蜗壳式混流泵叶轮部件湿模态流固耦合分析

为了得到蜗壳式混流泵在水介质中的模态分布,以某型号混流泵为研究对象,通过ANSYS对其进行流固耦合分析,得到流体对叶轮的流固耦合作用力,并运用ANSYS WORKBENCH有限元软件和APDL命令流耦合的方法,分析叶轮部件的干模态和湿模态特性;针对叶轮部件是否施加预应力,研究预应力对叶轮部件的固有频率和振型的影响;并考虑叶轮部件材料属性,分析得出金属材料的杨氏模量对叶轮各阶固有频率的影响特征;在分析干湿模态时,分别加厚叶轮前后盖板厚度,计算结果表明:加厚后盖板厚度对提高各阶固有频率最明显。本文为研究混流泵的振动特性、优化结构设计提供了一定依据,为进一步的动力学分析提供了一定参考。     

涡轮增压器叶轮流固耦合模态分析

为了研究流固耦合场对涡轮增压器叶轮模态参数的影响,采用基于湍流模型理论建立了涡轮增压器压气机的流场模型.并进行了流场网格划分和边界条件的加载.通过计算获得了流场内部的流速、压力分布,把流场压力分布加载到叶轮固体表面上,并计算考虑流固耦合场的叶轮模态.计算结果表明,流固耦合场主要影响叶轮结构的模态固有频率,对模态振型的影响较小.     

基于流固耦合的喷砂机摇臂系统模态分析

为了研究气动喷砂过程中砂气混合流体对喷砂机摇臂系统振动特性的影响,运用ANSYS Workbench对摇臂系统工作时的三种位姿进行了静模态分析和流固耦合作用力下的模态分析。分析结果表明:摇臂系统在三种位姿下静模态固有频率相差不大,固有振型相似。在考虑流固耦合作用力后,其中一种位姿固有频率最大增幅为13.71%,最大减幅为-1.46%;而另外两种位姿的固有频率都有不同程度的增加,但增幅较小,最大增幅为1.68%;系统各位姿的固有振型与未考虑流固耦合时相比基本不变。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

流固耦合对油气井管柱振动特性的影响分析

以油气井管柱为例,分析了流固耦合作用对管柱振动特性的影响。首先建立了有无流固耦合管柱振动方程,阐述了考虑流固耦合对管柱振动特性分析的重要性。再应用ANSYS Workbench软件建立有无流固耦合管柱三维有限元模型,运用Modal分析模块分析了空管柱、气固耦合管柱、液固耦合管柱三种情况下管柱的固有频率与振型等振动特性。与无流固耦合管柱振动特性对比表明:考虑流固耦合作用时管柱固有频率小于无流固耦合时空管柱的固有频率;与气固耦合相比较,液固耦合时管柱固有频率降低量更大,高达13%;管柱固有频率基本随阶数呈平方关系增长;管柱各阶固有频率均随管柱长度的增加而非线性下降;流固耦合作用对管柱的振型几乎没有影响。流固耦合作用影响管柱的固有频率,尤其是内部流体密度很大时,这种影响更不能忽略。考虑流固耦合作用下管柱振动特性的分析为管柱动力学分析提供了依据,也可为避免结构的共振提供参考。     

基于LMS Virtual.Lab的多级离心泵数值模态分析

选取一典型的多级离心泵,采用LMS Virtual.Lab软件进行数值模态分析,基于分块Lanczos法提取多级离心泵叶轮和壳体的固有频率及振型。结果表明:叶轮结构可以有效地避免共振现象。但是壳体的1阶固有频率与激励频率相近,且其第4阶固有频率及第7阶固有频率分别与二次及三次谐波频率相近,这可能会导致共振现象的发生。该多级离心泵壳体的主要振动方式是弯曲变形,进出口处以及出口端盖处变形较大,所以在设计时应该考虑增强这几个部分的刚度以优化其振动特性。     

消防炮自适应炮头射流系统自由振动分析

消防炮自适应炮头可根据流体压力和流量变化自动调整炮口开度，从而提高消防炮的射流性能，快速高效地扑灭大型火灾。但炮头末端的自适应机构使射流系统具有流固耦合特性，在高速高压作用下，射流系统可能会发生振动乃至共振，进而影响灭火效率。考虑射流系统中流体域和固体域间的流固耦合效应以及炮头内连续体芯杆和端盖与其他离散结构间的连续离散耦合效应，通过集中质量法确定了芯杆和端盖结构的刚度矩阵，采用集中参数法建立了消防炮自适应炮头射流系统的动力学模型及方程。对射流系统进行了自由振动分析，确定了系统各阶固有频率及模态振型，分析了流体初始体积含气量和流体压力对系统固有频率的影响规律。由样机模态试验可知，理论与试验确定的一阶固有频率偏差仅为0.51%，验证了消防炮自适应炮头射流系统动力学模型的准确性。本项研究可为消防炮自适应炮头射流系统的动力学优化提供理论依据。     

基于离心泵全流场的流固耦合分析

运用ANSYS workbench软件,选取IS100-65-200型单级单吸离心泵作为研究对象,对离心泵包括叶轮、螺母和轴等转子系统进行单向流固耦合分析。在流固耦合计算中,施加到固体结构的流场载荷不仅有叶轮和蜗壳内部流场,同时还考虑了叶轮前后腔的流场载荷;对转子系统力学分析仅对轴承与轴接触处采用轴向和径向约束较符合实际的约束条件。此外,为了解泵转子系统的固有频率和临界转速等问题,本文还对转子系统进行了模态分析,得到了其固有频率和振型,并将计算得到的临界转速与常规的临界转速计算结果进行了对比分析。     

基于流固耦合的余热排出泵转子模态分析

核电用余热排出泵的可靠性至关重要。通过ANSYS的FSI功能对余热排出泵进行流固耦合分析,得到流体对固体的流固耦合作用力;应用ANSYS中的模态分析功能对余热排出泵转子无预应力下的模态以及流固耦合作用力和旋转离心力作用下的模态进行了对比分析。结果表明:流固耦合载荷力对转子固有频率的影响大于旋转离心力;在同时考虑流固耦合力和旋转离心力条件下,余热排出泵转子固有频率介于只考虑旋转离心力和只考虑流固耦合力的固有频率之间,且除第3阶外均小于无预应力下的固有频率。其中,第2阶模态的固有频率与无预应力相比更接近于激振频率。在预应力作用下,振幅有所上升。     

基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮结构的振动特性,首先建立螺旋离心泵内部流场三维模型,对设计工况下的螺旋离心泵内流场进行了定常数值模拟,得到了叶片表面的压力载荷分布;建立叶轮有限元模型,以螺旋离心泵全流道三维定常数值模拟计算结果为基础,利用顺序耦合技术进行了有预应力的叶轮静应力分析和模态分析,结果表明:叶轮的最大应力出现在叶片进口的轮毂处,叶轮强度满足设计要求;叶轮最大的形变区域出现在叶片进口的轮缘处;叶轮的变形域随着频率的增加而增大;叶轮的各阶固有频率远大于泵的运行频率,因此在运行过程中不易发生共振现象。     

基于流固耦合有限元的LNG泵用轴承模态影响研究

对某型LNG泵用轴承进行模态分析，深入研究流固耦合预应力对LNG泵用轴承模态的影响。首先用ANSYS对轴承进行流固耦合仿真分析，构建流固耦合模型并进行流场计算，得到LNG对轴承施加的流固耦合预应力。在此基础上，研究轴承在无预应力作用和受流固耦合预应力作用的振型与模态变化机制，对比分析两种情况下轴承振型及模态的显著差异，进而研究流固耦合预应力对轴承共振的影响。研究表明：流固耦合预应力的存在会导致LNG泵用轴承的形变量增大，模态频率下降，且更接近轴承自身的激振频率。     

离心式液氢泵的动力特性与传热特性分析

对输运液氢的离心式液氢泵进行低温结构设计与动力单元分析,叶轮是速度能转变为压力能获得高压流体的重要部件,对离心泵的稳定输出特性有较大的影响。其中,转子(包括转轴和叶轮)是连动部件,也属于低温泵结构性传热部件。对应用于储运系统的某小流量高压头的离心式液氢泵的叶轮和转轴部件,进行功能分区,利用CFD内嵌模块对其进行数值计算。根据运行系统中输送载荷,对低温条件下的转子部件进行热-结构耦合瞬态应力应变分析,获得其动力特性;采用流固耦合方法,对叶轮区的流体域进行数值计算,分析不同流体载荷下叶轮表面应力分布;对低温离心泵轴-叶轮的传热区进行设计,分析低温-室温隔热效果,为离心式液氢泵的设计研发、结构优化和性能改进提供理论依据和参考。     

高压除鳞泵叶轮破裂原因探究

叶轮是影响高压除鳞泵水力性能及运行可靠性的核心部件,为了探究叶轮在恶劣工况下运行时破裂原因,对叶轮材料进行了光谱分析及材料力学性能试验,并通过流固耦合方式对叶轮在旋转离心力、过盈配合残余应力及流道流体压力等多种耦合载荷作用下的结构强度分析和模态分析。结果表明,叶轮材料成分及力学性能无明显异常,不是导致叶轮破裂的主要原因;叶轮在小流量工况下及进行工况切换时承受较大的交变应力,叶轮安全系数相对偏小;对叶轮进行预应力模态分析,其一阶固有频率为462 Hz,而叶轮在运转过程中压力脉动频率为425 Hz,小于工程所需的频率余量,叶轮在叶片出口位置产生局部共振导致疲劳破裂。该结果有利于改善叶轮结构合理性,为优化设计提供理论依据。     

燃烧室结构-声耦合特性研究

声振耦合影响燃烧室燃烧稳定性,加剧火焰筒薄壁结构疲劳破坏,声振耦合特性研究对燃烧室燃烧稳定性设计与结构抗疲劳设计非常必要。利用有限元软件建立燃烧室结构-声三维模型,进行燃烧室封闭结构声振耦合特性研究,计算出结构的固有频率和模态振型。通过试验,测量燃烧室声振传递函数,得到燃烧室结构声振耦合固有频率和模态振型。研究表明,声场相当于给结构增加了附加质量,降低了结构固有频率,并产生了特殊的耦合频率。试验验证了有限元计算结果的正确性,从而为燃烧室薄壁结构设计提供了参考。     

考虑预应力时风扇叶片模态特征分析

简要论述了模态分析的基本理论,建立了风扇叶片的有限元模型,通过对该模型进行模态分析,得到了叶片的固有频率和相应的模态振型,并分析了各阶振型下叶片的振动情况。考虑叶片旋转工作状态下离心力会产生预应力的影响,通过加载旋转力矩,求解了预应力下叶片的固有频率。利用不同转速下叶轮旋转对叶片激振频率的计算,同该状态下有限元计算所得的固有频率比较,分析了叶片的共振特性。     

沉没辊湿模态分析与试验研究

准确分析热镀锌线沉没辊的湿模态固有频率对该类部件的设计和振动控制具有重要意义。对沉没辊进行了自由模态、约束模态以及流固耦合下湿模态的计算与试验,较高的一致性表明耦合模型合理。进一步对比试验和仿真结果表明,当沉没辊浸没水中,整体模态频率降低,且不同阶数的固有频率的降幅相差较大;前7阶中3阶模态与轴端约束无关。在此基础上,采用有限元方法分析沉没辊的壁厚、辊身长和外径对固有频率的影响,结果表明:随着的壁厚的增加,固有频率值成线性增长;随着辊身长度和外径的增加,固有频率值均会降低,但不同的振型降幅会不同。     

带有任意边缘裂纹的自由圆板流固耦合动力特性

提出一种基于Rayleigh-Ritz法,分析带有任意深度、任意角度边缘裂纹的自由圆板流固耦合动力特性的方法,其中,圆板被置于无限大障板中并与单面无限大水域相临。采用同时包含对称和反对称模态振型函数的位移基函数表达带有任意边缘裂纹圆板自由振动的位移;在水体无旋、无粘、不可压假设的基础上,根据Green函数法获得水体的附加质量密度,并基于Ritz过程获得裂纹圆板湿模态对应的固有频率和振型。在与ANSYS数值仿真结果进行对比并验证方法的有效性和精度后,分析水体对带有不同深度和不同角度边缘裂纹的自由圆板动力特性的影响。计算结果表明:水体引起的固有频率降低率整体上随模态阶数的增加而减小,而裂纹深度与角度对固有频率降低率的影响较小;裂纹的出现会增大干、湿振型的差别,某些高阶模态的干、湿振型差别较大。     

槽式太阳能聚光器流固耦合模态分析

以ANSYS Workbench有限元软件为仿真平台,对自由状态的槽式太阳能聚光器在不同工作角度下进行模态分析,计算其固有频率和振型。利用流固耦合方法,将流场压力分布加载到聚光器反光镜的表面上,计算出考虑流固耦合场的模态参数。计算结果表明,其模态参数随角度的变化不明显,流固耦合作用下对模态参数影响明显。     

LNG深冷调节阀结构强度及阀杆振动分析

以LNG接收站某工位深冷调节阀的模型为研究对象，针对LNG接收站深冷调节阀承压元件安全性和细长阀杆易发生振动的问题，采用ANSYS Workbench有限元分析软件，对阀体、上阀盖进行强度试验工况下的结构分析，得到各部件的等效应力，并进行应力强度评定。对阀门正常开度工况下的内部流场进行瞬态流场分析，分析流体动态特性对于阀杆的扰动情况。另外采用流固耦合模态分析，得到阀塞和阀杆部件的流固耦合的前六阶模态振型和频率，以此判断调节阀阀杆是否易发生振动。结果表明，该LNG深冷调节阀在正常工作时，各阶流固耦合模态频率均大于120Hz，且阀杆周围流体基本处于静止状态，阀杆不易发生振动现象。