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。     

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。     

压气机叶片流固耦合的强度和振动研究

为了研究流固耦合场对叶片强度与振动参数的影响,采用流体动力学和有限元方法,对压气机叶片进行了单向流固耦合分析。通过软件之间的接口,实现压力场数据的传递,并对加载气动力后的计算模型进行强度分析和模态分析,得到压气机大小叶片的应力应变云图以及固有频率和相应的模态振型,计算比较了离心力、气动力对应力和固有频率的影响。计算结果表明,流固耦合对叶片的结构强度和模态振型影响较小。通过频率分析,找出了叶片的共振频率,从而为叶片的优化提供依据。     

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。     

基于流固耦合的水轮机振动分析

在流固耦合的基础上,对某一混流式转轮进行了振动分析,得出了叶片和转轮在空气中和水中的振型和频率,并比较了流量和离心力对转轮模态的影响.     

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。     

轴承刚度对血泵转子系统的模态影响分析

为了研究轴承的支承刚度对轴流式血泵转子系统振动特性的影响,以血泵转子系统为研究对象,利用ANSYS软件,采用有限元法,得出了在不同轴承支承刚度下血泵转子系统的前五阶固有频率和对应的振型。通过研究表明:在不同轴承支承刚度范围内,轴承支承刚度的大小对血泵转子系统的固有频率影响不大,并且血泵转子系统模态振型变形微小;由于该血泵转子系统固有频率较大且远离生活环境中的振源频率,所以在进行血泵转子系统的设计时,不需要考虑共振的影响因素。     

流固耦合作用下空间导叶式离心泵叶轮湿模态分析

研究流固耦合作用下流体机械叶轮的湿模态分析,对避免水泵共振和保证水泵的安全运行具有重要意义。本文以某空间导叶式离心泵为研究对象,运用ANSYS Workbench软件,研究了叶轮部件在空气和水环境中的干湿模态特性,分析了流固耦合作用对叶轮部件固有频率和模态振型的影响。同时,结合流体机械动静干涉的原理,讨论了离心泵叶轮的共振特性与原因。研究表明:在水体附加质量和附加阻尼的作用下,叶轮各个阶次的固有频率大幅降低,模态振型的幅值受到水体的抑制作用有所降低;水环境下叶轮降低的固有频率与激振力频率不再相近,进而抑制了叶轮共振模态的激发;叶轮在不同流体环境下的固有频率与流体声速密切相关,声速越低,固有频率越小。     

无阀压电微流体泵工作特性与结构参数

根据平面无阀压电微流体泵的结构特点,采用厚度平均的浅水模型和有限元法,得到微流体泵液体－振动片耦合方程。耦合方程的模态分析给出硅片一阶模态自然频率和振型,以及硅片振幅－频率关系。在模态分析之后,加入压电力考察振动片响应、微泵流动特征和微泵流量。同时研究微泵结构参数(微泵压电片半径、扩散管长度、最小宽度、扩散张角)对微流体泵液—固耦合系统的自然频率、振动片振幅和微泵流量的影响,得出对微流体泵优化设计有重要意义的结果。     

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.     

轴承刚度对双叶片环保泵转子动力学特性的影响分析

为了研究轴承刚度对双叶片环保泵转子动力学特性的影响，基于流固耦合理论，采用ANSYS-CFX和ANSYS-Workbe nch，对4种轴承刚度方案下的环保泵固有频率、模态振型、临界转速及谐响应进行了求解和对比分析。计算结果表明：模态振型在不同支承刚度下表现为同相振型，以水平摆动为主。当轴承刚度从2.6×10⁵ N/mm增加到2.6×10⁶N/m m时，转子固有频率和临界转速均明显增加，而当轴承刚度从2.6×10⁶ N/m m增加到2.6×10⁸ N/m m时，固有频率和临界转速增速变缓。转子额定转速均小于4种轴承刚度下转子的前3阶临界转速，不会发生共振。谐响应振幅随支承刚度增大而降低，支承刚度为2.6×10⁵ N/mm时振幅最大，X、Y、Z方向分别为0.44、0.32、0.16 mm。不同支承刚度在X方向上最大振幅均分别为0.44、0.28、0.24、0.19 mm,降低幅度分别为36.4%、14.3%、20.83%。研究结果可为类似泵的轴承选型以及转子结构优化等提供参考。     

基于液固耦合振动模态的燃滤振动特性分析

忽略燃油低速流动,用流固耦合算法对燃滤和油液一起进行液固耦合建模,液固耦合振动模态计算与试验结果一致。研究发现油液使燃滤总成一阶频率下降50Hz,各阶振型频率明显下降。燃油压力越大振动频率越低,温度升高一阶振动频率增大。优化燃滤结构可增大振动频率,其影响比油液温度和压力变化影响大。优化结构后,提高一阶频率模态频率提高到62Hz,在比利时路谱激励下振动峰值降低5.5m/s~2,使燃虑无泄漏及者破损。     

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。     

热镀锌沉没辊装置振动固有特性影响因素研究

为研究沉没辊装置振动固有特性的影响因素,采用有限元技术,开展了沉没辊装置的湿模态和预应力模态分析,分别研究了流体密度、带钢断面及其张力等因素对沉没辊装置振动频率的影响程度及规律,并分析造成频率差异的原因。结果表明:沉没辊装置在锌液中振动时的频率比在空气中减小24.4%~58.8%,且频率随着流体密度的减小而增大;沉没辊装置在带钢断面及其张力等预应力作用下的固有特性影响很小,但一些具有不对称性的振型会减少轴承的工作寿命。     

大型风电齿轮箱耦合固有特性仿真分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其振动特性会影响整个机组的运行,因此研究齿轮箱系统的固有特性具有重要意义。在大型风电齿轮箱三维实体模型的基础上,采用弹簧模拟轴承的方式把传动系统和箱体耦合起来,建立该齿轮箱齿轮—传动轴—轴承—箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,运用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析得到系统固有频率和固有振型。通过计算齿轮啮合频率分析得出齿轮箱系统在高阶振型中产生共振现象,为大型风电齿轮箱的优化设计提供理论依据。     

多级压气机叶片振动特性分析

本研究以多级压气机为研究对象,基于ANSYS/CFX对压气机单通道模型进行流固耦合数值计算。通过单向流固耦合分析,研究了额定工况下流场的压力分布及气动力对叶片模态频率的影响。结果表明,气动力对叶片模态频率的影响弱于离心力对其的影响。     

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。     

蜗壳泵结构强度有限元分析

蜗壳泵在使用过程中容易产生应力集中而导致泵体破裂。基于传热学和热力耦合相关知识,在有限元分析软件中建立泵体结构热传递和热应力模型,通过顺序热力耦合分析方法对瞬态温度场作用下泵体结构的温度分布特性以及不同温度、不同压力条件下蜗壳泵结构的热应力和总体应力的分析,包括对泵体不同位置处安全系数进行测量,确定了最不利位置。对泵体进行自由模态、约束模态和预应力模态的模拟。研究结果表明：泵体结构在法兰和支架处温度变化明显,温度梯度较大,在不同温度、不同扬程模拟条件下,泵体的整体应力应变有显著区别。温度、扬程越大时,上下隔舌根处受到的应力和应变也越大,为荷载作用最不利位置;蜗壳在自由模态下频率较低,在约束模态和预应力模态下频率值较大,三种模态条件模拟时均不会发生自振现象,为蜗壳泵的设计和优化提供新范式。     

超磁致伸缩泵悬臂梁阀流固耦合特性分析

提出了一种采用悬臂梁式吸排油阀的超磁致伸缩液压泵结构,针对泵用悬臂梁阀工作时的流固耦合特性,基于单自由度振动理论与流固耦合作用下阀片振动参数等效计算原则,对超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀进行了线性化数学建模,并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真研究。为研究其非线性特性,基于流固耦合力学原理,建立了超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀流固耦合数值模型,并利用Comsol-CFD对其工作特性进行了数值求解。然后依据求解结果进行了深入分析,得到了阀片主要参数对泵性能的影响规律,为超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀的主要结构参数的设计与优化提供相关依据。最后,通过不同厚度悬臂梁阀片在流固耦合作用下开启位移的线性理论结果与非线性数值结果的对比完成了模型验证,实验测试了超磁致伸缩泵的流量特性与阻断压力特性,得到了该泵峰值驱动频率为300Hz左右。     

基于刚柔耦合动力学的旋转悬臂梁的频率转向与振型转换特性

对旋转悬臂柔性梁的刚柔耦合一次近似模型的频率转向和振型转换特性进行研究,在精确描述柔性梁非线性变形基础上,计入柔性梁由于横向变形而引起的纵向缩短项,即二阶非线性耦合变形量,利用Hamilton变分原理和Rayleigh-Ritz假设模态法,推导出考虑"动力刚化"效应的一次近似耦合模型。引入量纲一参量,对耦合模型做归一化处理,利用状态空间法求解考虑横纵耦合效应的悬臂梁的固有频率和模态振型。研究发现,耦合效应对旋转悬臂梁固有频率的影响随旋转角速度的增大而变大;相邻两阶模态间存在频率转向,并在转向的过程中伴随着振型转换;相隔多阶模态间存在传递性频率转向,并在转向传递过程中伴随着振型转移;相邻两阶模态间还存在多次频率转向。