单层平面索网玻璃幕墙数值风洞风载荷分析

针对现行幕墙设计规范没有明确规定单层平面索网幕墙体系的风载荷计算的问题,以某大厦裙房幕墙为研究对象,用ADINA分析考虑流固耦合作用的玻璃 索网体系风振响应分析,并与通常采用的等效静风载荷方法得到的结构风效应比较.分析表明,对于非线性的索网玻璃幕墙结构,现行载荷规范采用的等效静风载荷方法会导致偏于不安全的设计计算结果.     

大型水电站厂房结构流固耦联振动特性数值模拟

水电厂房内的多场耦合振动分析是工程界十分关心的问题.为了实现发电厂安全生产的目标,过去在对其进行共振校核时,往往只对结构进行模态分析,而忽略了流体的存在;但是厂房流道内存在着大量的流体,流体的存在改变了厂房结构的动力特性,是属于典型的流固耦合振动问题.因此,在对其进行共振校核时应该考虑流体的影响.由于机理的复杂性、建模、数值模拟的困难性,迄今为止关于这方面的分析研究成果很少.本文借助于2个实际工程,对厂房结构与流体复杂的耦合振动问题进行分析,并对其进行比较,详细的阐述了厂房结构-流体的耦合振动特点.本文的研究成果对于解决流体-结构相互作用问题具有重要的工程意义,同时对于解决其他类型的流固耦合振动问题也具有很高的参考价值.     

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.     

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。     

基于多场耦合的蒸汽驱生产井流体温度值测量研究

在蒸汽驱生产井的流体温度测量中,使用传统的温度值测量方法存在着精度低的问题,为了解决此类问题,在传统测量方法的基础上引入多场耦合的概念,对蒸汽驱生产井流体温度值的测量方法进行优化。首先建立蒸汽驱生产井温度分布的数学模型,由该模型可以直接依据井口温度、产量等数据计算出生产井内的流体分布,在此基础上设计安装在生产井内的耦合温度测量传感器结构,借此对生产井中的初始数据进行采集,通过对生产井内部热阻的分析,得出多场耦合下的流体传递唯象方程表达式,进而得出综合传热系数,并输出最终的温度值测量结果。经过与传统方法的对比实验,发现多场耦合流体温度测量方法的平均误差值比传统方法低87.84,且测量结果可以精确到小数点后两位,因此可以得出结论:设计出的多场耦合蒸汽驱生产井流体温度测量方法的精度更高。     

液体晃动条件下飞艇水箱动力响应仿真分析

为了增加重载飞艇的载重能力,在满足结构强度要求下飞艇上的贮水水箱需要采用薄壁结构、轻质材料等方法来减轻重量。水箱在空中受到风载荷或其他载荷的作用,会导致水箱中的液体发生晃动,水箱在液体晃动和外部载荷共同作用下,可能会遭到破坏。考虑流固耦合作用对水箱结构的影响,分别从液体小幅晃动和大幅晃动两种情况对水箱动力响应进行研究。对于大幅晃动的情况,以试验所得风载荷加速度函数作为激励,利用计算流体动力学（CFD）方法进行仿真分析。分析结果表明,小幅晃动条件下,即使水箱发生共振,其结构也不会遭到破坏;大幅晃动条件下,1.3 mm以下壁厚钢材料水箱和2.1 mm以下壁厚铝合金材料水箱结构会遭到破坏。该分析结果可为水箱部分设计参数的确定提供参考依据。     

基于SPH与FEM的结构入水分析方法

建立基于光滑粒子动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）、有限元法（finite element method, FEM）和无反射边界耦合的结构入水分析方法,将无限水域利用无反射边界条件截断成有限水域,将有限水域分为流体变形大的SPH区域、流体变形小的FEM区域和声学流体FEM区域,结构用FEM离散。采用通用接触算法模拟SPH与FEM的耦合,采用声固耦合方法处理FEM区域之间的耦合,建立流固耦合的SPH FEM分析方法。该方法结合SPH模拟大变形的优点和FEM的高效性,可实现含自由液面变形、液体飞溅和无限水域等特点的流固耦合问题的模拟,为结构入水分析缩小离散区域、降低自由度和SPH粒子数等提供一种有效的分析方法。     

罐式集装箱流固耦合冲击响应谱分析计算

为模拟罐式集装箱的铁路冲击试验过程,用流固耦合模型进行响应谱分析计算,并采用虚拟质量法处理罐内液体.试验表明该方法比瞬态计算方法更实用,并且符合国际标准要求.该方法准确高效,可增加试验成功的可能性,减少产品研发设计成本.     

面向高端装备制造CAE技术的机遇和挑战

针对高端装备制造在设计、分析、制造、服役和维护等全过程中对CAE的需求,从结构、流体以及流固耦合等3个方面概述CAE技术国内外进展及其面临的机遇和挑战,指出在发展具有能够对装备在极端服役环境下准确的结构、流体和流固耦合CAE分析技术的基础之上,需不断突破面向工程应用的多物理场耦合、跨尺度分析、多学科综合设计、产品性能评估和集成等关键技术,使CAE逐步向支持现代设计和全寿命周期管理转变.     

基于流固耦合的多路阀斗杆联强度分析

在挖掘机斗杆强度设计的研究中,由于多路阀斗杆联内部流道压力大、能量消耗高导致阀体变形严重,采用一般方法不能精确的分析阀内应力及变形情况.利用RNG k-ε湍流模型、结构动力学方程,采用流固耦合方法对多路阀斗杆联内部变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对不同工况阀体强度的影响.计算结果表明:斗杆联阀体最大变形发生在油液合流通往执行机构转折处,在各油路进口处及回油处变形较小;各流道转折处及高压油口处存在明显的应力集中现象;阀体的应力和变形均随着阀内流场压力的增大而变大.计算结果将为多路阀结构的优化设计提供一定参考.     

发动机排气管流-固-热强耦合分析

为研究发动机排气管在流-固-热强耦合作用下的复杂工况,用INTESIM软件中流-固-热强耦合的方法计算某型发动机排气管在工作过程中流场、温度场、热变形和热应力的分布情况.结果表明,与传统的分析方法相比,INTESIM的强耦合方法收敛性更好,并且可以在同一软件平台下对模型耦合矩阵方程直接求解得到结构应力场、位移场、流场和温度场的所有结果.     

车轮滑行轮轨热接触耦合有限元分析

为研究轮轨接触温升和热应力规律,用有限元法分别建立锥型踏面车轮和磨耗型踏面车轮在60kg／m钢轨上滑行的三维热接触耦合模型．考虑温度场与结构场相互影响、相关材料参数随温度变化以及轮轨接触问题,对在一定速度下抱死滑行时轮轨温度场和应力场的热一结构直接耦合进行分析．结果表明磨耗型踏面车轮的接触斑面积大于锥型踏面车轮的接触斑面积,且前者接触斑趋近于圆形,后者接触斑为细长椭圆形;材料参数随温度的变化对轮轨温度场和应力场影响很大,不可忽略;温度场对应力场的影响很大,温度升高的趋势与应力升高的趋势相同;磨耗型踏面对轮轨的热损伤比锥型踏面小很多．     

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.     

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.     

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.     

Molecular dynamics–continuum hybrid simulation for condensation of gas flow in a microchannel

A molecular dynamics-continuum coupling method combining fluid flow and heat transfer is developed to study the condensation process of gas flow in a microchannel. The computational domain is decomposed into particle (P), continuum (C) and overlap (O) regions with solving approaches of molecular dynamics simulation, finite volume method and the developed coupling method, respectively. Continuities of momentum and energy in O region are ensured by constraint dynamics and the Langevin method. The validity of the developed method is confirmed by a good agreement between hybrid results and analytical solutions from two cases including the unsteady dynamical and thermal problems. For the condensation process of gas flow, the hybrid transient velocity and temperature fields indicate that the process does not progress smoothly but wavily with noticeable fluctuation, leading to oscillation in temperature field and recirculation flow in velocity field. Analysis based on heat and mass transfer is carried out in P region, and the Kapitza resistance and the thermal conductivity in liquid are obtained with the satisfying agreement with experimental data, which shows the availability of the developed model for the investigation on the thermal boundary resistance. The good performance had demonstrated that the developed coupling method and computational model are available to provide a multiscale overview in dynamical and thermal problems including phase-transition from nanoscale to microscale, which will show significantly potential in micro fluidics and thermal engineering.     

动态加载方式下防爆墙动力响应分析

为分析防爆墙在不同爆炸载荷下的动力响应和破坏机理,研究波纹板式防爆墙与平板式防爆墙的差异,分别采用三角波加载和基于流固耦合方法的爆炸仿真2种动态加载方式模拟爆炸载荷。分析结果表明：三角波载荷可以较好地模拟爆炸载荷且具有明显的计算速度优势。分析得到2种类型防爆墙的P I曲线,通过对比发现波纹板式防爆墙的抗爆性能优于平板式防爆墙。     

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.     

柴油机缸盖有限元分析

用Abaqus将对流热边界耦合至固体传热计算中,得到柴油机缸盖的温度场.在此基础上进行预紧力和爆发压力-热应力2种工况的数值仿真.仿真结果可以帮助确定各影响因素造成的缸盖应力集中的主要位置,为结构设计和改进提供参考.