基于单向气固耦合的叶轮振动特性分析

为研究空气流场中离心式叶轮受气流激振的受迫振动问题,利用建立等效力学模型的方法,实现叶轮受力复杂简单化的振动特性分析。应用ANSYS Workbench软件对离心式叶轮进行预应力模态分析,得到叶轮结构的固有频率,与理论计算固有频率进行对比,验证模态分析的有效性。基于单向气固耦合分析准确反映叶片的振动特性,叶轮在离心力、气动力及自身重力的作用下模态分析得出最大应力集中在叶片的前缘区域,此区域为最薄弱部分。通过叶轮在不同载荷作用下最大等效压力及最大变形量对比,得出叶轮高速旋转产生的离心力对模态分析占主导因素。     

非惯性系下旋转柔性叶片的动力学分析

旋转柔性叶片是汽轮机关键零部件,针对叶片振动损伤问题,考虑经历大范围运动的柔性叶片刚性运动与弹性变形运动之间的相互耦合,应用哈密顿原理建立了旋转柔性叶片非线性动力学控制方程.考虑旋转离心惯性力的影响以及轴向变形与横向变形之间的耦合,基于假设模态法对方程进行离散,研究了不同转速下梁端部位移的响应.研究结果表明,刚性旋转运动对柔性叶片端部位移的响应具有明显的影响,并且由于离心力的存在,出现了动力刚化现象,文中所用方法及数值仿真结果可用于研究旋转柔性叶片的振动失效问题.     

旋转叶片流固耦合振动对叶端定时测振的影响

叶端定时是一种先进的旋转叶片在线振动监测方法,但其测量准确性受其测点位置变化影响较大,如何选取合适的测点具有重要研究价值。为考虑叶片颤振及其流固耦合振动对测点位置的影响,设置流场圆柱绕流产生涡阶,并对不同转速和裂纹位置下旋转叶片的扭转情况进行分析。计算比较离心载荷时正常叶片的扭转振动,流固耦合下正常叶片、裂纹叶片的扭转振动及叶端各点扭转偏移量对叶端定时测振测点位置的影响。结果表明：流固耦合作用下,转速和裂纹位置对叶片的扭转振动影响较大;叶端定时测振传感器在转速较低时应安装在靠近叶片前缘处,而转速较高时应安装在靠近叶端中间位置。     

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．     

拖拉机船壳流固耦合模态分析及优化

为研究船式拖拉机船壳的动态性能,运用流固耦合有限元法对船式拖拉机船壳进行模态分析。通过模拟船式拖拉机船壳周围流场,计算水田流场压力,将流场压力加载到船式拖拉机船壳表面上,得到船壳预应力下模态频率和对应的振型特征。结果表明,流固耦合作用对船壳模态频率影响较大。与船式拖拉机上发动机、变速箱等激励频率比较,船壳侧板与尾板刚度较低,容易产生共振。然后对船壳进行灵敏度分析和优化改进,改进后的船壳模态频率避开了激励频率,不会产生共振。     

柔性螺旋桨非定常流场及结构动态响应数值计算

为了研究柔性材料螺旋桨的非定常流场特性和结构振动响应,本文采用非定常CFD/FEM流固耦合方法,对均匀来流下各向同性材料柔性螺旋桨的动态特性进行了数值计算。分析了流场非定常波动量和结构振动响应之间的关系,明确了柔性叶片振动特性和流固耦合的机理。结果表明:非定常梢涡的生成与耗散对流场的波动影响较大,而相较流场负载波动,叶片前两阶湿模态频率对结构振动影响更大;柔性桨的推力波动可分解为受静压变形后的刚性桨所产生的推力与高阶频率的流场压力波动的叠加,而在均匀来流中后者数值不大,因此使用稳态流固耦合方法求解柔性桨的敞水性能是合适的。     

混流式水轮机转轮模态计算及振动特性分析

为深入探究水轮机转轮在运行过程中出现裂纹甚至断裂的原因,以国内某电站所使用的混流式水轮机为研究对象,基于单向流固耦合理论,采用ANSYS CFX和workbench平台对水轮机全流道进行数值计算,得到水轮机转轮自由模态和预应力模态前6阶的固有频率和振型,并将转轮的固有频率与各水力激振力频率进行比较,分析其变形及振动特性。研究结果表明:水轮机转轮最大变形主要位于转轮上冠、下环以及叶片出水边中部;转轮的振型主要表现为摆动、绕轴旋转、弯曲及沿轴向方向上下振动;水轮机在转速n=272.7 r/min下运行时,激振频率与低阶固有频率相近,机组易发生共振。     

10MW风力机叶片设计与动力特性

为了研究大型风力机叶片在静止和转动状态下的振动模态及其变化特点,通过叶素动量理论和复合材料的叶片设计方法完成了10 MW风力机叶片的设计.基于多体系统动力学理论和超级单元模型,结合动力学分析软件ADAMS对静止状态下叶片的线性特征值进行了分析,考虑叶片的弹性变形和旋转,应用刚性积分方法对叶片的非线性控制方程进行数值求解,通过傅里叶谱分析方法,实现风轮旋转条件下的运转模态识别.结果表明,在动力刚化效应作用下,叶片的固有频率会随着转速的增加而增大.     

基于流固耦合的风力发电机周围流场特性分析

为了提高风能利用效率,合理设计风电场,基于ANSYS Workbench有限元仿真平台以水平轴风力发电机为研究对象,在额定工况条件下对风力发电机周围流场特性进行了流固耦合分析,得到了风力发电机尾迹及叶片附近旋转域流场的风速、风压分布.结果表明:在风力发电机后不同距离的截面处,其湍动能沿竖直方向均呈现“M”型变化趋势;在水平方向上,部分流经叶片的空气产生了旋转,并具有向四周扩散的现象;在叶片旋转域中,沿叶片径向其风压与风速不断增大.     

基于ADINA的压力管道流固耦合分析

压力管道系统中存在流体和结构之间的耦合振动.对压力管道的流固耦合现象进行分析,建立了流固耦合的有限元数学模型,运用有限元软件ADINA模拟阀门开关引起的过渡过程,对直管压力管道在不同约束条件下的流固耦合现象进行了数值模拟计算,并进行了模态分析.计算结果表明流固耦合作用对压力管道系统的运行有重大影响,验证了压力管道考虑流固耦合的必要性.     

风力机复合材料叶片流固耦合分析

为了给风力机叶片优化设计及研发工作提供准确的数据,减少成品的开发周期,降低成本,并保证风力机的安全运行,提出一种针对铺层后风力机风轮及叶片并利用ANSYS Workbench进行单向流固耦合分析的方法.主要在传统翼型NACA4412模型下进行叶片建模改进,应用铺层设计把叶梢、叶根、展向等改成渐变式厚度并进行流固耦合分析.数值模拟结果表明:叶片在风速13 m/s时叶尖部分压力最大,此时叶片弦长及其厚度处于最小状态,叶片中部靠近叶片前缘的位置为应力最大处.     

A novel vibration modeling method for a rotating blade with breathing cracks

This paper proposes a vibration modeling method for a rotating blade with breathing cracks, considering the coupling of the centrifugal effects, the breathing effects and the crack effects. Firstly, considering the combined effects of the centrifugal stress and the bending stress, a crack breathing model for the rotating blade is proposed. Since the crack surface cannot provide the spanwise centrifugal tensile stress, an additional bending moment will be generated at the crack surface in the rotating state.Therefore, an additional bending moment caused by the centrifugal stress is then constructed. In addition, due to the discontinuity of the crack cross section, the additional stiffness caused by the centrifugal effects of the cracked blade will be smaller than that of the normal blade. Therefore, a correction coefficient of the centrifugal stiffness is built. Furthermore, based on the Lagrange equation and the assumed modal method, the vibration equation of the rotating blade with a breathing crack is established(RBC model), and a strategy is constructed for solving this vibration equation. Finally, taking the finite element model(FEM) as a reference, the vibration responses of the RBC model, the open crack model(OC) and the bilinear crack model(BC) are compared. The necessity of the RBC model is illustrated, and the accuracy of the RBC model is verified. The RBC model is a computationally efficient alternative to the finite element analysis for the rotating cracked blade. It can provide an important tool for the vibration modeling and the vibration analysis of the rotating shaft-disk-blade system with cracked blades.     

循环对称结构流固耦合振动分析的杂交子结构和组合模态综合法

将杂交子结构法和组合模态综合法辅之以群表示论来分析循环对称结构流固耦合振动问题,使相应的特征方程的阶数大规模地降低,从而达到简化计算,节省机时,减少内存和初始值输入之目的。对C_6结构进行了计算和实验,计算结果与实验值基本吻合。     

大型风力机叶片三维建模及模态分析

对大型风力机叶片开展了三维建模和模态分析。先确定叶片几何参数,再将其翼型平面坐标转换为空间坐标,并通过Proe生成叶片三维几何模型。采用模态提取方法 Block Lanczos法对叶片进行模态分析,得出了叶片的前10阶模态,结果显示叶片的主要振动形式为挥舞和摆振,有较强的抗扭转能力,设计中应加强叶片的弯曲刚度。这为大型风力机叶片的设计和优化提供参考。     

非惯性参考系下旋转叶片系统的动力响应

应用拉格郎日方程和有限元素法考虑了刚体运动和弹性运动的耦合关系在非惯性参考系下建立了叶片系统的相对运动学方程，叶片的动力学方程中刚度矩阵是一个随时间变化的矩阵，应用模态分析法对其进行了解耦，得到一个二阶微分主程组，并用Matlab对方程进行了仿真，结果表明，刚体的运动使得叶片系统振动频率降低，反映出刚体运动对弹性体运动有一定的影响。     

冰箱压缩机壳体噪声辐射数值分析

为了降低冰箱压缩机的噪声，并进一步优化壳体的声学特性，利用数值模拟方法，对壳体的振动特性和噪声辐射的影响因素进行了研究.在壳体模态分析的基础上，分析了泵体支撑方式、壳体形状、厚度和阻尼等不同壳体参数对壳体噪声辐射的影响，结果表明，泵体与壳体采用底部支撑方式联接、上壳体采用大的圆角半径、增大壳体壁厚、增大阻尼等均能降低壳体的噪声辐射.运用流固耦合有限元方法，计算了在不同润滑油量下壳体的耦合模态，以及壳体在单点激励下的远场辐射，结果表明，第5阶和第10阶固有频率随着油面高度的增加呈下降趋势；壳体在1 000～2 000 Hz的噪声辐射其峰值随着油面高度的升高逐渐增大，并逐渐向高频移动，实验结果与理论分析相一致.     

基于ALE法的输电塔-风流固耦合振动特性研究

基于ALE(拉格朗日-欧拉)法推导了结构-风场联合作用的流固耦合方程,并对结构的运动方程与流体控制方程进行了空间离散及迭代求解.应用此方法,分析输电塔-风耦联自由振动特性,得到在耦合场作用下输电塔结构的振动特性,计算结果表明了本文采用方法求解非线性耦合振动问题的有效性.     

基于ANSYS的含液容器流固耦合模态分析

讨论了含液容器流固耦合动力特性的有限元方程，用ANSYS软件对正方形充液容器进行了模态分析。得出其理论模态特性，结果表明该模型有效可靠。