基于流固耦合的弯管应力有限元分析

弯管在流体作用下受力复杂,准确的应力分析是进行强度计算和弯管设计的重要前提.本文使用ANSYS流体-固体有限元分析软件,建立了管内流体动力学分析和弯管结构应力三维分析模型,利用两种不同物理环境的转换,得出了弯管在流体不均匀压力作用下的应力分布.     

基于流固耦合的泥浆泵剪切阀出口弯管应力与疲劳分析

泥浆泵剪切阀出口直角弯管在流体作用下受力复杂,准确地研究直角弯管内流体的流场以及分析弯管的应力和疲劳强度,对弯管结构可靠性分析和寿命分析起到非常重要的作用.运用软件FLUENT和ANSYS,采用物理环境顺序耦合法进行流固耦合数值模拟,得出了弯管内的流场分布以及弯管在不均匀压力下的应力分布和疲劳寿命规律.该方法对钻井现场施工的安全评估具有重要的意义.     

弯管应力分析及结构研究

通过对弯管内流体应力的理论分析与计算，探讨了利用流体动力学求解弯管应力的方法和对弯管结构的研究。通过有限差分法，获得了流体作用下的弯管最终的应力分布特性，达到了为弯管设计和制造提供参考的目的。整个计算程序在有限元软件ANSYS平台上编译进行，计算过程简洁、快速、符合复杂的工程设计要求。计算结果表明，文中提出的计算方法是可行的、有效的。同时，对弯管的结构进行了探讨，讨论了弯管、流体各参数的变化对弯管应力的影响，得出了一些有价值的结论。     

导流管的流速分析

流速分析是弯管结构可靠性分析和寿命分析的重要前提。文中主要讨论使用ANSYS有限元分析软件,建立弯管内流体动力学分析和结构应力分析模型,数值模拟分析弯管的受力状况及边界条件,对弯管进行二维非线性应力分析,同时探讨了弯管结构、流体流量参数对弯管应力的影响。     

液流冲击作用下的管道振动特性研究

研究了弯管在阀门快速开启过程的振动现象,对流体选用S-A(Spalart-AIlmaras)湍流模型进行了流动模拟,建立了弯管和流体的有限元模型;对阀门进行流固耦合仿真,分析研究了三种不同流速下的弯管振动情形,并绘制了相关节点的位移-时间曲线.结果表明,随着弯管内流体的流速增大,弯管所受应力增大,弯管振动也更激烈.     

基于有限元的弯管应力分析研究

本文利用大型有限元分析软件ANSYS对内压作用下的弯管的应力进行了分析,实现了弯管应力有限元法分析方法.同时详细研究了弯管加工缺陷对弯管应力的影响,进一步验证了理论分析的准确性.     

TBM液压弯管动态特性分析

针对硬岩掘进机(Tunnel boring machines,TBM)上外激励改变弯管动态特性导致其传递效率降低的问题,利用双向流固耦合的方法,建立了流体域和固体域的仿真模型。运用有限元分析软件求解了弯管的应力,发现求解结果和试验结果具有很好的一致性。对比分析了有无基础振动下弯管的动态特性;研究了不同的外激励基础振动参数和弯管的结构参数对弯管动态特性的影响规律。结果表明:应用双向流固耦合的方法更清晰地反映了弯管在强振动环境下的动态特性,为弯管的设计和选型提供一定的参考。     

90°厚壁弯管的应力分析与试验研究

应用ANSYS软件对受内压作用下的大型厚壁弯管进行了应力计算和分析,从而得到该弯管模型的应力分布规律,并结合相应的试验数据进行对比分析,验证了有限元分析结果的可靠性。     

卡盘夹紧作用下弯管和直管变形的有限元分析

应用有限元分析技术研究卡盘夹紧作用下弯管和直管的变形问题。使用ADAMS软件对直管和弯管进行动力学分析,得到夹紧力与管件形状及旋转时弯头所处位置的关系。使用ANSYS软件建立直管和弯管夹持变形的有限元模型,对直管和弯管在夹紧力作用下产生的变形进行分析。使用MATLAB软件建立直管和弯管关于变形量、最大应力与壁厚关系的回归方程。结果表明,弯头在水平位置时所需的夹紧力小于在竖直位置时所需的夹紧力;对于同一形状的管件而言,变形量和应力随壁厚的增加而减小;在壁厚相同时,直管的变形量和应力小于弯管的变形量和应力。     

含腐蚀缺陷弯管的极限载荷分析

应用有限元分析软件ANSYS对含腐蚀缺陷弯管在内压载荷作用下进行有限元分析。分析中考虑了材料非线性和几何非线性的影响,并根据Binfu失效准则,计算分析出弯管不同缺陷尺寸对弯管极限载荷的影响、弯管缺陷处的应力分布状态以及缺陷处随内压改变而变化的应力应变图。根据腐蚀区的应力应变图,对模型的塑性极限载荷压力进行预测,得出了缺陷尺寸对塑性极限载荷的影响及变化规律。     

肠道胶囊机器人的转向随动力学模型

为了实现旋进式胶囊机器人在充满黏性液体弯管内的无碰撞转弯行走,提出一种离散逼近的空间万向旋转磁场控制策略,采用与机器人相连的赖柴坐标系确定机器人的姿态,建立旋转磁场与机器人内驱动器耦合所产生的空间磁力矩模型和弯管液体环境对机器人转弯运动响应的流体力矩模型,对转弯过程中磁力矩和流体力矩的动态响应特性进行理论研究。结果表明在转弯过程中外旋转磁场使机器人发生随动效应,流体力矩使磁力矩诱导的摆动响应迅速衰减现象有利于机器人在弯曲环境内的非接触式驱动。     

动力流体传输曲管振动特性有限元分析

针对悬臂的动力流体传输曲管,建立了它的振动方程和有限元分析模型。并通过对AN-SYS软件的二次开发,自定义了单元,以求解带有陀螺矩阵的曲管振动方程;同时考察了输液曲管的稳定性,求出了输液曲管发生颤振失稳时的临界流速。实例计算结果表明自定义的单元是正确的,具有很高的计算精度。用该自定义单元分析输液曲管的振动特性具有一定的实际意义。     

基于超声波检测的小径弯管缺陷识别

基于超声波检测原理,重点介绍利用改进的超声波探头对小径弯管进行探伤。利用超声波检测仪器对小径弯管进行了测试,通过分析计算,改进了超声波探伤小径弯管的工艺,并通过实验对工艺的准确性进行验证。     

用直接法求解半圆形输液曲管的极限流速

根据D.Alembert原理导出了半圆形输液曲管弯曲-扭转-流体耦合问题的自由振动方程。对这类方程解耦而单独求出弯曲、扭转的解析解非常困难,于是介绍了一种近似计算方法--直接法。采用直接法,首先选取满足自然边界条件但不一定满足方程的试函数作为方程的近似解,并使误差在整个空间上加权累积为零,这可解释为广义力在虚位移上所做的虚功之和为零(平衡方程的弱积分)。而后求出了系统固有频率的近似解析公式,同时也得到了极限流速的近似解析公式。通过算例,分析了曲管中流体流速对系统固有频率的影响,得出了更为精确的结果。     

柔性钻杆O形圈球面密封性能研究

柔性钻杆已成为老井改造和增产提效的重要工具,为保障柔性钻杆球面密封的可靠性,对设计的一种O形圈球面密封结构开展数值模拟和试验研究。基于ANSYS有限元分析软件探究密封间隙、流体压力、转动角度以及有无挡环等因素对O形圈von Mises应力、接触应力、有效密封宽度等密封特性参数的影响。结果表明：流体压力与密封间隙存在耦合关系,流体压力越高要求密封间隙越小;往复转动会导致最大von Mises应力和最大接触应力升高,且随着密封间隙增大而影响加剧;挡环的安装可有效防止在密封间隙和流体压力较大时O形圈挤入缝隙。通过室内试验验证了O形圈球面密封结构的可靠性,为现场应用提供了理论依据和技术支撑。     

Dynamic analysis of Coriolis flow meter using Timoshenko beam element

Coriolis mass flow meter (CFM) is used to measure the rate of mass flow through a pipe conveying fluid. In the present work, the Coriolis effect produced in the pipe due to a lateral excitation is modeled using the finite element (FE) method in MATLAB©. The coupled equation of motion for the fluid and pipe is converted to FE equations by applying Galerkin technique. The pipe conveying fluid is excited at its fundamental natural frequency. The time lag observed between symmetrically located measurement points which are equidistant from the point of excitation, is utilized to predict the mass flow rate. The results predicted by the present code is validated using the experimental, and numerical results published in the literature. The main contribution is the development of a FE model, using three node Timoshenko beam element to analyse the dynamics of fluid conveying pipes subjected to external excitation. The direction of the Coriolis force is perpendicular to the plane containing the velocity of flow vector and angular velocity vector of the pipe. Hence a three dimensional FE model is essential. This model can include curved geometry, damping, velocity and gyroscopic effects for three dimensional flexible tubes. The reduced integration used for overcoming shear locking in two node elements, will result in the formation of spurious modes leading to an incorrect prediction of natural frequencies and velocity. These modes will not occur while using three node elements. Influence of spatial as well as temporal discretisation on the time lag and frequency are also discussed. The sensitivity analysis shows that the time lag varies linearly with the mass flow rate.     

新型管道除锈机行走部弯管通过性的研究

为了描述管道除锈机驱动单元的弯管通过性,建立了管道除锈机在弯管处的运动方程与平衡方程,分析了其差速特性与力学特性,得到了驱动单元能够根据环境拓扑约束自主差速,驱动轮能够提供足够的拖动力,具有良好的机械自适应特性。并且驱动单元在通过弯管的各个阶段,各行走轮运动协调,无寄生功率产生,驱动效率高。     

Numerical analysis for the structural strength comparison of St. Jude Medical and Edwards MIRA bileaflet mechanical heart valve prostheses

This paper presents a numerical analysis for the structural strength comparison of the St. Jude Medical bileaflet mechanical heart valve prosthesis with flat leaflet and the Edwards MIRA bileaflet mechanical heart valve prosthesis with curved leaflet. Computer aided engineering systems are used in the analysis. The blood fluid pressure is applied to both flat and curved leaflets of the bileaflet mechanical heart valve prostheses for the rigid body dynamic analysis to confirm the almost same dynamic characteristics of both flat and curved leaflet motions. Thereafter, using the same blood fluid pressure and dynamic characteristics of leaflet motions, structural mechanic analyses for both flat and curved leaflets of the mechanical heart valve prostheses are carried out to show quite different stress and deformation results, respectively. Conclusively, from the viewpoint of stress, it is revealed that the St. Jude Medical bileaflet mechanical heart valve prosthesis is structurally stronger and better than the Edwards MIRA bileaflet mechanical heart valve prosthesis. Computer aided engineering systems used in this comparative structural analysis are ADAMS for the rigid body dynamic analysis, and NISA for the structural mechanic analysis.     

爪式流体机械中曲爪与直爪转子的性能对比

将爪式流体机械的曲爪型和直爪型转子在型线构成、工作过程、受力变形进行对比。分析两种转子在工作性能方面的不同,并对转子的流场和受力进行数值模拟。研究结果表明:在相同半径条件下,直爪型转子的相对余隙容积小比曲爪型转子,曲爪型转子的压力比和压缩效率高于直爪型转子。直爪转子的最大应力小于曲爪转子,爪背无应力集中现象,力学性能好,承载能力强。     

Transfer matrix modelling for the 3-dimensional vibration analysis of piping system containing fluid flow

For three dimensional vibration analysis of piping system containing fluid flow, a transfer matrix formulation is presented. The fluid velocity and pressure were considered, that coupled to longitudinal and flexural vibrations. Transfer matrices were derived from direct solutions of the differential equations of motion of pipe conveying fluids, and the variations of natural frequency with flow velocities for straight and curved pipes were investigated. The results were confirmed to the corrections of known data. The scheme of this study can be easily applied to the related fields, using small size personal computers with core memory about 200kbytes.