流固耦合问题,采用三维有限元法研究堆芯围筒的热变形.考察ANSYS的三维实体热单元SOLID 70,三维实体单元SOLID 45,三维表面热效应单元SURF 152和三维热-流耦合管单元FLUID 116等单元类型的特点和实用性.建立堆芯围筒、吊篮和冷却剂的温度分析有限元模型：堆芯围筒和吊篮采用SOLID 70,结构表面与冷却剂的对流传热表面采用SURF152,堆芯围筒与吊篮之间冷却剂采用FLUID 116.采用SOLID 45建立堆芯围筒有限元模型,根据得到的堆芯围筒、吊篮和冷却剂的温度场结果分析堆芯围筒热变形.结果表明,在考虑堆芯围筒及吊篮固体和流体的交叉耦合的基础上,采用三维有限元法能比较客观地模拟反应堆堆芯处的复杂运行环境.     

热固耦合作用下9F级燃气轮机碰摩转子的振动分析

针对燃气轮机转子碰摩故障的振动特性,建立了包含温度因素的9F级燃气轮机碰摩转子的动力学方程.建立9F级燃气轮机转子的结构模型,对燃气轮机转子进行瞬态热应力分析,同时考虑到碰摩力的影响.研究了9F燃气轮机转子从正常运行到停机72小时不同时刻的温度场及热应力.分析结果表明：采用有限元分析方法对9F级燃气轮机碰摩转子的振动特性研究是可行的,同时考虑到转子热固耦合作用的影响,对于更准确地研究转子的碰摩故障的振动特性具有重要意义.     

基于INTESIM-GISCI的流固耦合 仿真软件技术及应用

为突破传统商业软件流固耦合分析仅局限于内部预先集成的流体和结构求解器的约束,使流固耦合分析更具开放性和可拓展性,以耦合驱动程序INTESIM GISCI为框架体系,在开源流体求解器SU2的源代码上加入时间同步点和相关函数功能形成INTESIM-SU2,使INTESIM-SU2可以与原有的结构求解器INTESIM-Structure通过耦合界面传递数据的方式进行耦合分析,从而实现基于耦合驱动程序INTESIM-GISCI的流固耦合仿真软件开发。将多个流固耦合分析案例与其他商业软件进行对比,证明基于INTESIM-GISCI的流固耦合仿真软件可广泛应用于实际工程问题的仿真分析。