输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

汽车空调低压管路流固耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

汽车空调管路的振动与噪声直接影响车内舒适度。基于计算流体力学和结构有限元的流固耦合方法分析了某型汽车空调低压管路系统在制冷剂作用下的振动特性;建立低压管路系统的有限元模型,进行空管模态分析和流体作用下的预应力模态分析,针对橡胶管结构采用分层建模方法进行模态试验验证;使用流体动力学方法分析了制冷剂的流场特性,获取管壁压力,进行流固耦合作用下的管路振动特性分析,分析了流体脉动频率和橡胶管硬度对流致振动特性的影响。结果表明:空调低压管路的模态表现为低频振动的特点,且模态振型主要体现在橡胶管上;考虑制冷剂与管路的流固耦合作用后,模态固有频率增大,最大增加43.83%;靠近压缩机的橡胶管在脉动压力激励下表现出周期性的振动,远离压缩机的橡胶管振动逐渐衰减;管道应力与压缩机工作频率成正相关关系,管道振动位移随着橡胶管硬度增大而减小。     

基于频响函数综合法的飞轮-轴承-壳体耦合系统扰动力特性研究

为获取飞轮-轴承-壳体耦合系统的动力学特性及工作时由不平衡质量激励传递给壳体的扰动力,采用三维实体单元建立旋转状态下系统的动力学模型,获得考虑陀螺效应、预应力时的模态特性。采用基于频响函数子结构综合方法建立飞轮-轴承-壳体耦合系统的动力学模型,获得不同转速工况下单位简谐力激励时的扰动力输出特性。研究表明,研究飞轮系统的动力学特性应考虑陀螺效应和预应力的影响。利用频响函数子结构综合法可获得飞轮在简谐力作用下的扰动力特性。扰动力特性包含飞轮的刚体模态、弹性体模态以及其与轴承组件、壳体相互作用的耦合模态。飞轮径向模态对飞轮的径向扰动力影响显著,飞轮以轴向变形为主的弹性模态对轴向扰动力影响显著。     

BTA深孔钻杆系统稳定性

针对深孔钻杆系统的稳定性,利用转子动力学和流固耦合理论,建立钻杆系统横向振动动力学模型,该模型考虑流固耦合作用、转动惯量、涡动效应、运动约束和润滑液产生的摩擦阻尼等因素,然后进一步分析钻削深度对钻杆系统固有频率和稳定性的影响.研究结果发现:钻杆系统各阶模态频率随孔深的变化规律并不相同,因此会对深孔加工的稳定性和工件加工...     

蛋形消化池与流体相互作用动力分析

研究预应力蛋形消化池与其内部流体相互耦合作用下的地震响应分析问题。通过ANSYS程序建立了计算流固耦合体系的有限元模型,分析比较了耦合效应对结构动力特性的影响,给出了结构的自振频率、模态、地震响应加速度、位移以及池体的应力。与国内首次模拟地震振动台试验结果进行了比较,两者符合良好,表明该有限元计算模型是合理的,可以应用于类似特种结构。     

级间接触耦合的失谐叶盘模态局部化问题研究

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶盘耦合振动的复杂振动形式,振动能量不再局限于单级叶盘;级间耦合作用导致叶盘系统的频率转向特性发生改变,频率转向区内的模态不再高度密集,降低了叶盘系统对失谐的敏感度。建立了叶片刚度失谐的两级叶盘系统有限元模型并进行模态分析,结果显示失谐叶盘系统模态局部化程度较低。     

考虑叶片旋转效应的风力发电塔架结构风-震耦合响应分析EI北大核心CSCD

中国风电场大多不可避免的建于地震频发地段,在风荷载作用下风机正常工作时发生地震是一概率极大的事件。因此,该文以西北地区某2.5 MW风力发电机为原型,对考虑叶片旋转效应的风电塔架结构在风-震耦合作用下的响应展开研究。利用谐波叠加法生成考虑叶片与塔筒的空间相干性的模拟脉动风速时程;基于叶素动量理论,计算考虑叶片旋转效应的叶轮载荷,并采用尾流模型计算塔筒尾流区塔筒面的载荷;基于有限元软件ABAQUS建立考虑叶片及机舱偏心的集中质量有限元模型并对风力发电塔筒结构在风-震耦合作用下的响应进行分析;探讨了地震输入时刻对于风-震耦合作用下风电塔筒响应的影响。研究结果表明:叶轮旋转效应及尾流对于风荷载的计算影响较大;风-震耦合作用可能使塔顶位移较风荷载单独作用下的小,基底应力接近地震单独作用下的基底应力值;地震动输入时刻对风-震耦合分析有较大影响,建议在设计时予以考虑。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合特性分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合特性分析,包括模态分析和动力学分析。模态分析研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响;同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证。动力学分析研究了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,提出了立管减振措施。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

多环盘组合结构的横向弯曲耦合振动建模与求解

超声谐振系统是旋转超声加工的核心设备,而多环盘结构是超声谐振系统中一种典型的负载结构,其横向弯曲耦合振动分析对于超声谐振系统设计具有重要意义。基于Mindlin厚板动力学理论,利用环盘的位移、转角、剪力和弯矩的连续条件和边界条件,建立了多环盘组合结构的横向弯曲耦合振动分析模型,推导了频率求解方程,并基于MATLAB设计了多环盘横向弯曲耦合振动频率的计算软件。通过理论模型求解、有限元模态分析和齿轮模态实验之间的对比分析,验证了该求解模型的准确性和程序的实用性,为旋转超声加工系统的设计提供了技术参考。     

基于模态动力学的离心风机振动特性数值研究

采用数值方法研究离心风机在流体激励力和叶轮离心力共同作用下的结构响应。离心风机在运行过程中的振动主要由流体激励力和叶轮离心力引起,传统的分析方法很难准确地模拟和预测这种流固耦合振动。首先模拟离心风机内部三维非定常流场,然后将流场分析得出的流体激励力施加到风机叶轮上,采用模态动力学方法对离心风机进行振动响应计算。研究叶片数和前盘厚度两种结构参数对离心风机振动特性的影响。结果表明,存在最佳的叶片数和前盘厚度值,使得离心风机达到较好的减振效果;增加前盘厚度有利于提高叶轮强度,但是随着前盘厚度的增加,系统振动越来越强烈,因此在叶轮设计时应充分考虑叶轮强度以及风机整机振动性能以确定最佳叶轮结构。     

基于模态理论的叶片动频率计算方法

旋转状态下叶片动频率分布情况是叶片设计以及机组故障诊断必须考虑的重要因素。提出了一种基于模态分析理论,利用实测静态叶片模态参数重构旋转叶片动力方程,从而获得叶片在不同转速下的动频率。该方法可以考虑叶片径高比、叶片安装角、仰角的影响,可以考虑叶片切向和法向振动之间以及多模态之间的耦合,计算结果表明该方法具有很强的实用性。还提出了基于模态理论的叶片动频系数计算公式。最后结合实例进行了计算,并分析了误差来源。     

Vibration and optimum design of rotating laminated blades

The vibration and optimum design of a rotating laminated blade subject to constraints on the dynamic behavior are investigated. Restrictions on multiple natural frequencies as well as the maximum dynamic deflections of rotating laminated blades are considered as constraints on the dynamic behavior of the system. Aerodynamic forces acting on the blade are simulated as harmonic excitations. The optimality criterion method and the modified method of feasible directions have been successfully developed for optimizing the weight of the rotating laminated blade. Effects of radius of the disk, aspect ratio, and rotating speed on the system dynamic behaviors and/or the optimum design are also studied. The vibration analysis shows that most of the bending modes can be significantly affected by the rotating speed and the radius of the disk. Results also show that the optimum weight with constraints on the dynamic response is higher than that with frequency constraints. Moreover, results show that the weight of the rotating laminated blade can be greatly reduced at the optimum design stage.     

基于动态子结构法的加筋圆柱壳冲击环境预报

目前舰艇冲击环境预报已越来越受到各国海军重视,其主要的研究手段包括有限元数值仿真和实船水下爆炸试验。由于实船试验耗费大量人力、财力资源且受实验环境干扰较大,不具备重复性,而现代计算机技术发展使得有限元数值仿真模拟舰艇大型复杂结构提供可能,但是舰船局部细化设计过程中,修改局部参数仍然需要对整体结构进行仿真计算,计算机仿真过程中依旧消耗大量计算资源、时间成本。因此本文以保证数值仿真精度同时降低计算成本为根本目的,旨在提供一种基于子结构方法的舰艇整体结构模态信息求解和水下爆炸载荷作用下冲击环境预报技术。     

机载多管火箭系统振动特性研究

多管火箭系统振动特性是科学评价机载多管火箭系统动态性能和提高密集度的重要依据。应用多体系统传递矩阵法,建立了某机载多管火箭武器系统动力学模型,从理论、计算、试验三方面研究了机载多管火箭系统的振动特性。建立了某机载多管火箭武器系统固有振动特性数值计算和试验测试方法,实现了对机载多管火箭刚柔耦合多体系统不同装载情况下固有振动特性的快速计算,数值计算结果得到了模态试验的验证。建立的机载多管火箭武器系统振动特性计算方法具有无需建立系统总体动力学方程、涉及系统矩阵阶次、计算速度快等优点。     

叶片局部损伤对大型水平轴风力机静动态特性影响的仿真分析

基于参数化整机模型研究风力机的静态和动态特性,以及叶片局部损伤对单叶片和整机的静动态特性影响规律,揭示叶片局部损伤与这些特性的关系。使用ANSYS的APDL语言,实现MW级水平轴风力机复合材料叶片的参数化建模;采用公共几何元素、连接单元和自由度耦合等方法,组建包含叶片、轮毂、塔架等部件的整机有限元模型。计算分析了重力、离心力和风压力共同作用下正常整机和包含叶片局部损伤的整机在迎风位置时的静态响应。比较了正常和损伤状态下根部固定单叶片和装入整机中叶片的动态应变响应。研究表明:对根部固定的单叶片,风轮面内的动态应变响应随迎风面损伤程度的增大而减小;对整机中的叶片,垂直风轮面的动态应变响应随迎风面损伤程度的增大而增大。研究方法和结论对大型水平轴风力机叶片损伤的在线监测具有重要 意义。     

叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性振动特性研究EI北大核心CSCD

利用一种基于应变依赖性硬涂层的整体叶盘阻尼减振方案,研究了叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性动力学特性。首先,基于离散试验数据与高阶多项式得到了非线性硬涂层的连续力学参数;然后,利用基于改进复模量理论与复合Mindlin板理论的能量有限元法,创建了考虑应变依赖性的硬涂层整体叶盘的非线性动力学模型;其次,基于Newton-Raphson计算方法提出一套非线性迭代计算流程,求解了硬涂层整体叶盘的非线性共振频率与共振响应;最后,选择叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为研究实例进行数值分析与试验测试,分析了硬涂层及其应变依赖性对整体叶盘振动特性的影响。研究结果表明,整体叶盘在涂敷硬涂层后的振动响应得到有效抑制,而应变依赖性能有效增强硬涂层对整体叶盘的减振效果。     

风力机叶片挥舞—摆振气弹稳定性分析

根据Euler-Bernoulli梁理论和粘弹性材料的Kelvin-Voigt理论建立风力机叶片挥舞—摆振耦合非线性动力学方程。将位移视为静态位移和动态位移的叠加,进而将非线性动力学方程线性化为动态位移的线性方程,得到叶片耦合振动特征方程。使用基于加权残值的Galerkin方法求解特征方程,分析叶片气弹稳定性,讨论风速、安装角、耦合效应和材料阻尼对叶片颤振稳定性和非线性自激振动行为的影响。结果表明:摆振方向易出现不稳定振动,通过设置安装角,利用挥舞—摆振耦合可以控制不稳定振动,但当安装角太大时,挥舞—摆振耦合会引起不稳定振动。     

具有轴向流道的柔性悬臂梁亚临界流速范围内冲击振动响应研究

针对冲击载荷作用下具有轴向流道的柔性悬臂梁流固耦合问题,建立了系统的耦合动力学方程。基于动态Hopf 分岔判定定理,对该系统线性化扰动方程的Jacobi 系数矩阵特征多项式进行了计算,在理论上确定了系统振颤失稳时的临界流速,并通过数值计算模拟了系统的颤振失稳现象。分析了亚临界流速范围内,冲击载荷作用下柔性梁的衰减振动响应,结果显示流体流速V的变化对衰减振动的幅值、持续时间和频率都有显著的影响,在0相似文献   

离散-连续多尺度桥域耦合动力分析方法

基于离散介质理论和连续介质理论,提出离散-连续多尺度动力耦合分析方法,不需要任何附加的过滤和阻尼就能有效地消除高频波的虚假反射。根据实际需求将计算模型划分为连续介质域和离散介质域,其中连续介质域采用有限差分网格模拟;离散介质域采用离散元颗粒模拟。为保证网格与颗粒两种不同介质之间的能量协调,引入拉格朗日乘子将离散元模型和有限差分模型之间的约束关系,通过能量势函数隐含到动力方程中,推导出多尺度域的动力控制方程。基于动力显式算法求解所建立的离散-连续多尺度动力耦合体系,在通用的离散元(PFC)和有限差分法(FLAC)软件中二次开发编制计算程序,从而实现离散-连续多尺度动力耦合算法。通过算例验证,计算结果与分别采用离散元和有限差分法所得结果一致,说明了该多尺度方法可以有效地消除高频波在离散-连续介质界面上的虚假反射现象。     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。