基于流固耦合的离心通风机叶轮强度研究

考虑风机工作时叶轮变形对流场的影响和气动力对叶轮变形和应力的影响,采用软件CFX进行流场计算、ANSYS进行结构计算,以MFX - ANSYS/CFX为数据耦合平台,应用弱耦合方法对风机叶轮强度进行研究.计算结果表明:叶轮最大总变形发生在叶片吸力面的中间位置,最大等效应力发生在前盘;在风机不同的稳定工况下,叶轮最大等效...     

基于流固耦合的重力坝深层抗滑稳定离散元分析

在计算节理和断层时,基于连续介质力学的有限元法和假设岩体为刚性体的刚体极限平衡法有其内在的缺陷,在重力坝深层抗滑稳定的计算中遇到较大的困难,而离散元方法可以解决这些问题.采用离散元强度储备系数法分析了重力坝的深层抗滑稳定,其中考虑了渗流与变形的耦合效应,得到了坝体在降强前后的应力位移规律,给出了抗滑稳定安全系数和最终的破坏滑动模式.通过对关键点部位的应力及位移变化情况的记录,更清楚的了解坝体的变形情况和受力特点,而后将考虑流固耦合与不考虑耦合作用的结果进行了对比,考虑耦合的计算结果较小,其值偏于安全.最后通过与刚体极限平衡等K法计算结果进行了比较,采用流固耦合方法的计算结果与等K法结果比较接近,而其该方法物理概念明确,可以采用其方法计算重力坝深层抗滑稳定问题.     

悬臂式离心泵流固耦合特性研究

针对悬臂式离心泵流固耦合问题,采用单向耦合方法,在不同悬臂比、不同工况下,分析叶轮应力、应变的变化规律,获取离心泵在运转过程中最容易发生强度破坏和刚度破坏的位置,并在有预应力和无预应力下,对不同悬臂比离心泵的转子动力学特性进行研究。结果表明:在一定工况下,悬臂比越小,叶轮的变形越小,叶轮后盖板中间流道处最有可能发生刚度破坏,叶片出口边缘与前、后盖板交接处最有可能发生强度破坏;悬臂比越小,离心泵转子系统的固有频率越大,流固耦合作用会降低转子系统的前三阶固有频率。     

基于CT成像的冠状动脉搭桥血管的流固耦合分析

针对冠状动脉旁路再狭窄重建个性化血管模型,通过计算流体力学方法研究血管几何模型和弹性血管壁对血流动力学特性变化导致的冠脉搭桥血管再狭窄的影响.根据冠状动脉搭桥手术患者的原始CT数据,导入到MIMICS软件中构造出冠状动脉移植血管的三维表面模型,并生成血管壁NURBS曲面模型,进而建立血管壁/血液耦合模型,采用有限元方法在ANSYS Mechanical和CFX两个模块的基础上,通过专用的流固耦合算法实现弹性血管壁和血液的双向耦合计算,在给定脉冲压条件下模拟出弹性管壁和刚性壁面的壁剪应力分布和变形情况,并且进行比较.研究结果表明:个性化模型的最大壁面剪应力和位移要高于CAD简化模型,而且2模型中最大位移发生的位置也完全不同;流固耦合模型的最大壁面剪应力和位移均低于刚性血管壁模型.计算结果可为临床上冠脉再狭窄的诊断提供更加合理的数据参考.     

基于ADINA的多孔介质流固耦合分析

基于流固耦合的研究理论,根据多孔介质(过滤板)中流体与结构之间的耦合关系,以有限元分析软件ADINA为平台,建立多孔介质(过滤板)的三维有限元模型,计算得到多孔介质(过滤板)在流固耦合作用下应力分布及变形情况.计算结果表明流固耦合作用对多孔介质(过滤板)变形破坏有重要的影响.针对计算结果,为过滤板的设计提出几点建议.     

土工格栅加筋土三轴试验研究

通过三轴试验方法,研究了土工格栅加筋土的强度及变形破坏特性;探讨了在不同加筋情况下,土工格栅加筋土强度影响因素及其变化规律;分析了素土和土工格栅加筋土的变形破坏形式及筋材在土体抗剪破坏过程中的变形机理.试验结果表明,加筋后土体的强度和抵抗变形能力明显增强,加筋土加筋效果在中围压下最合理、最有效;土工格栅加筋土应力-应变关系采用固结围压作为归一化因子具有很好的归一化特性,可以用归一化方程来表示.     

基于嵌入空间变形体法的流固耦合网格更新

为解决在传统基于松耦合技术的流固耦合计算中由于单元类型和数量的不同,网格变形不协调、计算收敛困难以及计算误差大等问题,在进行流固耦合网格更新计算中引入了计算机图形学中基于自由变形（FFD）原理的嵌入空间变形体方法,通过将少量结构节点作为控制点来完成大量流体网格的高阶连续变形功能.计算中考虑了湍流来流边界条件的影响,与采用分区插值方法的计算结果进行了比较,并对流固耦合中的气动阻尼特性进行了分析.验证算例表明：该方法实现了高层建筑的任意复杂连续侧弯及扭转变形,且不受建筑外形复杂程度的影响|计算收敛性和精度更高,数值计算结果与风洞试验的结果吻合更好.     

基于ABAQUS的波纹钢管廊结构受力与变形特性分析

针对波纹钢的受力与变形特性,采用ABAQUS有限元,并结合工程中监测数据,分析了不同填土高度下管廊结构的应力及位移变化特性.结果表明：波纹钢拱涵的位移值与应力值随着填土高度的增加而增大;结构上部区域的位移值要大于下部区域的位移值,最大位移发生在涵顶处;随着填土高度的增加,应力最大值的发生位置也随之上移,且波纹钢拱涵中部位置应力明显大于上部和下部位置;波纹钢拱涵波峰、波谷应力值大小沿截面中轴线左右两侧不对称;波峰处应力要大于相对位置波谷处应力;波纹钢的截面尺寸会影响波纹钢结构的抗变形能力和后期恢复能力,Ⅰ型波纹钢在抗变形能力上不如Ⅱ型波纹钢,但后期恢复能力较强,可塑性较高。     

应力刚化及流体压缩性对混流式水轮机叶片动力特性的影响分析

根据几何非线性问题中的有限变形理论,考虑水体的压缩性用有限元法的位移-压力格式及Galerkin法对混流式水轮机叶片-流体组成的流固耦合系统进行离散,建立了考虑应力刚化影响的转轮叶片流固耦合系统的振动控制方程,并用考虑初应力刚度的有限元法分别对整体转轮叶片及单叶片的耦合模态进行了大量计算,详细分析了旋转离心力和水压力以及流体密度的变化对叶片动力特性的影响,初步揭示其影响规律．     

基于热流固耦合过程的液力缓速器叶片强度分析

针对传统液力缓速器叶片强度的流固耦合分析方法无法真实地模拟叶片载荷分布,以及未考虑流固耦合存在温度场的影响的问题,本文根据质量守恒、N-S、能量守恒以及非线性结构动力学,采用一种新式流固耦合方法以及考虑温度场作用的热流固耦合方法,分别对某型号液力缓速器叶片强度进行数值计算,并将两者结果从叶片位移和等效应力的角度进行对比分析。结果表明:在其他条件相同的情况下,考虑温度场对叶片的复合作用后,叶片位移和等效应力分别增大6%和21%,易引起叶片强度失效,存在安全隐患。     

汽车车架的静态强度分析

汽车车架是汽车的重要组成部分 .应用有限元方法对SJZ 6 30型汽车车架进行了静态强度分析 ,计算汽车车架在弯曲工况、纯扭工况、弯曲与扭转联合作用下的静态强度和静变形 ,计算结果表明 :在纯弯工况下 ,结构的最大应力发生在车架支承点 (2 9节点 )处 ;在纯扭工况下 ,结构的最大应力发生在车架 19节点处 ;在弯曲与扭转联合作用下 ,结构的最大应力发生在 13节点处 .经强度校核 ,该车架强度满足要求 ,所得结果可为该车架的修改设计提供参考     

螺旋离心泵的双向流固耦合分析

基于Reynolds时均化N-S方程、标准k-ε两方程湍流模型, 以及结构响应的弹性体结构动力学方程, 采用多重坐标系法, 对螺旋离心泵清水介质时的内流场和结构动力学进行双向流固耦合全三维数值计算, 将计算结果与非流固耦合计算流场进行对比, 分析流固耦合作用对泵外特性及不同叶轮位置泵内压力场和速度场的影响。结果表明:采用双向流固耦合模式的扬程和效率预测值更接近试验值; 在小流量下流固耦合作用对外特性的影响较大, 而在大流量下对外特性影响较小; 流固耦合作用对压力场和速度场的影响主要集中在蜗壳扩散段, 对蜗壳其他部位和叶片影响较小; 在两种计算模式下蜗壳中截面压力分布出现明显差别, 并在叶片出口正对隔舌时压力分布出现突变。       

土坝防渗墙设置摩擦单元对墙体应力变形的影响

以某水库副坝混凝土防渗墙为例,采用二维非线性土石坝有限元计算程序对其典型剖面进行了有限元计算,重点分析了设置摩擦单元对墙体应力变形的影响.最后指出:设置摩擦单元后,墙体位移明显减小,大小主应力有所改变,最大应力值发生位置没有改变.     

移动粒子半隐式法模拟入水冲击流固耦合问题

利用传统的基于网格信息的方法处理大变形自由表面、液面破损、弹性结构变形等问题时,网格会产生严重的扭曲变形,从而导致较大的计算误差甚至计算终止。移动粒子半隐式（MPS）法是一种无网格拉格朗日计算方法,摆脱了计算网格的约束,抛开了网格重构。在计算过程中不会发生网格变形过大或者网格畸变的问题,适用于处理流固耦合交界面等不连续问题.采用统一的MPS粒子将宏观流体和固体按一定的形式离散,解决统一坐标系的协调问题.在利用传统的网格数值方法计算流固耦合问题时,对流固耦合交界面的处理非常繁琐,而利用MPS法则不需要对流固耦合交界面做单独处理,简化了处理程序.运用MPS法对平底结构入水冲击问题进行流固耦合数值模拟。模拟和实验结果的对比表明MPS法可以很好地应用于冲击入水等不连续问题的数值计算.     

L型层合梁分层破坏的高阶理论分析

目前国内外有限元软件均采用一阶剪切变形层合板理论,对板壳等结构均不能计算层间应力,不能分析层间分层破坏,这已成为复合材料结构分析的难题。本文基于整体-局部高阶剪切变形理论对软件Abaqus进行二次开发,对L型梁的层间分层破坏进行了分析。对破坏形式及层间应力大小的计算结果与试验结果进行对比,计算与试验结果吻合。高阶理论有限元方法可以准确判断复合材料层合结构失效形式、位置和应力大小。     

波浪作用下局部气垫双体船柔性气封变形分析

为了研究局部气垫双体船柔性气封在波浪中的变形特性，本文基于流固耦合方法，采用计算流体力学对局部气垫双体船的艏艉气封形式进行了相应处理。在此基础上，分别研究了航速为3.6和5.0 m/s时，波长为5和7 m时艏艉气封在波浪中的变形和受力特性。结果表明：基于流固耦合方法对柔性气封进行处理时，需要通过各个裙指的非粘连来解决大变形带来的网格畸变；在给定杨氏模量为10 MPa下，艏艉柔性气封的变形是微幅的且近似呈现线性规律，变形的均值范围最大不超过0.5 mm;艉气封所受到的压力值均大于艏气封处的压力值，但总的压力值不大于19.0 kPa,这种规律在高速3.6 m/s时更为明显，也与艏艉气封的变形特性相吻合。     

考虑渗流与蠕变耦合作用的水库滑坡变形数值分析

水库滑坡土体的变形主要是流固耦合作用的结果,但是变形并不是立刻发生的,大都经历了一个时间发展的过程,具有典型的流变特性。本文基于某滑坡土体的蠕变试验结果,推导了扩展的Burgers蠕变模型（M-2K）,并将其推广至三维形式,应用蠕变试验数据对推导的M-2K蠕变模型进行拟合,求得了蠕变模型参数。在传统的流固耦合分析中引入了时间变量关系,构建了渗流与蠕变耦合作用的数学模型,对其进行有限元求解,并应用matlab软件编写了有限元程序。以三峡库区白家包滑坡为例,应用该程序分别对滑坡体进行了考虑蠕变及不考虑蠕变的流固耦合计算。研究结果表明：三维形式的M-2K蠕变模型拟合程度较高,能反映土体的蠕变性质;有限元计算结果说明考虑渗流与蠕变耦合作用下孔压减少值大于不考虑耦合作用下时;选取关键点的耦合及非耦合条件位移计算结果与实际的GPS位移进行比较,两种计算值与实际监测值变形趋势基本一致,考虑渗流与蠕变耦合条件下两个监测点的位移值比不考虑耦合时大,而且与实际值比较接近。研究结论表明：所建立的渗流与蠕变耦合数学模型是合理的,有限元数值求解程序是正确的,该成果为水库滑坡的预测与预报提供了更加合理和更加精确的新途径。     

单层球形网壳梁膜结构设计及力学试验研究

对单层球形网壳梁膜结构进行分析,根据网壳的失效形式确定网壳结构的强度和局部稳定性设计准则,利用有限元分析软件对风场和结构场流固耦合分析,并通过优化设计得到杆件最优截面尺寸.通过对原理样机网壳结构进行多点加载试验,得到最大位移点随载荷变化曲线,并把试验结果与仿真结果进行对比分析,对仿真计算模型进行验证,为同类型单层球形网壳的设计与分析提供理论基础.     

汽车车架的静态强度分析

汽车车架是汽车的重要组成部分。应用有限元方法对SJZ630型汽车车架进行了静态强度分析,计算汽车车架在弯曲工况、纯扭工况、弯曲与扭转联合作用下的静态强度和静变形,计算结果表明：在纯弯工况下,结构的最大应力发生在车架支承点（29节点）处;在纯扭工况下,结构的最大就发生在车架19节点处;在弯曲与扭转联合作用下,结合的最大应力发生在13节点处。经强度校核,该车架强度满足要求,所得结果可为该车架的修改设计提供参考。     

基于(ui,p)格式的U型渡槽动力特性及动力响应分析

结合沙河渡槽的设计要求,考虑渡槽在正常运行过程中槽内水体与槽身产生的动力相互作用,采用流固耦合的理论,建立了水体和结构的耦合场模型,然后对渡槽进行了振动特性分析,探讨了渡槽在6种工况下的模态变化范围,用拟静力法进行动力响应计算,得出渡槽结构在地震作用下位移和应力响应的最值及随时间变化的规律,为该渡槽的抗震设计提供依据.