热机耦合作用下缸盖热状态影响因素研究

为研究发动机缸盖在热机耦合作用下的热状态,利用流固耦合方法对缸盖的温度、耦合应力、热疲劳进行分析。然后,基于最优拉丁超立方法以及椭球基(EBF)神经网络模型建立燃烧强度、冷却液流动参数、机械载荷及火力面最高温度、最大耦合应力、低周热疲劳可用因子的近似模型,进行其影响因素的研究。分析结果表明:在燃烧强度的变量中,缸内温度和缸内换热系数对缸盖最大耦合应力以及热疲劳可用因子影响最大;提高冷却液进口温度,虽然降低了缸盖热疲劳可用因子但也升高了火力面最高温度,增大冷却液进口流速虽然降低了火力面最高温度但也升高了缸盖热疲劳可用因子;缸内最大爆发力对缸盖热疲劳可用因子、螺栓预紧力对缸盖最大耦合应力影响效果显著。     

考虑沸腾传热和流固耦合的缸盖热-机动态应力场研究

为详细研究气缸盖的动态热机耦合应力场,进行了一系列沸腾传热实验,并提出提出一种修正后的RPI模型,在该模型的基础上建立了冷却液缸盖的流固耦合计算模型,同时建立了柴油机的工作过程计算模型。以上述模型为基础,对某重型柴油机缸盖的温度场,热应力场,热机耦合应力场以及动态热机耦合应力场进行了分析,结果显示螺栓预紧力对缸盖的热机耦合应力影响最大,缸盖底部排气门鼻梁区的热负荷较重,应该引起足够的重视。     

157FMI发动机气缸盖结构强度研究

以157FMI汽油机由进气道喷射改为缸内直喷过程中的技改关键技术之结构强度为切入点,以火花塞关于气缸轴线对称的位置为喷油器喷射点,建立气缸盖有限元模型,对气缸盖进行结构强度研究。研究结果表明:气缸盖喷油器孔位的最大应力为80.38MPa,也是整个气缸盖最大强度。通过强度和位移校核,低于材料的屈服强度和结构许用应力,最终结果满足缸盖的强度要求。     

基于刚柔耦合模型的卫星成像仪多工况强度分析

阐述了子结构模态综合法的分析步骤和改进Craig-Bampton模态综合法,基于Virtual.Lab Motion的刚柔耦合多体动力学分析流程,建立了将某卫星成像仪主体结构作为柔性体的刚柔耦合动力学模型。对模型施加随机、正弦扫频和冲击三种激励,并分别进行各工况下的强度分析,通过结构等效应力云图判断结构最大应力位置,并校核结构强度。在此基础上,基于模态参与因子对主体结构进行优化,结果表明,优化后的结构最大应力位置不变,等效应力大幅降低,满足强度要求。     

非道路四气门高压共轨柴油机缸盖机械负荷与热负荷分析

以非道路四气门增压中冷柴油机为研究对象,通过台架试验测试了不同工况下缸盖火力面温度场及冷却水套进出水口流量、温度等参数,建立了准确的整机有限元模型与冷却水套流动CFD模型,对冷却水套流场及缸盖热负荷进行仿真分析,优化了水套结构。仿真分析结果表明,缸盖的高温区域主要集中在各缸火力面区域,两排气门之间的鼻梁区热负荷较高,最高温度为337.5℃;由于流动不均匀,缸盖水套壁面的换热系数分布不均匀,差值为62 172 W/(m~2·K);缸盖预紧工况、热载荷工况、爆发工况下最大等效应力分别为242.72,301.25,300.43 MPa,最大应变分别为0.047,0.439,0.458mm,对缸盖强度与刚度影响最大的是所承受的热载荷;对缸盖水套结构进行优化,优化后换热系数均值由8 906 W/(m~2·K)升高到9 065 W/(m~2·K),且分布更加均匀,鼻梁区最高温度降低了9.12℃,各测点温度平均下降6～10℃;缸盖最大应力下降22.71 MPa,最大变形下降0.011 mm,优化效果显著。     

大功率内燃机车柴油机气缸盖热结构耦合应力分析

16V240机车柴油机气缸盖结构复杂,内部布置有冷却水腔和进排气气道,为研究气缸盖在高温、高压燃气、冷却水作用下气缸盖的强度,通过SolidWorks建立了柴油机气缸盖三维几何模型,利用Fluent进行了流固耦合传热计算分析,并以气缸盖温度场为输入载荷,进一步应用ANSYS Workbench平台分析了气缸盖的应力。通过分析得出气缸盖温度、应力云图。通过数值分析得出,气缸盖在多种物理场的作用下,承受较大负荷的区域出现在气缸盖的火力面。对比不同载荷下的应力云图,得出气缸盖主要受热应力的影响。     

基于流固耦合的闭式离心叶轮结构强度分析

分别采用CFX计算出三种工况下叶轮的气动压力分布,利用ANSYS计算出只受离心力载荷作用时的叶轮应力和变形。通过单向耦合得到两种载荷共同作用时的应力、变形结果,最后对叶轮进行了强度校核。结果表明,最大等效应力发生在叶片前缘与轮盖交接处,最大变形发生在叶轮出口处。叶轮的应力主要受离心力载荷的影响,而受气动载荷的影响较小。随着流量增加,最大等效应力和最大变形量随之减小。强度校核表明叶轮满足要求。文中为叶轮的流固耦合的强度计算提供了一种参考,从仿真角度揭示了叶轮的应力分布,为理论分析提供了佐证。     

半开式离心压缩机叶轮叶片单向流固耦合分析

采用非结构化网格有限体积法和有限元方法,进行了不同工况半开式离心叶轮叶片单向气动与强度流固耦合分析。根据计算结果,分析了设计工况下叶片分别在气动载荷、离心惯性力载荷和耦合前两种载荷下的变形、应力分布。并对比分析了不同工况下气动载荷和耦合气动载荷和离心惯性力载荷情况下叶片的最大总变形和最大应力。得出了3种载荷情况下半开式离心叶轮叶片变形和应力的分布特征,探讨了工况变化对叶片的最大总变形和最大应力的影响。     

基于Sehitoglu理论的汽油机缸盖低周疲劳研究

采用基于Sehitoglu理论的数值模拟方法对某小型强化汽油机缸盖的低周疲劳(LCF)问题进行了研究。利用流固耦合方法获得了缸盖温度场,计算了其在温度循环波动状态下的结构应力应变,根据弹塑性有限元分析结果计算缸盖LCF寿命。研究结果表明,危险点机械和氧化损伤率分别为96.47%和3.42%,疲劳寿命结果为7 480次循环,此方法综合考虑了机械、氧化和蠕变损伤对疲劳寿命的影响,能够较为全面地预测缸盖LCF寿命。发动机顺利通过样机可靠性试验,证明了上述方法的有效性。     

基于流固耦合方法的300MWe级反应堆主泵叶片应力分析

以国内某300MWe级核电站冷却剂泵为对象,从安全性出发,利用流固耦合技术,通过求解流体和固体耦合方程,对稳定工况下的叶片应力进行计算和分析。理论分析表明,主泵动静叶片的应力主要包括离心力引起的拉应力、流场压力引起的弯、扭应力和温度场产生的热应力;通过对计算结果进行分析,得到结论:最大米塞斯等效应力发生在固支约束处,叶片应力不具有严格的周期性,导叶体段复杂的内部流场是其应力分布无规律性的内在原因;综合对比计算和理论分析结果,证明动静叶片应力的差异性,并简要分析上述差异的主要影响因素。由第四强度理论进行的校核结果证明:主泵满足美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)的强度要求。为改进叶片翼型设计、保障主泵水力性能和强度要求提供有效依据。     

基于ANSYS/Workbench举升油缸液压管的流固耦合分析

采用计算流体动力学方法,分析了高压油对液压管道的应力和固有频率的影响。以液压系统的一段长液压管道为研究对象,通过流固耦合对液压管道进行了静应力强度分析,并且在有流固耦合作用的管道和无流固耦合作用的管道两种情况下进行了模态分析。研究结果表明,在不同的位置固定管道有不同的最大等效应力值,其出现的位置也有所不同,为履带式沙滩清洁车的管道设计及固定方法提供了可靠的依据;其模态分析结果也为管道振动的控制提供了重要的动力学依据。     

固态发酵罐热-固耦合应力及强度分析

利用有限元的热-固耦合分析方法确定了发酵罐危险部位,以及最大应力、应变值,对计算结果进行了分析,依据计算结果进行了罐体结构强度的安全校核,分析结果表明发酵罐样机罐体强度安全,研究方法及结论对发酵罐应力分析、强度评估、结构优化机制造具有实际指导意义与借鉴价值。     

撬装式LNG加液站管道非线性热-结构耦合有限元分析

为分析-162℃和1.6 MPa内压下撬装式液化天然气加液站管道的应力和强度,采用UG建立几何三维模型并导入软件Ansys,分别模拟了加液、卸车和调饱和三种运行状态的温度场,然后进行非线性热-结构耦合分析,获得了整个管路的应力分布状况,同时确定最大应力位置并进行强度校核,并通过强度试验验证有限元法的可行性。结果表明各工况下管道应力符合极限应力要求,低温是产生管道应力的主要因素,法兰端面会出现应力集中。     

高速膜盘式太阳轮轴的疲劳强度分析

膜盘联轴器依靠圆盘几何型面的弹性变形补偿输入和输出端的微量位移和角度偏差,且有效地承受离心力、轴向变形作用和传递转矩载荷,主要应用于航空、燃气轮机等高精度和高参数的领域范畴。建立了膜盘和太阳轮轴耦合结构的膜盘式太阳轮轴强度分析计算离散模型,依据旋转机械强度理论,对单一载荷和多耦合载荷作用下太阳轮轴的静强度和疲劳强度展开研究分析,并采用两种疲劳强度评定准则进行强度校核。结果显示,在使用条件参数范围内,单一或多耦合载荷作用下轮轴设计结构强度均满足使用要求;转速与应力呈现非线性关系,造成齿根处发生较大应力,且与耦合载荷引起应力占据比重交替增加;提出高速旋转机械部件进行结构设计时,应充分考虑其离心力和科氏力引起的结构应力作用。同时,在单轴和多轴两种疲劳强度评判准则下,结构设计安全,且具有较大的安全裕量。最大剪切应力主要集中在膜盘轴肩圆角过渡区域,节点最大应力为137. 3 MPa。     

汽车电子水泵蜗壳与叶轮轻量化模型的强度分析

在对汽车电子水泵的蜗壳和叶轮进行轻量化设计后,需验证轻量化模型是否满足工作强度要求。现采用流固耦合的方法,对蜗壳和叶轮模型进行强度校核分析。首先,在有限元分析软件ANSYS Workbench中对电子水泵内部流场进行仿真分析,获得蜗壳与叶轮的静压分布图;随后,通过FSI接口实现流场与结构场之间的数据传输,进而完成蜗壳与叶轮的静态结构压力分析计算。计算结果表明：蜗壳的流场压力由基圆向外依次递增,在蜗壳出口处压力值最大,叶轮的流场压力由轮毂向外依次递增;经静态结构分析得出,蜗壳的隔舌处受到的最大等效应力为4.46 MPa,叶轮的下盖板外圆处受到的最大等效应力为19.619 MPa,均满足强度要求。     

轻型货车燃油箱结构强度仿真分析

为了解决传统燃油箱设计成本高,生产周期长的问题,对一款轻型货车燃油箱制动工况下的变形与应力情况进行了有限元分析。首先通过Pro/E软件对燃油箱进行三维建模,利用workbench平台创建其有限元模型;而后对燃油箱进行了不同充液比的模态分析,获得了不同充液比下的固有频率;再对其进行了制动工况下静态结构强度分析,并采用VOF对其进行液体晃动仿真模拟,最后将液体晃动仿真模拟结果作为载荷输入对模型进行流固耦合求解,获得燃油箱的应力分布情况。研究结果表明:燃油的存在对燃油箱的固有频率具有较大影响,不可忽视;静态结构强度分析结果具有初期设计校核的意义;流固耦合分析后发现制动过程燃油箱所受最大应力小于屈服强度,符合设计要求,燃油箱损坏更多地体现为疲劳破坏。     

减温水调节阀样机的热固耦合分析研究

主要阐述了减温水调节阀的热固耦合分析研究。建立了热应力分析模型对调节阀样机进行了分析研究并验证了网格独立性,获得了该阀门的薄膜应力、薄膜加弯曲应力等应力状态,在应力最大处选取应力评定线进行等效线性化处理,并结合相关分析设计标准进行应力评定,结果表明:该阀强度合格且安全裕量较大。     

核主泵高温工况下叶轮结构力学分析

为了验证主泵叶轮在设计工况下的完整性,通过三维软件Pro/E对主泵叶轮进行三维造型,应用计算流体力学软件ANSYS—CFX和Workbench对主泵叶轮进行耦合计算,分析了在轴向力载荷、转矩载荷、离心力载荷、混合载荷以及125%1临ti界同步转速与1.252倍转矩M。载荷工况下叶轮的最大应力强度分布。分析了叶轮应力、应变的分布规律,揭示出转子部件由于变形过大以及强度不足而引发失效事故。计算结果表明,在反应堆一回路额定工况下,在轴向力+离心力载荷工况下,叶轮产生最大应力变形,叶轮叶片最大变形发生在叶片出口尖部,变形量约0.58 nll/l;最大应力位于叶轮体及叶轮外径之间的过渡区,叶片出口区域最大应力值为112.4 MPa。     

基于SolidWorks流固耦合对闸阀阀体结构分析和优化

对闸阀阀体结构强度进行分析,使用SolidWorws三维软件生成闸阀阀体的三维模型,运用Simulation模块直接对阀体进行结构分析,得出阀体的受力状态;再利用流固耦合的方法对阀体进行结构分析,分别对两种方法进行优化分析。结果表明,流固耦合方法的最大应力更小,优化裕量更大。     

基于SolidWorks的滑块式万向接轴扁头的强度分析

在轧钢机中,滑块式万向接轴的应用非常广泛。本文以功能强大的三维绘图软件Solid-Works为载体,以某型号轧钢机中滑块式万向接轴中的开口式扁头为研究对象。在软件中对扁头进行三维建模中有限元分析,并进行强度校验。利用该软件的有限元分析功能,通过适当的简化和耦合处理,对模型进行约束和加载,得出扁头所受应力的分布规律及最大应力位置处。利用经典公式计算其最大等效应力,并与有限元分析结果对比,以判断该型号开口式扁头的承载能力。