基于发动机吊耳材料非线性的有限元仿真研究

为了研究弹性材料与非线性材料在发动机吊耳有限元分析中对结果的影响,通过拉伸试验获取发动机吊耳所用材料的应力应变数据,利用有限元方法对发动机起吊过程进行仿真分析。仅采用材料的弹性属性时,当应力超过屈服极限后,所产生的应力为虚假应力,远大于实际情况;考虑材料的非线性属性时,仿真结果与发动机实际吊装情况一致,因此,证实基于材料非线性对发动机吊耳进行有限元仿真方法的有效性。     

覆冰输电架空导线初始构形研究

针对输电架空导线初始构形分析是进行塔一线耦合动力分析的前提问题,将悬索结构非线性有限元找形原理与方法应用于架空导线的初始构形研究中,利用ANSYS仿真研究了1 000 k V晋东南-南阳-荆门特高压汉江大跨越输电线路在覆冰荷载作用下的平衡状态.结果表明,在自重、均匀覆冰下,该方法对架空导线初始构形的分析与解析法结果较为接近;不均匀覆冰时,导线中应力超过了其最大使用应力,在线路覆冰时应予以重视.     

基于输电线路力学模型的覆冰厚度计算方法

基于力学模型建立1种计算方法,通过分析架空输电线路悬点处导线的受力情况,利用导线悬点处的倾斜角、风偏角与拉力,联立架空线路状态方程计算,得到导线覆冰等效厚度的理论值。经实例对比验证,存在较小误差,能较好地反映输电线路覆冰厚度实际情况。     

覆冰对输电塔风振系数的影响研究

针对传统方法计算覆冰情况下输电塔的风振系数不能精确模拟的实际情况,基于输电塔的不同覆冰形式建立了不同输电塔模型,采用ANSYS有限元软件分析输电塔结构的动力特性,计算了不同覆冰情况下结构自振周期及其振型的精确解,以此研究覆冰对输电塔的风压调整系数的影响程度.结果表明,当输电塔身覆冰厚度不断增大时输电塔自振频率减小明显,频率值相差最小幅度接近10%,风振系数由无覆冰时的1.63增至覆冰60 mm时的1.74.     

叶片覆冰对风电机组关键结构安全性的影响

为研究低温条件下叶片覆冰对风电机组关键部位振动频率、翼型气动性能、发电功率、极限载荷和疲劳载荷的影响,对某3.XMW风电机组在覆冰、未覆冰条件下,基于IEC61400-1标准、线性疲劳累计损伤理论、雨流循环计数法,通过仿真软件建立该机型覆冰、未覆冰两种模型并进行计算。计算结果表明,叶片覆冰导致叶片和塔筒振动降低,翼型升力系数降低,阻力系数升高,发电功率降低,覆冰条件下的叶根、旋转轮毂中心、固定轮毂中心、偏航中心、塔筒底部极限载荷和等效疲劳载荷增大,最大累计循环次数降低,其中叶片挥舞载荷增幅最大。研究成果可为叶片覆冰时机组优化提供参考。     

基于数值模拟的导线覆冰类型临界条件分析

准确判断覆冰类型是覆冰量增长准确预测的基础.基于Fluent离散相模型计算了圆柱形导线外部气流流场分布和水滴运动轨迹,得出了不同环境下的水滴碰撞系数,根据覆冰雨、雾凇增长的定义,结合导线覆冰热平衡模型,提出了一种基于数值模拟推断出雨、雾凇类型对应的外界条件的方法.通过导线覆冰数值仿真与分析,得出了导线覆冰类型与碰撞特性...     

基于FLUENT的风力机叶片翼型NREL S809覆冰的数值模拟

对经典风力机叶片翼型NREL S809的覆冰过程和翼型覆冰前后的气动性能进行了研究。利用FLUENT软件自带的离散相模型DPM及用户自定义函数UDF,求解出翼型表面的水滴运动轨迹方程、水滴的撞击极限和局部收集系数;选用经典的Messinger积冰传热模型计算积冰厚度,得到积冰形状;并分析在不同的攻角下,洁净翼型与覆冰翼型的气动性能。研究指出,覆冰导致翼型的气动性能发生畸变,升力系数下降,阻力系数上升,升阻比减小,升阻比最大降幅达到85.97%;覆冰后的翼型会提前进入失速区,破坏了翼型原有的流线,会造成翼型空气动力特性恶化。     

覆冰翼型气动性能和噪声特征的数值研究

利用Fluent软件预测了风力机翼型在覆冰状态下的气动性能和气动噪声,采用大涡模拟与基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法模拟了不同覆冰状态下的声压级频谱和功率谱密度分布特征,分析了攻角和来流风速对声压级频谱和功率谱密度分布特征的影响。结果表明:覆冰使翼型的气动性能下降,升力减小,气流与壁面提前分离并进入失速区;明冰对翼型气动性能的影响最显著,霜冰次之;翼型覆冰后气动噪声明显增大,尤其覆明冰时翼型的气动噪声更突出;翼型覆冰前后气动噪声均随攻角增大而提高,未达到和超过失速攻角时气动噪声分别呈低频离散特性和宽频特性;来流风速对气动噪声的影响体现在总声压级上,各监测点的总声压级均随来流风速的增大而增强。     

一种求解架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法

采用简支梁理论与“等线长法”模型,提供了一种求解架空线路单端覆冰下不平衡张力的方法,与现有技术相比,提出了连续档单端覆冰下档距变化量Δlk的计算公式。通过与ANSYS软件数值仿真结果对比,该文方法能准确计算出电线单端覆冰情况下的不平衡张力及形态分布。文章还分析了覆冰故障实例,运用该文方法的计算结果与现场情况基本吻合,且导线脱冰、地线单端覆冰下导地线最小接近距离小于现有规范要求值,在大高差的线路设计中,应校验此种情况下的间距。该文计算方法既能满足工程精度的要求,又能形成简便实用的计算程序,适用于工程实际计算,用于指导塔头的设计,提高线路抗冰能力。     

覆冰对风力机专用翼型气动性能影响的数值研究

利用商用CFD软件和S-A湍流模型,对风力机常用的NREL S809翼型在不同覆冰形态、覆冰厚度下的静态流场和动态流场进行了数值计算,得到了Re=1×106时各种覆冰情况下该翼型的气动性能,并研究了不同的覆冰形态对风力机翼型静态、动态失速特性的影响.结果表明：向吸力面生长的覆冰形态会造成覆冰层后的分离涡,随着攻角的增加分离涡向后缘生长,造成升力系数的较大下降,阻力系数增加;沿弦向生长的覆冰对尾缘分离涡的生成影响较小;在动态失速情况下,翼型周围流场比较复杂,覆冰形态对翼型升力系统的影响规律也较复杂;从静态流场特性分析,覆冰破坏了翼型的流线从而直接影响了翼型的气动性能;从动态流场特性分析,覆冰改变了翼型动态升力系数曲线的斜率从而影响到风力机的气动弹性稳定性.     

垂直轴风机叶片覆冰数值模拟及其气动性能研究

研究升力型垂直轴风机叶片的覆冰特性,为风机的防冰、除冰系统研发提供帮助。文章对垂直轴风机叶片的雾凇覆冰物理过程进行了分析,建立了风机叶片覆冰的数值计算模型。通过SST k-ω湍流模型求解旋转叶片周围的空气流场,利用拉格朗日法获得过冷却水滴的运动轨迹及碰撞情况,结合覆冰时间推进法得到叶片表面的覆冰形貌,并通过流场计算分析覆冰对风机气动性能的影响。利用该计算模型研究了不同叶片翼型、叶片数量以及叶尖速比λ对垂直轴风机叶片覆冰的影响。结果表明:当风机的λ增大时,风机叶片表面的覆冰更多的向叶片前缘尖端区域集中,叶片后缘的覆冰量减少;在同一覆冰条件下,不同叶片翼型、叶片数量和λ对垂直轴风机的整体覆冰量、单个叶片的覆冰量以及叶片表面的最大覆冰厚度均产生重要影响;不同叶片翼型、叶片数量和λ的风机的静态扭矩特性受覆冰影响差异大。     

风力机翼型覆冰形态及其失速特性研究

为研究风力机翼型覆冰形态及其失速特性,采用覆冰软件FENSAP计算风力机翼型的雾凇、雨凇覆冰形态。使用Fluent流体仿真软件计算覆冰前后空气流场,翼型升力系数、阻力系数。研究结果表明,风力机翼型雾凇覆冰呈规则流线形,雨凇覆冰呈角状冰。覆冰后,翼型空气动力特性发生较大变化,其升力系数减小,阻力系数增大,失速攻角减小。雨凇加剧破坏翼型气动外形,对翼型升阻特性的影响最严重。     

基于振型曲率的风力机叶片覆冰检测技术

为深入研究基于振动理论的风力机叶片覆冰诊断技术,对不同覆冰状态下的风力机叶片进行动力特性模拟实验。通过研究各阶次下、各温度下振型曲率与覆冰的关系,定义覆冰位置特征值和覆冰程度特征指标。借助Matlab软件拟合得到覆冰位置诊断阈值函数以及厚度计算公式,从而建立风力机叶片覆冰状态定量检测指标体系。最后对所提出的覆冰状态诊断指标体系做实例验算,结果表明该方法对风力机叶片覆冰状态识别具有较高的准确度。     

基于弹性力学双圆筒理论的有压水工隧洞应力计算方法

围岩为衬砌结构联合工作的承载体,根据极坐标下轴对称平面问题中的厚壁圆筒弹性力学理论,利用围岩、衬砌间的应力、位移耦合关系,建立围岩与衬砌体共同承载时的计算模型,推求围岩与衬砌体的环向、径向应力计算公式。在此基础上,根据混凝土衬砌材料的极限拉应变允许值探讨了其适用性问题,根据塑性力学中的Mises、Tresca塑性屈服条件分析了衬砌可承受的弹性极限内水压力,并深入研究了有压隧洞的混凝土衬砌结构设计中的配筋问题。实例应用结果表明,本文方法合理、有效。     

温度取值对混凝土坝实测应力的影响研究

在实测混凝土总应变中消除自由温度应变时,温度取值对最终应力计算成果影响很大。分别采用应变计温度、无应力计温度、应变计组平均温度计算实测应力,结合中误差和极限误差理论,推导了三种温度取值方法的计算精度。研究结果表明,温度误差使应力应变计算精度至少降低了一倍;考虑温度误差影响下,采用应变计温度和应变计组平均温度计算精度相当,采用无应力计温度计算精度最低。结合某混凝土拱坝实测应力计算实例,得出了应变计组和无应力计所处位置混凝土温度差异是造成实测应力精度降低的重要原因,并建议根据温度测值实际情况,使用应变计自身温度或应变计组平均温度计算实测应力。     

双分裂导线表面水滴撞击特性的数值模拟

为研究双分裂导线的覆冰问题,基于覆冰机理采用拉格朗日法对双分裂导线表面的水滴撞击特性进行数值模拟,分析了风速、水滴直径、子导线截面直径、分裂间距等参数对双分裂导线表面水滴撞击特性的影响。计算结果表明,风速对小直径水滴的撞击系数影响显著,当水滴直径小于45μm时撞击系数增长较快,同等条件下选择较大直径型号的双分裂导线防冰性能优越;分裂间距对双分裂导线表面水滴撞击系数的影响不显著。     

某涡轮叶片热-机械疲劳寿命预测与试验验证

为了得到某燃气轮机涡轮叶片关键截面的真实寿命,设计并开展了涡轮叶片热-机械疲劳试验,获得了真实寿命数据,并基于试验结果提出了一种涡轮叶片低周疲劳与蠕变疲劳交互的寿命预测方法。首先,采用一维线弹性关系、修正公式以及循环应力应变关系3种名义应力应变处理模型计算获得了名义应变;然后,利用SWT寿命关系式预测模型预测了叶片的热-机械疲劳寿命;再将预测寿命与试验获得的真实寿命进行对比分析。研究表明：对于某型燃气轮机涡轮叶片,基于SWT预测模型的循环应力应变关系方法相比于一维线弹性关系和修正公式法预测精度最高,与试验寿命相比,预测误差在4倍分散带之内。     

基于塔线体系的中冰区分裂导线不均匀脱冰跳跃研究

为了掌握中冰区分裂导线不均匀脱冰跳跃特性,考虑输电塔、导线、绝缘子串和间隔棒等构件的力学特点、设置导线阻尼和边界条件,建立了中冰区五档四分裂塔线体系覆冰有限元模型,分析了导线脱冰时张力和脱冰跳跃高度的变化,研究了脱冰位置、脱冰率、脱冰方式、覆冰厚度、线路档距等因素对导线冰跳高度的影响规律,给出了导线冰跳高度工程实用计算公式,并与现行规范值进行比较。结果表明,导线脱冰跳跃呈现先急剧增大后振荡衰减的趋势,覆冰厚度增大,导线运行张力增加;五档四分裂塔线体系中档脱冰时导线跳跃高度大于边档脱冰,档中向档端的非均匀脱冰方式对导线的冰跳高度影响最大,从左往右的脱冰方式其次,均匀脱冰和两边往中间的脱冰方式影响较小。覆冰厚度、脱冰率及线路档距对导线的跳跃高度影响较大;中冰区塔线体系有限元建模方法适用于分裂导线脱冰跳跃计算,利用导线冰跳简化公式可快速计算中冰区高压输电线导线之间的安全间隙。     

螺旋盘管式换热器管板的分析设计

螺旋盘管式换热器的设计标准为ASMEⅧ-1-2010,本文对管板组件进行局部应力分析,按照ASMEⅧ-2进行分析评定。按照标准的规定将管板简化成当量实心圆平板,开孔区设置不同的等效参数。管板组件的应力分析采用两种方法进行,分别为：基于弹性应力分析的应力分类法与基于塑性失效准则的极限载荷分析法。本文旨在促进弹性分析法与极限载荷分析法的联合使用。     

单档不均匀覆冰下架空线路不平衡张力及形变特性研究

基于简支梁理论与“等线长法”,研究了单档不均匀覆冰下导线不平衡张力及相对形变随档距、覆冰长度、覆冰厚度、档数、高差、串长及电压等级的变化规律。结果表明,导线的最大相对形变值并非出现在整档覆冰情况,而是随档内覆冰长度的增加,存在极大值,当覆冰厚度较大时更为明显。对比不同档距、冰厚下各电压等级线路脱冰跳跃过程中导地线静态、动态接近距离和地线单档非均匀覆冰下导地线静态接近距离,单档非均匀覆冰间隙将先达到闪络条件,在220 kV及以下线路中尤为明显,因此,该文研究能弥补现行规程规范的不足,指导单档不均匀覆冰下杆塔塔头和荷载的设计,以保障电力系统的安全运行。