薄壁结构在热-声-流动载荷作用下疲劳寿命预估

针对航空发动机薄壁结构在热-声-流动载荷作用下疲劳问题。采用耦合的有限元/边界元法,针对高速气流中四边固支的GH188材料薄壁柱壳结构进行动力学响应计算。研究了不同温度场和不同声压级组合下,薄壁结构危险点位置处X方向应力响应规律。基于改进的雨流计数法绘制出结构应力响应的雨流循环矩阵和雨流损伤矩阵,分别对应力循环和结构损伤程度进行分析。结合Morrow平均应力模型和Miner线性疲劳累积损伤理论对薄壁结构的疲劳寿命进行预估。结果表明:相同声压级下,临界屈曲温度前,结构应力响应随温度升高而增大,屈曲后响应随温度的升高而减小;响应曲线先向左发生偏移,然后向右偏移,疲劳寿命先减小后增大;相同温度下,结构应力响应随声压级的升高而增大,响应曲线不发生偏移,结构疲劳寿命线性下降。     

大气隙混合磁悬浮轴承磁场仿真与实验

针对一种大气隙径向八极混合磁悬浮轴承结构,采用有限元技术和实验方法,探讨永磁和电流激励下磁场耦合特性。研究结果表明:当偏移量固定时,某方向(x或y)电流越大,其耦合现象越明显;当转子在平衡位置时或偏移量较小时(如0.5 mm),x和y两方向的电流耦合现象不明显;如转子偏移量进一步增加(达到1.2 mm),其电流磁力耦合增加,且电磁力非线性越强烈。     

翼面热颤振的分区协调耦合推进时域研究

提出了基于分区协调耦合推进的翼面热颤振时域研究方法，其中气动力和气动热采用有限体积法求解，且流场空间离散采用AUSM+格式，而结构温度场采用有限元法求解。采用模态叠加法进行结构瞬态响应的求解，在耦合面上采用基于虚拟空间的插值方法进行耦合变量的传递。研究了高超声速翼面的热颤振问题，获得了不同马赫数下的翼面温度场分布。根据“频率重合理论”获得了热环境下翼面一阶弯曲和一阶扭转频率的相互靠近导致了翼面临界颤振速度下降的结论。     

基于动网格方法的油膜轴承性能的研究

考虑气穴的影响,建立了油膜轴承所支撑转子系统的动力学模型,并利用新的动网格更新方法,编制了求解油膜轴承压力分布、转子静平衡位置以及轴心轨迹的程序,验证了其正确性。利用该程序考察了气穴压力和转速对油膜轴承压力分布和所支撑转子的轴心静平衡位置的影响。计算结果表明,在相同的速度和载荷下,随着气化压力升高,轴承偏心率和最大油膜压力增大,偏位角减小,并且最大油膜压力的周向位置受气化压力的影响较小;而在相同的载荷下,转速对转子静平衡位置影响较大,并随着转速增加,轴承偏心率减小,偏位角增加。     

应力松弛条件下O形圈的密封性能研究

为了研究O形圈的应力松弛规律及其在应力松弛条件下的密封性能,通过O形圈应力松弛试验,得到其轴向载荷衰减规律,将这些载荷值导入ANSYS中计算出O形圈的接触压力,并利用逾渗理论计算出O形圈密封面的泄漏率。研究结果表明:应力松弛条件下,O形圈上的轴向载荷随时间缓慢下降,初始压力越大轴向载荷衰减得越快,总体来看O形圈上的轴向载荷随时间遵循F_z=Aexp(-t/B)+C的衰减规律;施加的载荷越大O形圈与其接触面各点的接触压力越大,且不同载荷下O形圈与其接触面各点的接触压力均大于介质压力;应力松弛条件下O形圈密封面的泄漏率极小。试验、仿真计算及理论分析均表明,O形圈在应力松弛条件下具有良好的密封性能,证明了O形圈作为静密封的可靠性。     

汽车转向器功能试验台液压系统管路特性分析

基于功率键合图理论建立了汽车转向器功能试验台液压系统的数学模型。运用MATLAB/SIMULINK软件重点研究了管长、管径、管材体积弹性模量对液压缸进油腔压力动态响应曲线响应时间及超调量的影响。研究结果表明:液压管道越长则滞后现象越严重;管径的大小对响应时间影响可以忽略不计,管径越大,响应曲线超调量越大;管材体积弹性模量越大,压力越平稳。研究结果为汽车转向器功能试验台液压系统的设计及管路动态特性分析提供理论依据。     

基于热流固耦合理论斜-平面曲轴止推片润滑性能分析

利用数值分析方法,建立斜-平面曲轴止推片单向热流固耦合模型,分析不同油膜厚度对斜-平面曲轴止推片润滑能力、温度场及变形的影响规律。结果表明:油膜的压力场、温度场、壁面切应力的峰值随油膜厚度的增加而降低,随转速的增加而上升;空穴现象亦有同样的规律,但主要发生在与油沟接触的平面区域上;轴瓦出口湍泄量及摩擦因数随油膜厚的增大而增加,随转速的升高而增加;转速越高摩擦功耗越大,而油膜厚度越大摩擦功耗越小;止推片温度场随油膜厚度及转速的变化规律与润滑油膜的温度场相同;止推片变形主要受温度影响,油膜厚度越小、转速越大变形越大。     

透平膨胀机叶轮耦合应力的强度有限元分析

根据透平膨胀机的工作原理,基于有限元分析理论,对透平膨胀机的主要部件叶轮进行了结构、温差和气动力耦合作用的强度分析,采用三维实体建模的方法,以叶轮的实际工况为输入条件,通过ANSYS有限元分析软件计算得到了离心力、温差应力和气动力共同作用下的叶轮应力应变分布状况,并对叶轮的安全性进行了校核分析。计算结果表明,气动力载荷使得离心力、温差应力作用时产生的应力应变有减小的趋势。所以,同时考虑离心力、温差应力及气动力耦合作用的叶轮应力应变值更符合叶轮的实际情况。     

翼吊低平尾布局飞机水上迫降数值仿真分析

为研究翼吊低平尾布局飞机水上迫降过程,基于欧拉-拉格朗日耦合法对某型号飞机开展水上迫降仿真计算,通过和缩比模型试验结果对比,验证仿真方法的适用性。基于仿真结果,分析飞机的运动和受载以及垂向初速度和初始俯仰角对飞机水上迫降过程的影响及其机理,提出降低翼吊低平尾布局飞机水上迫降冲击载荷的策略。结果表明：飞机先抬头后低头、平尾着水低头力矩对飞机抬头有限制作用;俯仰角变化量峰值随垂向初速度和初始俯仰角增加而降低;垂向加速度峰值随垂向初速度增加而提高,且随初始俯仰角增加而降低;应尽量减小垂向初速度,增大初始俯仰角。     

FL-26风洞模型支撑系统动态仿真分析

研制具有良好力学特性的大迎角模型支撑系统,是解决先进、高机动飞行器大迎角气动力问题的关键技术之一。阐述了FL-26风洞大迎角模型支撑系统结构形式,对系统的动态特性和动力响应进行了有限元分析,获得了大迎角模型支撑系统自由振动时的模态频率和模态振型,以及试验段气动噪声作用下的加速度响应和动应力。仿真结果表明:大迎角模型支撑系统动态特性较好,不同方向的动力响应主频及均方根值分布较为离散且数量级相差较大,未出现共振现象。     

埋地管道近场外爆载荷计算与管道响应研究

以埋地管道为研究对象,建立了管道、内部流体与土体三维有限元模型,对埋地管道外爆载荷及管道响应进行了计算,得到管道、管道内流体、管土间耦合方式对爆炸冲击波及管道响应的影响情况。计算结果表明,由于管道结构对爆炸冲击波的反射作用,使得管道表面的爆炸压力增大;管土间采用罚函数耦合方式要比完全耦合方式下的外爆峰值压力减小80%以上,而管道受到的最大应力峰值减小70%以上;由于管道内流体对爆炸压力的缓冲作用,使得管道表面承受的外爆载荷降低,管道应力峰值降低10%左右,管土间采用完全耦合方式下管道最大应力发生在管道迎爆面正对爆心一侧,管土间采用罚函数耦合方式下管道最大应力发生在管道上下侧面。     

高压自紧式法兰密封结构研究

对高压自紧式法兰密封结构进行研究,推导自紧式法兰密封比压和螺栓载荷的计算公式,并通过有限元方法进行了验证。结果表明：密封比压与内压呈一阶线性递增的关系：密封面越窄密封比压随内压递增速度越快,法兰端面与T形垫片支撑面间隙越大则初始密封比压越大。对某自紧式法兰进行结构以及热-结构耦合分析,研究内压、温度、弯矩工况的影响。结果表明：升温对高压和低压2种工况的密封性能影响不同,低压下升温使密封比压增大,高压下升温则会使密封比压有所减小;高压自紧式法兰密封受压侧垫片密封面上应力随弯矩增大先减小,但当弯矩增大到一定值后,该应力随着弯矩的增大而增大。     

基于ANSYS Workbench的热结构耦合变厚度轴向运动梁动力学研究

以变厚度轴向运动梁为对象,研究了梁在热结构耦合条件下的动力学特性。采用有限元软件ANSYS Workbench对变厚度轴向运动梁进行热结构耦合分析。结果表明,随着温度的升高,梁的应力应变逐渐增大;梁的厚度比、运行速度对其应力应变也有影响,厚度比越小,应力应变越大,速度越大,应力应变越大。该研究结果对变厚度轴向运动梁的实际生产和应用具有一定理论指导意义。     

考虑应力偶效应的非牛顿磁流体轴承润滑性能分析

基于考虑应力偶和磁场的雷诺方程,对非牛顿磁流体润滑轴承进行数值分析。研究了不同应力偶参数、磁力系数对液膜压力、承载力以及偏位角的影响,并与牛顿流体数值结果进行比较。结果表明,相比于牛顿流体润滑剂,应力偶效应将显著改善轴承润滑性能,随着应力偶参数的增大,压力和承载力随之增大,且偏心率较大时,压力和承载力随应力偶参数的变化幅度明显;随着磁力系数的增大,压力和承载力相应增大,偏位角减小,且应力偶参数越大,磁力系数对压力、承载力及偏位角的影响越显著,同时液膜破裂初始点右移,空穴区域缩小。     

工况参数对螺旋槽机械密封液膜空化特性的影响

为了合理选择各因素以实现对液膜空化的有效控制,以螺旋槽机械密封为研究对象,采用流线迎风有限元法求解满足质量守恒JFO边界条件的控制方程,分析工况参数对液膜空化特性的影响。结果表明:介质黏度、平衡半径和弹簧力减小时,迎流侧压力降低,背流侧压力提升,液膜空化率降低,空化临界转速与临界压力变化趋势相反;介质黏度和弹簧力越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越小;平衡半径越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越大。     

滑动轴承动压特性的影响因素研究

以某发动机惰齿轮轴承为研究对象,采用一维动力学方法进行多工况计算,针对油孔布置、载荷方向、载荷大小、轴承转速4种因素,分析滑动轴承润滑油流量、最小油膜厚度、偏位角、最大油膜压力4个动压特性参数的变化规律。结果表明：油孔布置和载荷方向主要对润滑油流量有明显影响,而对其他3个动压特性参数影响较小;油孔数量越多,油孔在圆周方向上越靠近油膜厚度最大处,则润滑油流量越大;油孔分布越均匀,因载荷方向改变引起的流量波动越小;载荷大小和轴承转速对4个动压特性参数都有明显影响;随载荷增加,最大油膜压力大致呈线性增加,而其他3种动压特性的变化速率降低;随转速增大,最大油膜压力减小的速率逐渐降低,而其他3种动压特性大致呈线性增加。     

热镀锌生产线出锌锅段带钢-气垫耦合系统振动特性研究

为获得平衡状态下带钢变形、气垫区压力以及带钢-气垫耦合系统的动特性,将带钢近似为恒张力作用下的轴向运动Euler-Bernoulli梁,根据描述气垫区气体动力学特性的经典附壁边界理论,建立带钢和气垫区气体压力的控制方程及耦合条件。引入轴向运动带钢变形的格林函数,以压力卷积的形式显式表达带钢位移,采用Newton-Raphson法对气垫区的平衡压力和带钢平衡变形进行数值求解。将带钢和气垫区气体压力控制方程分别在其平衡位置处线性化,得到描述系统线性响应的变系数偏微分方程组。通过Galerkin法对模型进行全局离散,用广义矩阵特征值问题的数值解法得到带钢的固有频率。研究结果表明:适当减小带钢运行速度并增大带钢张力有利于带钢的稳定运行,而气垫箱供应压力对带钢动特性的影响极为有限。     

外掠横风下槽式聚光器应力与变形特性研究

以槽式太阳能聚光器为研究对象,设计了一种新型结构的槽式太阳能支架.利用ANSYSWorkbench软件对聚光器进行流固耦合数值模拟,得到聚光器在正常工作最大风速6级风作用下不同工况下变形、等效应力和拉应力安全系数等数据,结果表明:新型支架在各工况下变形都很小;拉应力安全系数远远大于零;新型聚光器的工作角度为30°时是最差工况;风向与主光轴的夹角越大,镜面上的压力分布越向离风近的一侧集中.     

周期载荷激励下某型柱塞泵机体计算

将某型柱塞泵机体作为线性结构,计算出柱塞在周期激励作用下,柱塞泵机体的位移和应力随频率的响应关系,并给出了具有代表性的两点动态响应曲线;根据该理论分析,找到了柱塞泵机体在周期激励作用下的最佳工作频段,可以有效避免结构发生振动耦合及由其他受迫振动产生的有害影响。     

螺旋槽小孔节流动静压气体轴承静态特性研究*

以螺旋槽小孔节流动静压气体轴承为研究对象,运用变分法求解雷诺方程,利用Fluent软件对轴承静态特性进行仿真分析,研究供气压力、偏心率、转速以及节流孔直径、螺旋槽宽度和深度对轴承静态特性的影响规律。结果表明:相同偏心率下,随供气压力的升高,轴承静态特性增强;相同供气压力下,偏心率越大,承载能力越高,刚度越小;螺旋槽能够显著提高轴承静态特性,且转速越大,螺旋槽对轴承的动压效应越好;保证其他结构参数不变,轴承静态特性随螺旋槽宽度的增加先增大后减小,螺旋槽深度和节流孔直径越小越有利。