双螺杆转子结构特性流固耦合数值模拟

以双螺杆转子为研究对象,依据流固耦合理论,通过求解捏合机内部流体和双螺杆转子固体耦合方程,研究不同工况下的流体压力和扭矩对双螺杆转子应力和变形的影响规律。分析计算结果表明:螺杆转子的变形和应力主要是不同工况下的扭矩、流体压力载荷及耦合场作用引起的;螺杆间隙对捏合机的生产效率和质量有很大影响,阴阳螺杆转子最大变形量是设计最佳螺杆间隙的关键因素;一定功率下,转子的最大变形量和最大应力值分别与转子扭矩、流体压力的大小正相关;一定转速下,转子的最大变形量和最大应力值与捏合机功率正相关。研究结果为新型双螺杆捏合机的合理设计与性能预测提供了理论依据。     

双螺杆捏合机转子型线设计与数值模拟

利用曲面共轭原理建立双螺杆捏合机转子型线设计与螺杆转子共轭曲面啮合方程的数学模型,提出一种可对高黏度物料进行输送、混合及塑化作用的新型双螺杆捏合机螺杆转子型线,给出转子螺旋副组成齿型线参数方程,进行转子结构设计.建立双螺杆捏合机流场数值仿真模型,依据计算流体动力学理论,对非牛顿流体流动进行三维、等温稳态有限元数值分析,研究其在不同转速及中心距条件下流场压力场分布、速度场分布、最大切应力、物料流动速率等特性;依据流固耦合理论,求解捏合机内部流体和双螺杆转子结构耦合方程,研究不同工况下流体压力和扭矩对螺杆转子应力和变形影响的变化规律.研究结果为双螺杆捏合机转子型线、结构参数的设计以及工艺参数的合理设定提供理论依据.     

大型管壳式换热器热-结构耦合场数值模拟研究

将换热器最严酷工况的表面温度数据添加到换热器的有限元数值模拟模型上,通过导热计算得出换热器各部分的热场分布,然后求出由于热场而产生的变形.将热场产生的变形与换热器结构场载荷而产生的变形进行耦合分析,这样就可得出换热器热-结构耦合场的变形和应力分布,从而验证换热器设计的合理性.     

基于多物理场耦合的高温掺合阀温度场数值模拟研究

为了研究柱塞式高温掺合阀在实际生产中流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的分布规律,分别采用理论计算方法和基于ANSYS的有限元方法对实际生产工况条件下该阀的流场、温度场进行耦合计算.给出了理论计算过程,为模拟分析提供依据,给出了流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的计算过程和结果.结果表明:阀内流体域...     

耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究

针对气液固三相磨粒流抛光研究中流场分布不均问题,对气液固三相磨粒流中的湍流分布、湍流峰值分布、能量分布、温度分布和加工质量等方面进行了研究,对气液固三相磨粒流的抛光方法和抛光问题进行了归纳,提出了一种耦合超声场的气液固三相磨粒多物理场数值模拟方法,利用超声场的交变声压增加了气液固三相磨粒流流场的扰动,改变了流场分布。研究结果表明:不同的超声频率和声压幅值会带来不同的流场分布,其中频率为20 k Hz、声压幅值为30 k Pa的超声场所得的流场分布最优。该研究成果对气液固三相磨粒流抛光方法的推广与实际运用具有重要意义。     

高强低合金钢焊接过程多物理场耦合数值模拟

目前高强低合金钢焊接数值模拟中,采用热-力耦合分析时,忽略固态相变效应,残余应力模拟值与试验测量值误差较大。为提高焊接数值模拟精度,根据多场耦合关系,基于传热学、固态相变理论和连续介质力学,建立焊接过程多物理场耦合本构方程,并通过子程序将其嵌入到通用隐式有限元程序中。采用数值模拟与试验分析的方法研究高强低合金钢小试样的自由膨胀试验、相变塑性试验及平板焊接试验应力及各应变分量的演变。研究结果表明：固态相变体积变化引起的相变应变对残余应力有显著影响,不但改变了残余应力的大小,甚至改变了残余应力的符号,考虑相变塑性应变时会降低应力的水平。残余应力改变程度与相变程度有关系：完全相变区影响最大,部分相变区次之,未发生相变区最小。相变应变和相变塑性应变最终大小相当。研究方法为深入了解高强低合金钢焊接过程和焊接工艺优化提供了理论基础。     

多物理场耦合分析下的电解加工环形窄槽数值模拟研究

针对环形窄槽结构电解加工过程工艺试验周期长,型面难以预测的问题,建立掩膜电解加工过程电场、流场、温度场耦合数学模型,利用COMSOL软件对多物理场进行数值模拟仿真,得到加工间隙内电解液电流密度、流速和压力的分布规律,并将加工过程中不同时刻耦合场仿真结果进行对比,得到加工进程中各参数变化规律。研究结果表明,多物理场耦合仿真能够准确模拟实际电解加工过程,实现了工艺参数选取,为实际工艺提供了理论依据,对提高窄槽结构电解加工质量和效率有重要意义。     

三维复杂槽型铣刀片耦合场的数值模拟

为研究三维复杂槽型铣刀片的切削性能和失效机理,运用数值模拟技术对三维复杂槽型铣刀片和平前刀面铣刀片进行了热应力场、热应力与机械应力的耦合场分析。通过有限元分析,得到了两种铣刀片的应力集中区和危险区,经与试验结果对比,证明了有限元分析结果的正确性,说明三维槽型铣刀片具有优于平前刀面铣刀片的切削性能,从而预测在铣刀片上开出合理的槽型能有效地改善切削性能。     

材料性能对双螺杆压缩机转子结构特性的影响

为研究材料性能对双螺杆压缩机转子结构特性的影响,以LGY03型线为啮合型线的转子为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型,采用CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structural Dynamics)耦合求解方法,对压缩机流场达到热平衡时的转子结构特性进行了研究。通过数值模拟分析,得到了40Cr、QT900-2、0Cr18Ni9等转子材料在排气压力为0.6 MPa下的热变形和热应力。研究结果表明转子的热应力、热变形主要与材料的热膨胀系数和弹性模量相关,泊松比对转子变形的影响较小,最后数值拟合得到了阴阳转子最大应变与热膨胀系数及弹性模量的公式,可为转子结构设计提供一定的理论依据。     

高频窄脉冲电流电解加工叶片过程的耦合场数值模拟

与传统直流电解加工相比,高频窄脉冲电流电解加工在复制精度、重复精度、表面质量、加工效率、加工过程的稳定性等方面均有显著提高,特别适用于要求高精度和高表面质量的具有复杂几何轮廓零件的精密加工。文中在建立叶片电解加工区域二维模型的基础上,分别进行了直流电解加工和高频窄脉冲电流电解加工的电场与流场的耦合数值模拟,对比结果验证了高频窄脉冲电流电解加工较传统直流电解加工的优越性。     

双螺杆压缩机转子型线设计与数值模拟

阴、阳转子型线是双螺杆压缩机性能的重要决定因素,但其设计时常出现型线修改、实验搭建不便等难题。针对以上问题,将NURBS曲线和数值模拟技术应用于设计中。以单边不对称摆线—销齿圆弧式转子型线为基础,应用NURBS曲线构建新型转子齿廓线,并给出曲线方程;建立压缩机流体模型,运用Fluent软件模拟其额定转速下的压强与流速,通过比较分析得出新设计的有效性,为最终优化获得性能优良转子型线提供参考。搭建实验验证此设计方法的可靠性与便捷性。     

金属成形过程的数值流形模拟方法研究

通过引进刚塑性本构关系,建立了金属成形过程的数值流形方法的分析体系,并研究了金属成形过程模拟中的网格重分问题。作为实际应用,对齿轮毛坯模锻成形进行了数值模拟。数值算例结果表明,理论正确、方法有效,数值流形方法是一个非常有效的分析工具,完全可以对成形过程进行模拟。     

水力机组流固耦合的数学模型

流固耦合具有强烈的非定常、非线性,因此黏性效应不可避免。文中基于有限元法建立水力机组流固耦合振动的控制方程。通过对现有代表模型的讨论和比较可以看出,文中导出的方程模型是目前较为完善的水轮机组部件流固耦合运动的非线性动力模型。最后分析用ANSYS软件进行流固耦合计算的可能性。     

双螺杆油气多相流混输泵内部工作机理研究

从变质量多相系统的热力学特性角度,从能量守恒、质量守恒定律出发,建立了一套描述双螺杆多相泵内部工作机理的控制方程。通过对多相泵内部工作过程的模拟,分析了气体体积分数、回流损失、流量、压力分布及功率消耗间的相互关系。为验证数学模型的正确性,利用动态信号分析仪对试验样机进行了宏观性能测试和内部压力建立过程曲线（Ｐ—Ｖ图）测试。试验和数值模拟结果的比较表明,建立的数学模型能够正确反映双螺杆油气多相流混输泵内部压力建立过程及其宏观性能特征。     

铁凝胶的力磁耦合细观力学模型的建立

以羰基铁粉颗粒为增强相,与双组分室温硫化硅橡胶混炼的方法制备了铁凝胶试样。利用X射线衍射仪(XRD)、MTS1196材料试验机研究了铁凝胶材料的微观组织和宏观力学性能。基于材料的微观结构特征和压缩性能实验数据,并考虑磁性颗粒相互作用能的影响,建立了铁凝胶材料的力磁耦合模型,从理论上分析了磁性颗粒的粒径、含量等对铁凝胶材料的磁致效应和宏观力学行为的影响。结果表明,压缩应变较小时其对材料的磁致压缩模量的影响不大。在较大的压缩应变作用下,磁致压缩模量随着不同磁场强度、磁性颗粒质量份数、粒径比的增加而增大。但磁性颗粒质量份数达到70 wt%以上时铁凝胶材料的延展性和断裂韧度明显降低。因此,制备铁凝胶时需对以上因素进行优化组合,以获得具有良好磁致效应的铁凝胶。该研究为铁凝胶材料的工艺制备和器件功能行为的优化提供了理论依据。     

先导式水压溢流阀动态特性的仿真

对一种新型的先导式水压溢流阀进行了动态特性的建模和仿真研究,分析了多种因素对溢流阀动态特性的影响。仿真结果表明,先导阀尾端设置阻尼腔有利于提高先导阀的工作稳定性;在主阀口前设置合适的节流孔可降低主阀口的工作压差,减小阀口的气蚀,提高溢流阀的工作性能和使用寿命;主阀心上腔容积V12、先导阀入口容积V2、溢流阀入口容积V0对溢流阀的动态特性均有较大影响。     

采煤机刚柔耦合动力学仿真及实验研究

以大采高采煤机为研究对象,针对摇臂变形较大的问题,采用虚拟样机技术将前、后摇臂进行柔性化处理,建立了采煤机刚柔耦合动力学模型,通过实验测试获取了截齿传感器应变片数据,通过对传感器的实际标定及数据二次拟合得到载荷数据后进行仿真分析,并对关键零部件进行寿命预测。结果表明:在考虑采煤机摇臂的柔性变形时,摇臂连接销轴受力值和载荷波动值较大,说明摇臂柔性变形增加了整机的振动冲击,降低了采煤机的强度和寿命,并且采煤机摇臂销轴的疲劳寿命满足使用要求,疲劳寿命为1.738×10~6次,进一步证明了实验方法的可行性,并为实际工况中摇臂销轴的选型提供了理论依据。     

基于弯扭耦合的大型风力机复合材料叶片结构特性研究

为研究不同类型弯扭耦合叶片结构特性,以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,结合复合材料铺层设计建立不同弯扭耦合叶片有限元模型,通过CFD方法求解叶片气动载荷并对各叶片开展结构模态、强度及屈曲计算,分析不同耦合区域及耦合角度对叶片结构特性影响.结果 表明:弯扭耦合叶片各阶固有频率大多低于传统叶片,其中蒙皮耦合叶片变化最小而全耦合叶片影响最大;弯扭耦合叶片可降低内部von Mises应力及应变峰值,提高叶片疲劳寿命,其中蒙皮耦合叶片降幅最大而主梁耦合叶片降幅最小,尤以蒙皮耦合叶片θ=20°减载效果最佳;弯扭耦合叶片切应力大多高于传统叶片,仅蒙皮耦合叶片θ=20°最大切应力低于传统叶片;叶片的弯扭耦合特性对其稳定性产生一定影响,其中主梁耦合叶片临界屈曲载荷降幅较大而其他弯扭耦合叶片有小幅上升,且一阶屈曲变形量均低于传统叶片.     

NUMERICAL SIMULATION ON DEFORMATION CHARACTERISTICS OF AS WIRE BY CASTEX

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离心泵叶轮内部湍流流动的数值计算及试验

对IH65型离心泵叶轮内部流动进行研究,基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k – e 两方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,计算该泵叶轮在不同工况下的内部流场,并将计算结果与粒子图像测速仪(PIV)实测结果进行比较。在对该泵叶轮内部流速分布、压力分布以及试验得到的流动撞击、二次流、回流等现象分析的基础上,提出设计上的一些改进措施,为该型泵叶轮优化设计及其内部两相流动研究提供参考。