热流环境下航空发动机短环形火焰筒动力学响应特性分析

采用数值仿真分析方法对航空发动机短环形火焰筒结构进行简化处理,构建短环形火焰筒结构模型.通过有限元方法对结构进行流固耦合分析计算,得到火焰筒壁面温度分布及气动压力分布,计算火焰筒结构热模态结果并分析.通过耦合的有限元/边界元法以扩散场的形式对火焰筒结构施加噪声激励载荷,对火焰筒结构多场耦合非线性动力学响应特性进行分析,...     

薄壁结构在热-声-流动载荷作用下疲劳寿命预估

针对航空发动机薄壁结构在热-声-流动载荷作用下疲劳问题。采用耦合的有限元/边界元法,针对高速气流中四边固支的GH188材料薄壁柱壳结构进行动力学响应计算。研究了不同温度场和不同声压级组合下,薄壁结构危险点位置处X方向应力响应规律。基于改进的雨流计数法绘制出结构应力响应的雨流循环矩阵和雨流损伤矩阵,分别对应力循环和结构损伤程度进行分析。结合Morrow平均应力模型和Miner线性疲劳累积损伤理论对薄壁结构的疲劳寿命进行预估。结果表明:相同声压级下,临界屈曲温度前,结构应力响应随温度升高而增大,屈曲后响应随温度的升高而减小;响应曲线先向左发生偏移,然后向右偏移,疲劳寿命先减小后增大;相同温度下,结构应力响应随声压级的升高而增大,响应曲线不发生偏移,结构疲劳寿命线性下降。     

近场结构声辐射模态分析

为减小由瑞利积分计算结构声辐射功率的复杂性及结构振动模态声辐射耦合对辐射效率的影响,提出以有限离散思想为基础的结构近场声辐射模态分析方法,该方法对结构辐射表面进行离散化,利用叠加原理建立近场声辐射模态模型和辐射声功率的计算公式。以简支板为例,利用有限元和边界元法对近场结构声辐射进行仿真分析,计算了结构声辐射模态,辐射效率,声功率及场点声压等声场特性参数,并讨论了不同力作用位置对结构声辐射的影响,得到了简支板结构在简谐激励力作用下的近场声辐射特性。该分析对复杂结构声的近场声辐射仿真计算和主动控制有重要指导意义。     

火焰筒热疲劳分析与寿命估计

发动机火焰筒的热疲劳损伤是导致火焰筒失效的主要原因.在火焰筒温度急剧变化过程中,结构上存在温升滞后现象,热冲击载荷造成局部高温区压缩塑性变形;在持续升温与停车降温过程中,结构自身约束导致此处形成拉伸应力,引发循环塑性行为,从而产生疲劳裂纹.基于该机理,采用有限元方法模拟不均匀温升和循环过程及应力应变的变化,并结合Coffin-Manson规律对火焰筒寿命进行预测,与实际情况对比,说明该机理的合理性.     

驾驶室结构振动及其声固耦合噪声响应分析

利用有限元分析软件ANSYS和声学分析软件SYSNO ISE对卡车驾驶室的振动与内部声场耦合做了数值计算分析研究。介绍了振动频响分析方法,动力学计算与声学边界元模型耦合的具体步骤。通过计算分析,分别研究了驾驶室结构的声固耦合模型与非耦合模型对室内声场的影响,从而找出在不同的壁板厚度条件下,声固耦合作用对室内噪声的影响,以及驾驶室内声场的变化规律。     

动态载荷激励下的床身结构动力学响应

考虑到数控加工系统的振动及噪声问题,建立了数控机床床身的参数化有限元模型,在模态分析基础上计算固有频率与振动幅值。以简谐力作为动态激振载荷,在350-800Hz频率段进行扫频计算,获得了位移—频率和应力—频率曲线,确定了各阶共振频率点的响应幅值,谐振响应结果表明第2阶模态频率对床身的危害性较大。采用Full方法(完全法)对床身进行瞬态动力学分析,计算出了时域下的位移和加速度响应曲线,分析了机床启动阶段冲击载荷对床身的激励影响。在参数化建模基础上实现了床身结构动力学优化,使其动力学性能得到有效改进,有利于数控机床的高速化发展。     

温振复合载荷作用下多层壳结构随机振动响应有限元分析

介绍受复合载荷作用结构动力分析的背景和意义.从工程应用的角度,探讨温度与随机振动载荷作用下结构动态响应的有限元分析技术,包括对流边界条件下温度场的求解、热应力计算、预应力刚度矩阵的建立、响应功率谱分析等.然后以一种典型多层壳结构为研究对象,根据其在温振复合试验中的受试状态建立有限元模型.在此基础上,采用模态迭加方法和等效黏滞性小阻尼条件,计算复合载荷作用下的振动加速度响应,并与单一振动载荷作用结果进行对比,结果发现,由于环境温度的升高,结构的振动模态频率降低,而振动响应增大.分析结果可作为多层壳结构可靠性试验方法选取的参考依据.     

基于预载荷下球磨机筒体有限元分析

以Ф1.5m×3.5m的球磨机筒体为研究对象,在筒体正常工作的静态下,计算出此时筒体所受到的载荷函数,并加载到筒体上,利用ANSYS软件分析筒体受载状态下的应力分布和危险部位。     

极端载荷下风力机耦合动力学分析

在极端载荷作用下,风力机结构会产生振动和变形,影响正常运行,严重时会导致风力机损坏。因此,风力机设计必须考虑其耦合振动稳定性。通过对风力机模型的简化,建立了在极端载荷作用下由叶片、机舱、塔架组成的风力机系统动力学模型和运动方程。利用Matlab/Simulink仿真软件进行振动模拟仿真,仿真数据同实验数据比较,结果表明该模型可以较好的模拟风力机在极端载荷作用下的振动特性,对于提高风力机的总体性能以及风力机的总体设计具有重要的理论价值和实践意义。     

碟形封头与筒体连接结构的极限载荷分析

对某内压作用下薄壁容器的碟形封头与筒体连接结构进行了非线性有限元分析,采用了Newton-Raphson算法,得出了最危险点的载荷-位移曲线,进而通过两倍弹性斜率法得到了该结构的极限载荷值。采用正交设计法,研究了封头的壁厚、筒体的壁厚及封头的转角半径对连接结构极限载荷的影响。研究结果表明结构的最大应力位于碟形封头过渡区,对极限载荷的影响由大到小依次为封头壁厚、筒体壁厚以及封头的转角半径,为今后进一步的优化设计提供了依据。     

简谐载荷作用下连续体结构位移响应拓扑优化

研究了简谐载荷作用下以结构指定位置位移响应幅值为设计目标、结构体积为约束的结构拓扑优化设计问题.利用频率响应法和模态叠加法求解结构在简谐载荷作用下的动位移响应,并对其动位移响应灵敏度进行了求解.同时,为消除动力学拓扑优化问题中易出现的局部模态现象,引入材料属性的多项式插值模型,采用了灵敏度再分配方法避免拓扑优化过程中的棋盘格现象.优化模型采用GCM算法求解,经优化算例验证,所提出的方法是可行性的.     

弹性边界对高速列车车窗声辐射特性的影响研究

为研究高速列车车窗在点激励下的声辐射特性,基于Hamilton原理和声学Rayleigh积分建立了弹性边界条件下车窗的有限元-边界元耦合模型,模型中将弹性边界简化为沿车窗四周连续分布的平动弹簧和转动弹簧.利用矩形板在经典边界条件下的模态分析结果、无限大板的声辐射验证了模型的正确性.基于验证后的模型,分析了边界支撑刚度对车窗声辐射的影响,研究了车窗声辐射随边界阻尼的变化规律.研究结果表明,边界平动刚度对车窗声辐射的影响较转动刚度显著;当平动刚度小于1×103 N/m时,车窗的声辐射与无限大板的结果相似;当平动刚度在1×103～1×106 N/m间变化时,声辐射出现明显峰值,且随刚度迅速变化,这些峰值由车窗的模态引起;当平动刚度大于1×106 N/m时,车窗的声辐射随刚度趋于稳定;提高边界阻尼有助于降低车窗在辐射峰值附近的声辐射水平,但作用有限,其中,由复平动刚度产生的边界阻尼比复转动刚度产生的边界阻尼对车窗声辐射的影响大.     

钢混结构有限元分析载荷子步设置方法研究

为了解决钢混结构非线性有限元分析计算收敛困难的问题,首先建立了矩形截面钢混简支梁ANSYS有限元模型,并通过设置多载荷步和不同载荷子步对模型进行了求解,得出了相应的迭代收敛曲线。研究结果表明,采用多载荷步,同时对于迭代曲线波动大的时段,加大求解载荷子步,能有效改善钢混结构非线性有限元分析计算收敛性。     

压缩机机体声辐射的模态特性研究

采用有限元和边界元方法建立了轻流体介质中复杂结构振动声辐射的模态分析模型,可计算结构的声辐射模态频率、模态场点声压、模态辐射声功率和声辐射效率等声场特性参数。对K5206NM压缩机机体进行了模态分析和声辐射模态参数计算,获得了机体的声辐射特性,从而为机体的低噪声设计提供了依据。     

应用有限元方法研究铁路车辆/轨道耦合系统在竖向冲击载荷作用下的动态响应

利用有限元方法研究铁路车辆/轨道动态耦合系统问题,得到车轮和轨道之间的竖向动态接触力与静载之间的关系.作为应用实例,对我国C61型运煤货车,考虑车辆/轨道系统各结构的真实几何形状和边界条件,建立包括车辆和轨道系统的有限元模型,应用大型非线性动力分析程序LS-DYNA模拟车辆通过轨道错牙接头时的轮/轨动态响应过程.通过分析发现,车轮和轨道之间的竖向动态接触力大约是静轮载的2倍,与已有的现场试验结果基本吻合.验证车辆/轨道系统有限元模型的正确性.进一步得到侧向架、钢轨和轨枕的加速度响应,以及轮轨接触区内的弹性应力场.     

基于多场耦合的锯片切割系统声辐射特性研究

为了对锯切噪声进行定量预估及声场分布规律的研究,提出建立声场、结构、流体多物理耦合模型。利用显式的中心差分算法提取了流固耦合(Fluid Structure Interaction,FSI)作用下多体动态接触时系统的振动响应;基于边界元法-有限元分析建模法搭建了切割系统声学模型,将系统振动响应作为声学边界,对声场辐射进行计算分析。研究了切割系统在半空间环境的声场时域、频域辐射特性;分析了结构与流体间的单、双向耦合对声场的影响;通过计算辐射面积对声功率的影响明确了噪声主要辐射区域。从现场实测数据与数值结果的比较可见,多场耦合分析在切割噪声辐射水平分析及预估方法是正确可行的。     

液体载荷对声发射波传播特性的影响分析

固体结构在承受液体载荷作用时,声发射波的模态、频散特性和传播特性等均会受到一定的影响.本文对液体载荷作用下,声发射波在固体结构中的传播和衰减特性进行了理论分析和实验研究,并对几种不同模态的声发射波在液体管道中的传播和衰减特性进行了实验测量.研究表明:在对非液体载荷作用下的结构缺陷进行定位计算时,可采用固体中传播的纵波波速作为计算依据;而对于承受液体载荷的结构,则应采用液体中传播的纵波波速进行计算缺陷的位置.     

环境载荷下智能变电站预制舱结构强度有限元分析

基于模态叠加法计算了预制舱在9度抗震设防烈度载荷下的响应谱,建立了预制舱构件变形量对刚度与强度的影响数学模型并计算了预制舱在环境载荷下的形长比。仿真结果表明,预制舱结构满足35 cm积雪、12级台风和9度抗震设防烈度载荷要求,形长比计算结果表明预制舱横向刚度具有优化空间。研究方法可用于复杂框架式结构的强度与刚度计算和评估。     

燃烧室结构-声耦合特性研究

声振耦合影响燃烧室燃烧稳定性,加剧火焰筒薄壁结构疲劳破坏,声振耦合特性研究对燃烧室燃烧稳定性设计与结构抗疲劳设计非常必要。利用有限元软件建立燃烧室结构-声三维模型,进行燃烧室封闭结构声振耦合特性研究,计算出结构的固有频率和模态振型。通过试验,测量燃烧室声振传递函数,得到燃烧室结构声振耦合固有频率和模态振型。研究表明,声场相当于给结构增加了附加质量,降低了结构固有频率,并产生了特殊的耦合频率。试验验证了有限元计算结果的正确性,从而为燃烧室薄壁结构设计提供了参考。     

边界条件和激励位置对高速列车车窗声振特性影响研究

为研究高速列车车窗的振动声辐射和隔声,基于Hamilton原理和声学Rayleigh积分建立了车窗的有限元-边界元耦合模型.利用矩形薄板在自由、简支和固支等经典边界条件下的模态分析结果、无限大板的隔声验证了模型的正确性.基于验证后的模型,对比了车窗在经典边界条件下的声辐射和隔声,分析了点激励位置对车窗声辐射的影响,研究...