基于CFX-ANSYS的灌装头斜T型管接头的流固耦合分析

由于灌装阀接口的结构会对灌装的速度和精度产生影响,针对这个问题应用CFX-ANSYS对灌装头的斜T型管接头进行了双向流固耦合分析,得到了斜T型管接头在灌装过程中的应力、应变以及管内流体的流动特性的变化。分析结果对灌装系统中的斜T型管接头的优化设计及使用维护,有一定的指导作用。     

基于流固耦合的卡车油箱振动特性研究

卡车油箱在使用过程中,存在因振动产生本体及焊缝开裂的问题。针对某400 L卡车柴油油箱,基于流固耦合理论,运用ANSYS软件分析油箱的振动特性。锤击法模态试验和仿真模态分析结果,仿真与试验测得的结构模态参数数据误差最大为13%,仿真的准确性得到验证。油箱结构自由状态下计算得到的前6阶固有频率略大于油箱安装状态下的固有频率,油箱固有频率会随着液体含量的增加而降低。油箱的固有频率在液体量从0到100 L以及300到400 L这两阶段变化明显。油箱充液比低于1/2时,油箱结构的各阶固有频率均高于危险区域的频率,不会产生共振。充液量大于3/4时固有频率接近于30 Hz的标准规定值,存在共振风险。油箱设计时,应优化油箱的结构,使其在充满液量时也能避开30 Hz标准值,更为安全。     

考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析

研究了两种最常见的流体管段结构模型与计算。对于直管,利用拉氏变换把时域方程变换到频域,对频域方程进行推导求解,得到了直管的频域解析解;对于弯管,直接对方程模型进行整体求解,同样求得了其频域解析解。然后以Davidson单弯管模型为例,说明典型管段结构组合的管道系统的求解方法,并验证直管以及弯管模型和求解方法的正确性。最后,通过改变弯管的弯曲半径以及角度来对管道的流固耦合振动特性的影响因素进行分析。结果表明,弯曲角度以及弯曲半径越小,频谱曲线密集程度越低,耦合振动越弱,反之越强。     

基于流固耦合的管道双车振动运移水力特性研究

为了探究流固偶合作用对筒装料管道水力运输流场水力特性的影响,采用商用ANSYS Fluent 12.0软件对管道流场和管道双车结构响应进行联合求解,并分析管道双车在平直管道振动运移的水力特性。管道流场计算采用雷诺时均动量方程和RNG k-ε湍流模型,管道双车结构响应计算采用刚体运动方程。结合模型试验,分析轴向流速及测压管水头,并将模拟结果与试验结果对比。结果表明:模拟结果与试验结果一致,最大相对误差不超过5.36%,说明采用流固耦合方法求解管道双车在平直管道振动运移的水力特性是可行的;管道双车瞬时速度与间距均在微小范围内呈不规则振动变化,可将管道双车振动运移视为恒定运动。     

基于流固耦合的旋翼结构振动载荷计算分析

建立旋翼结构振动载荷的流固耦合分析方法,计算分析旋翼前飞状态下的结构振动载荷,其中旋翼动力学模型中采用大变形梁模型,旋翼气动模型采用CFD模型,利用多重滑移网格技术实现旋翼变距、旋转等运动,最后采取松耦合策略集成动力学、气动模型。在结构和气动模型分别验证的基础上,通过计算SA349/2直升机桨叶在前飞状态的挥舞、摆振剖面结构振动载荷并对比飞行实测数据,验证流固耦合计算方法的准确性,同时对比自由尾迹模型计算结果,证明在旋翼结构振动载荷计算当中引入CFD方法能有效提高载荷计算的预估精度。     

单联和双联液压管路系统流固耦合振动特性分析

飞机液压管路常用于发动机的燃油与滑油输送,由不同种类的卡箍将其固定,组成液压管路系统。根据管路形状不同,连接形式多样,常见的包括单联液压管路系统和双联液压管路系统。为避免复杂工作环境下因流固耦合振动而导致管路系统出现振动失效等问题,以典型的单联和双联液压管路系统为对象,基于管路本体的Euler-Bernoulli梁假设和黏弹性材料假设,采用牛顿法分别对管路和管路中的流体进行受力分析,再通过加减消元推导出管路系统的运动微分方程。然后,进行无量纲化处理,依据管路两端一般支承的边界条件求解出管路系统模态函数和频率方程,并通过Galerkin法将单联和双联管路系统的运动微分方程在模态空间内展开,进行振动特性的计算分析,获得内部液压油的流速、压力以及质量比对液压管路系统流固耦合振动特性的影响。     

流固耦合的多层搅拌反应器振动特性研究

针对某型号搅拌反应器搅拌主轴因振动断裂的问题,基于流固耦合理论,采用CFD和FEM相结合的单向耦合稳态的数值模拟以及经验公式计算方法。在考虑流场作用的条件下分析多种方法得出搅拌器的临界转速结果。分析主轴断裂的原因及影响搅拌器的固有频率的流体因素,并对主轴结构进行改进。得出结论:主轴驱动电机转速大于主轴的最低设计转速是主轴产生振动断裂的主要原因;搅拌介质的流体力和阻尼作用对搅拌器的固有频率均有影响;可以将主轴适当加粗以提高其临界转速,从而远离共振范围并有效解决振动问题;采用流固耦合的方法能够考虑搅拌器转动、流体载荷和搅拌桨叶的影响。其计算结果比经验公式更接近实际情况。     

基于流固耦合的箔片气体轴承动态特性分析

基于有限元软件ANSYS Workbench,建立箔片气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨了不同转速和波箔片结构参数（波箔片的长度比、高度以及厚度）对轴承动态特性的影响规律。仿真结果表明：转速增加,轴承的承载能力增加,但稳定性有所下降,更容易发生失稳现象;选取波箔片的长度比在1～1.5之间、厚度为0.16 mm,既可以保证轴承具有较高的刚度,同时又能获得较大的阻尼;波箔片高度与轴承动态特性成反比关系。将仿真结果与试验结果进行对比,验证了仿真计算方法的正确性和有效性。同时本文的研究为优化波箔片结构,改善轴承动态特性,提高轴承运行稳定性提供理论依据。     

铁道罐车流固耦合纵向冲击振动特性实验研究

考虑流固耦合作用下建立由铁道罐车组成的列车的纵向振动及冲击模型的方法仍然是该领域研究长期面临的挑战。为实现此目标,使用某原型车1∶5缩比简化的铁道罐车车辆进行实验,基于随机减量技术和Morlet小波变换方法来研究空载、不同装载高度及装载不同介质时罐车流固耦合模型的纵向冲击及振动特性。随机减量技术用于获得罐车系统的纵向自由响应信号,然后使用Morlet小波变换方法分析自由振动信号,从而辨识出系统的纵向振动频率及阻尼比。     

T型耦合板结构振动特性研究

本文以T型耦合板为研究对象,在同时考虑面内振动和面外振动条件下采用改进傅立叶级数方法（Improved Fourier Series Method,IFSM）对其自由振动特性进行了计算分析。板结构的面内振动和面外振动位移函数表示为改进傅立叶级数形式,并引入正弦傅立叶级数以解决边界的不连续或跳跃现象。将位移函数的级数展开系数作为广义坐标,采用Rayleigh-Ritz方法对其进行求解。通过对不同边界条件及耦合连接情况下T型板自由振动特性进行计算,并将之与有限元法结果相比较,验证了本文方法的正确性和有效性,为耦合板结构的振动控制提供可靠的理论依据。     

基于流固耦合的管道车振动运移水力特性数值模拟与试验

鉴于传统运输方式在环境污染与能源危机方面存在的问题,提出了一种新型节能环保的运输方式——筒装料管道水力输送技术。为了进一步分析管道车在平直管段振动运移的水力特性,采用ANSYS Fluent 12.0对管道车结构响应和管道内部流场进行流固耦合数值模拟,其中流场计算采用RNG k-ε紊流模型,结构响应计算采用结构动力学方程。结果表明:模拟值与试验值基本吻合,且相对误差不超过4.8%;管道车在平直管段的瞬时速度在一定范围内呈不规则振动变化,可以将管道车的振动运移视为恒定运动;管道车近壁面流场区域的沿程测压管水头呈"W"型分布规律;管道车运移时平均能耗与管道流量之间呈线性变化趋势。该研究对进一步准确掌握管道车在平直管段振动运移过程中轴向流速与压强的瞬态变化特性具有重要的参考价值。     

流固耦合船体结构振动计算研究

本文基于水弹性理论，对船体结构的流固耦合振动问题进行了研究，计算分析了波浪中的船体结构振动的固有频率及响应，取得了一些有价值的结果，为实际的船舶设计提供了一定的参考依据。     

载流管系流固耦合振动分析中的摄动法

管路系统的流固耦合自由振动方程为一陀螺系统。当系统自由度很大时,为简化计算,便于分析,本文采用摄动法求解。文章给出了以由流速引起的刚度改变矩阵及陀螺效应矩阵为摄动量的特征值与特征向量的二阶摄动公式,还给出了两端固结等载面直管的计算结果,并与解析法的计算结果进行了比较。     

变质量贮箱类流固耦合系统的振动响应及时频特性分析

研究了变质量贮箱类流固耦合系统的动力学特性。根据虚拟质量法,使用有限单元法构建了变质量贮箱类流固耦合系统的动力学模型,建模过程中着重考虑了质量变化对系统的影响。通过Newmark直接积分法计算出变质量贮箱时变系统的振动响应,分析了不同质量变化率对变质量贮箱系统动力响应的影响,并借助平滑伪Wigner-Ville变换获得变质量贮箱时变系统的动力响应时频谱。结果表明:由于系统质量减少,引起了系统振动频率的增大,并产生一个附加的负阻尼。这个负阻尼的大小与系统的质量变化率成正比。对比不同质量变化率和不同结构阻尼变质量贮箱的动力响应及时频特性,系统的振动频率的范围可以通过系统质量的范围确定,而且当附加负阻尼的作用超过系统结构阻尼的作用时,会使得系统的振动振幅增大,引起系统的不稳定。平滑伪Wigner-Ville变换是处理非平稳信号的一种有效工具。     

基于刚柔耦合模型的微耕机振动特性分析

针对微耕机作业时振动剧烈、操控舒适性差等缺陷开展研究。以南方丘陵地区常用的某型自走式微耕机为对象,依据结构分析及非作业状态下微耕机振动测试结果,结合多体动力学方法,考虑保险杠、发动机托架和扶手架(手柄)为空间柔性体,建立了基于约束的微耕机刚柔耦合动力学模型,并进行了整机系统动力学仿真。同时,开展了微耕机作业工况下振动特性的土槽测试试验。对比分析结果表明:仿真所得到的该型微耕机典型转速工况下手柄处的振动特性曲线与试验曲线吻合,加速度有效值误差小于5. 4%,频谱成分接近,这说明所建立的微耕机刚柔耦合动力学模型是有效的,运用多体系统刚柔耦合动力学建模理论与有限元相结合的方法研究微耕机整机振动特性是可行的。研究结论对于微耕机振动特性研究有一定的参考价值。     

弯曲输流管道流固耦合动力特性分析

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。以流固耦合理论为基础,对脉动压力作用下的弯曲输流管道建立流体动力学模型及固体运动模型,在ANSYS Workbench中分别进行双向流固耦合受力分析、单双向流固耦合对比分析和模态分析,并考虑脉动压力,壁厚和管径等参数的影响。结果表明,弯管最大应力发生在入口和出口附近上下部,最大变形发生在转角及中间处;双向耦合作用下弯管最大等效应力与最大变形量均大于单向耦合;双向耦合作用下弯管固有频率明显降低,且固有频率随壁厚和管径的增大呈非线性增长。     

一种空间润滑装置的流固耦合振动

面向空间润滑中常采用的被动润滑不及时的问题,提出一种主动润滑方法。为了达到主动润滑的目的,提出了一种结构简单易于加工的压电微喷润滑装置。压电微喷装置的固有频率和振型对液滴形成和喷射效果具有重要作用。首先建立考虑压电-流固耦合和压力波传播效应的等效模型。进而利用有限元法对整个装置的固有频率和相应的振型进行分析。最后利用激光测振仪对整个机构实际的振型和固有频率进行测量。通过结果对比验证此流固耦合模型的有效性和方法的实用性。     

分支管流固耦合振动的频域解析解

利用拉氏变换,把时域流固耦合14方程模型变换到频域,对频域方程进行推导,得到12个一元四阶常微分方程和2个一元二阶常微分方程,对其求解,得到了直管的频域解析解。然后结合分支点的平衡条件以及分支管的边界条件,求解得出任意形状分支管的频域解析解。最后,对结果进行仿真计算,利用英国Dundee大学Tijsseling教授的实验结果对计算结果进行验证,并对不同形状的分支管进行了仿真计算。     

考虑流固耦合的管内压力波传递特性分析

考虑流体的科氏力、离心力以及迁移力,导出直管14方程的流固耦合模型,建立不同管段间的角度转换矩阵和流体压力波透射边界的传递矩阵,并验证了该模型及算法的正确性。通过改变介质参数、流体边界条件以及管段间的夹角,对流固耦合作用下的管内压力波传递特性的影响规律及其特征进行了分析和研究。结果表明,由于流固耦合的作用,即使流体在透射边界时,弹性管内亦会出现一定的驻波,且管内介质及管道属性越相近,驻波现象越明显;流固耦合对压力波的影响在流体为“绝对硬”边界时达到最大;当管道强制流体改变运动方向时,由于Burdon耦合的作用,使得压力波的频域响应共振峰增多,并且这些新增的共振峰受转角影响更为明显。     

基于流固耦合的离心泵启动过程瞬态叶片动应力特性

为研究离心泵启动过程的叶片的应力和变形情况,针对IS65-50-160的离心泵启动过程瞬态内部流场和结构场进行了双向流固耦合联合求解。其中流场计算基于RANS方程与SST湍流模型;结构场计算基于弹性体结构动力学方程;对叶轮叶片在双向流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,获得了离心泵启动过程中瞬时效应对叶片应力和应变的影响规律。研究结果表明:叶片的最大等效应力和应变呈振荡上升趋势,振动强度先减小后增大;在离心泵启动过程中,叶片进口与后盖板的交界处出现应力集中,叶片的变形量从后盖板到前盖板呈递增的趋势;叶片的最大等效应力和应变量都大于稳态工况下的最大等效应力和应变量。