基于CFD/CSD耦合的全动平尾气动弹性特性研究

针对飞行器全动平尾的流固耦合现象,基于CFD/CSD耦合的方法建立了气动力和结构模型,给出了平尾的气动力和结构响应曲线。分别在不同迎角下针对流场的压力分布响应和结构的应力响应进行了详细研究,解释了现象产生的原因。结果表明,考虑弹性后0°迎角下平尾迅速收敛至平衡位置,大迎角时的气动力和结构响应曲线均出现波动,随时间变化逐渐衰减至平衡位置。迎角越大,初始振幅越大,气动力减小越明显,结构应力越大,但随时间衰减得越快。结构变形导致下表面压力分布发生变化,对于平尾前缘、靠近翼根部分上偏压力增大,靠近翼尖部分下偏压力减小。平尾后缘均上偏压力减少,使得平尾整体压力减小、升力系数降低。靠近翼轴处应力较为集中,而翼轴上的应力较小。平尾上存在弯曲/扭转耦合现象,且迎角越大耦合越明显。     

热固耦合下三螺杆泵转子的结构特性研究

三螺杆泵在工作中产生的高温流体会导致螺杆转子产生形变,针对这一问题,对不同工况下螺杆转子的变形和应力进行了研究.基于有限体积法数值求解了N-S方程,得到了螺杆泵的温度场,通过对比模拟数据与实验数据确保了流场求解的准确性;采用了CFD/CSD耦合求解技术,将温度场数值插值到转子的结构网格上,以作为转子热分析的外载荷,进而...     

基于Hamilton原理的大展弦比直机翼固有特性分析

基于Hamilton变分原理,推导具有几何非线性特点的大展弦比直机翼的自由运动方程。基于所推导的运动方程,将机翼简化成薄壁盒型梁,分别对铝合金梁和复合材料梁进行MATLAB仿真,得到机翼的固有频率。并且将仿真得到的结果与用NASTRAN计算得到的结果进行比较,两者所得的结果一致。     

改进的动弹网格方法在航空气弹计算中的应用

气动弹性是现代航空气动力计算中一个突出的问题。主要研究基于Delaunay图映射方法的动弹网格的欧拉方程CFD计算及其在航空标模M6机翼上的静气动弹性应用。以Delaunay图映射方法为基础,针对三维非结构运动网格技术进行了研究、开发和改进,同时利用计算流体力学的方法,开发了一套适用性较好的非结构网格欧拉方程流场求解器,进一步通过流固耦合的力学方法,对航空标模M6机翼的静气动弹性问题进行了研究和分析,给出了CFD并行计算的设计方法及算例。     

大型轴流风机叶片的气动弹性数值分析研究

在叶轮机械的流固耦合中以弹性体流固耦合问题最具难度。在这类问题中,需要考虑叶片在运转过程中的弹性变形与振动对流场的影响以及振荡流场的反作用。以北京地铁18号专用轴流风机为例,在考虑叶片变形和流场之间相互影响的耦合状态下,探讨机叶片气固耦合问题的计算方法。采用CFX软件进行流场计算、ANSYS软件进行结构计算,以MFX- ANSYS/CFX为数据耦合平台,应用弱耦合分区法对风机叶片的气动弹性进行数值模拟分析。并与不考虑叶片弹性变形的情况进行对比,发现考虑气动弹性的最大应力几乎是不考虑气动弹性的最大应力的两倍,相应的安全系数相差较大,不考虑叶片的气动弹性容易高估叶片结构的安全性。分析考虑弹性变形对叶片结构安全性的影响,说明叶片的气动弹性分析的必要性和重要性。     

基于CFD的可倾瓦轴承静动特性研究

目前对于可倾瓦轴承的静动特性研究方法,主要是先研究单块瓦片的特性,再通过瓦片子系统的叠加得到轴承整体特性,在计算中忽略了瓦间间隙及瓦块相互之间的流场影响。用瓦块独立计算模型模拟理论计算中只考虑轴瓦与轴颈间隙流场的情况,整体计算模型考虑轴承瓦间间隙的影响,在Fluent软件中计算两种模型的静动特性参数,并进行对比和分析。计算结果表明,瓦间间隙对轴承流场的影响不能忽略,尤其是在涉及温度场计算时,瓦块独立计算模型计算的结果与整体模型计算结果相差很大。     

大展弦比带外挂机翼的颤振分析

基于哈密顿原理推导建立大展弦比带外挂机翼的动力学方程。为了分析大展弦比机翼特性,考虑了大展弦比机翼的平面内弯曲效应,将传统机翼的弯扭动力学方程扩展到大展弦比机翼的弯弯扭方程;利用Dirac函数考虑外挂位置的影响;采用拉格朗日乘子的方法考虑梁模型轴向不可伸缩约束。引入无量纲化参数对动力学方程进行无量纲化处理。基于梁模型的边界条件,利用伽辽金方法及主振型的正交性将偏微分方程离散为常微分方程,并改写成矩阵和状态方程的形式。利用K方法进行颤振计算,分析外挂参数如外挂质量、位置和转动惯量对机翼外挂系统颤振速度的影响,并分析了各种速度条件下的响应历程。     

考虑连杆比影响的往复式曲轴系统变惯量特性分析

往复式曲轴系统连杆比的变化会影响系统等效转动惯量的大小,而目前应用较为广泛的变惯量公式却忽略了这一因素的影响,这将直接导致系统扭转振动分析出现误差。为了研究连杆比对于等效转动惯量以及系统扭振特性的影响,首先建立了考虑连杆比影响的变惯量公式,并与已有的变惯量公式进行了比较;其次,根据扭振方程的参激非线性特性,应用多尺度方法推导考虑连杆比时系统的主共振平均方程,研究连杆比对于稳态振幅的影响;再次,以某型单缸曲轴系统为例,将两个变惯量公式与精确解进行对比,指出现有公式的不足;最终,利用数值方法研究了基于不同变惯量公式的扭转振动微分方程的振动特性,证明了考虑连杆比的重要性与必要性。     

考虑表面张力影响的表面织构最优参数分析*

采用基于N-S方程的CFD方法模拟了圆凹坑形织构深度和面积率与油膜附加承载力的关系,同时考察表面张力对油膜承载力的影响。通过神经网络非线性映射功能,拟合油膜附加承载力和油膜自身承载力计算结果,再利用粒子群优化算法优化织构深度和面积率并加以试验验证。结果表明：使油膜附加承载力达到最大时,最优织构深度与油膜厚度相关,其比值(织构深度/油膜厚度)约为1.0,最优面积率约为45%。考虑表面张力时,使油膜总承载力达到最大时的最优织构深度和面积率分别为2.5~7.5 μm和45%。对比两部分优化结果可知,是否考虑表面张力不影响最优面积率的确定,但影响最优织构深度的确定。从织构深度和面积率的优化结果发现,不同承载力作用下选择不同织构参数,可取得较小的摩擦因数,并通过试验验证,优化结果合理、正确。     

考虑横向惯性效应的钻柱纵向振动特性研究

在理论分析的基础上,提出利用改进Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应的钻柱纵向振动问题。根据钻柱实际工作情况,以钻柱整体为研究对象,假设钻柱为能被分成若干个有阻尼特性的Rayleigh-Love杆,以及钻柱内外的钻井液为性质相同的弹性层,据此建立其力学模型和振动微分方程;利用模型中的边界条件和参数之间的关系,得到钻柱底部复阻抗的求解方法,求出钻柱底部动刚度的具体表达式;并分析了不同相关参数对钻柱动刚度的影响。研究结果表明:钻柱动刚度随着频率的增大呈现振幅逐渐增大的周期性变换规律;其他相关参数保持不变,频率相同时,动刚度的绝对值与钻柱长度成反比,与钻柱横截面面积成正比;阻尼系数越大,导致井底对钻柱的作用力也越大,钻柱动刚度的振幅反而越小;钻柱的泊松比越大,随着频率的增加,动刚度的变化周期越长。     

考虑陀螺效应的高速旋转系统弯扭耦合振动研究

基于Timoshenko连续梁理论,运用有限单元法和第二类Lagrange方程,建立了考虑转动惯量、陀螺力矩和剪切变形等因素影响的高速旋转系统弯扭耦合振动的多自由度动力学模型;对其在高转速下的动态特性进行了理论分析和实验研究.分析结果显示,此动力学模型及动态特性分析方法为充分认识旋转机械在高转速下的动力学特性提供重要的理论指导.     

考虑传递路径效应的行星齿轮箱断齿故障仿真研究

断齿是行星齿轮箱常见的一种故障形式。当行星齿轮箱发生断齿故障时,传感器采集到的振动信号由于传递路径的影响会变得复杂,给故障诊断带来困难。为了研究行星齿轮箱发生断齿故障时传递路径对频谱结构的影响,在Adams仿真平台中分别建立行星齿轮箱无故障、太阳轮断齿故障、行星轮断齿故障及齿圈断齿故障的刚柔耦合模型并进行仿真,提取分析了系统不同状态下箱体的振动仿真信号。结果表明,在时域波形中,路径的变化会对箱体固定位置测量点处的振动信号产生明显的调幅作用;在频谱图中,啮合频率的两侧也会产生由不同频率组合的边带成分。该研究可为后续行星齿轮箱的故障诊断提供依据和参考。     

多工况下离心压缩机叶片承载的流固耦合效应分析

针对国内某大型离心压缩机叶轮叶片利用流固耦合技术,通过求解流体和固体的耦合方程,对冬季和设计工况下的叶轮叶片的应力应变分别进行了计算分析。理论分析表明,叶轮叶片的应力主要由离心力引起的拉应力和气动载荷引起的叶片弯应力构成。数值计算表明：对所研究的离心叶轮而言,离心力产生的拉应力是构成叶片应力的主要因素,而气动载荷引起的叶片应力相对较小;但单独进行力学分析其危险工作面的位置会发生变化,计算结果显示应力应变异常区域与实际叶片发生断裂的部位相一致。本文研究结果为实际运行发生事故的原因分析提供一定的依据。     

考虑渐进磨损效应的指尖密封流-固耦合性能分析*

转子的高速转动会造成指尖密封的渐进磨损,进而会对指尖密封的泄漏性能产生影响。考虑渐进磨损效应对指尖密封的影响,建立指尖密封流-固耦合动态性能分析有限元模型,研究指尖密封泄漏性能随服役时间增长的变化规律。结果表明:随着服役时间的增长,指尖密封的接触压力、指尖靴(径向)尺寸以及指尖密封的泄漏率均呈现出非线性变化趋势,且随服役时间的增长,考虑渐进磨损效应与否的指尖密封动态性能间的差异会随之增大。通过指尖密封泄漏性能试验,验证了所构建的考虑渐进磨损效应的指尖密封流-固耦合动态性能分析模型,并根据指尖密封的泄漏性能随服役时间增长的变化规律拟合寿命评估数学模型,经外推后可实现对指尖密封寿命的预测。     

基于CFD分析的表面织构润滑计算适用方程研究

为提出N-S方程和Reynolds方程在建立表面织构润滑计算模型时适用范围的判据,对流体润滑条件下织构表面的流体动力学表现进行研究。采用求解基于N-S方程的表面织构润滑计算模型的方法研究惯性项对织构表面流体动力学性能的影响规律,并通过改变流体域典型长度尺寸l与摩擦副间隙h0的比值对Reynolds方程的适用范围进行探讨。结果表明:当l/h0<46时,惯性项的影响不可忽略,必须采用N-S方程进行织构表面的理论建模;惯性项的影响越显著,织构表面的承载力越大,而流体域中涡流也越容易产生,因而在进行表面织构参数设计时,使惯性项影响增大的同时要尽量避免织构内部涡流的产生;当l/h0≥46时,惯性项的影响可以忽略不计,可以采用Reynolds方程代替N-S方程建立流体润滑条件下表面织构的润滑计算模型,但此时必须考虑空化现象对压力分布的影响。研究结果为表面织构的设计及理论建模提供了一定的参考。     

气相色谱-质谱离子源内气体密度的数值分析

利用计算流体力学法,对气相色谱-质谱联用仪电子轰击离子源内的气体分布进行数值分析,计算进样毛细管插入离子源不同深度,以及毛细管不同孔径时离子源内气体的分布状态,并讨论毛细管插入深度以及毛细管孔径对离子源内气体分子密度分布的影响。结果表明,毛细管插入离子源特定深度时,离子源离子化区域密度最大。不同孔径的毛细管对离子源密度影响不大。本工作以气体场理论为基础,分析离子源内气体分布状况,为研究气体密度分布对离子源电离效率的影响提供分析方法。     

热分析炉内温度场的气氛流量效应研究

建立了热分析炉炉体及炉内气氛的物理及数学模型,进行非结构化网格划分,运用流体有限元分析软件ANSYS CFX,在热分析炉炉温匀速升高、气氛以不同流量通入的条件下,使用流固耦合方法,模拟了炉内工作室的非稳态温度场。比较在不同氮气流速下炉内工作室进气口区域温度梯度以及待测样品测试区不同位置点温度与加热炉升温温度的偏差,发现预热结构对流量越大气氛的预热效果越差,而一定量气氛流量对炉内温度场均匀性具有改善效果。该结论为热分析炉设计预热结构和实验选取合适的测试环境提供了参考。     

基于N-S方程的微造型表面动压润滑性能的分析研究

根据微造型的几何模型特点,基于N-S方程研究了微造型表面的动压润滑性能,并与基于雷诺方程求解的微造型表面的动压润滑性能进行了比较。结果表明:合适的微造型可以产生动压效果;通过比较N-S方程和雷诺方程求解动压润滑的差异,发现惯性力将对微造型的动压效果产生显著的影响,在微造型表面惯性力的影响是不可以忽略的;微造型的几何参数对润滑性能存在着很大的影响。     

考虑对流换热系数的非对称斜齿轮喷油润滑分析研究

针对非对称斜齿轮喷油润滑啮入侧喷油和啮出侧喷油两种喷油方式,运用计算流体动力学方法进行了研究。基于有限元方法得到了喷油润滑仿真模型的热边界条件;在CFX流体仿真软件中对非对称斜齿轮喷油润滑进行仿真计算,得到了喷油参数在不同喷油方法下对齿面对流换热系数的影响规律。啮入侧喷油润滑方法下,润滑油黏度增大,齿面平均对流换热系数将随着减小,但减小的趋势变缓;啮出侧喷油润滑方法下,随着润滑油黏度的增大,齿面平均对流换热系数逐渐减小,但减小的程度越来越缓慢,说明齿面平均对流换热系数受到润滑油黏度的影响越来越小。啮入侧喷油方法和啮出侧喷油方法下的齿面对流换热系数均随着喷油速度的增大而增大,线性变化明显。说明喷油速度对齿面平均对流换热系数的影响较明显。啮入侧喷油润滑方法和啮出侧喷油润滑方法在相同润滑油黏度和相同喷油速度条件下,啮入侧喷油方法时的齿面对流换热系数较大。