输水管道流固耦合振动数值计算

采用特征线法对输水管道流固耦合振动响应进行数值计算,管道的运动采用4-方程模型描述。研究管道分段时所采用的波速对数值计算结果的影响,以及管道结构阻尼对系统响应的影响。结果表明:采用特征线法求解输水管道系统流固耦合振动响应时,应采用最小波速对管道分段;管道的结构阻尼对系统响应的影响大于液体与管道之间的摩擦阻尼,可以使系统的振动快速衰减。     

基于树脂流动的变截面复合材料结构固化过程热-流-固多场强耦合数值仿真

在考虑树脂流动对固化温度场影响的基础上,将树脂流动引入经典热-化学模型,并在考虑了固化过程材料性能时变特性条件下,建立了复合材料热-流-固多场强耦合有限元模型。通过对比文献中未考虑树脂流动对温度场的影响,本文所建模型温度场较实际结果的最大温差更低,厚度密实精度更高,模型可靠性更好。基于所建热-流-固强耦合有限元模型,对变截面复合材料结构固化过程进行数值仿真。研究发现,变截面复合材料结构较厚区域存在明显温度场、固化度场及树脂流场分布梯度,纤维体积分数分布不均性较大,这与结构不同区域的厚度、固化过程温度传递滞后及局部树脂流动受固化效应不同步产生的影响有关。变截面复合材料结构厚度由3.52 mm增加至42.24 mm,截面最大温差由0.3℃增加到34.3℃,纤维体积分数分布不均匀性由0.1%增加到1.3%。     

热采井预膨胀固井模拟实验

热力采油是开采稠油的最广泛、效益较高的方法,但在热采时,油层套管因热效应破坏比较严重。针对稠油热采井套管热破坏的问题,提出了防止其热破坏的预膨胀固井技术,即在注水泥结束但没有凝固时,将油层套管预热和向油层套管施加内压强,使套管膨胀;水泥在套管膨胀状态下凝固。根据现场生产实际和预膨胀固井理论要求,设计了热采井预膨胀固井模拟实验装置。并模拟了常规固井、半预热固井和预压固井工艺以及注蒸汽和生产过程。实验结果表明,采用预膨胀固井技术能有效防止热采井套管注蒸汽热破坏。为下一步的现场试验与应用奠定了基础。     

精密离心机热变形多物理场耦合数值计算

离心机是惯性导航系统加速度计的标定设备,转盘变形将严重影响标定精度.综合考虑离心机机室内空气流动、流动传热以及机箱和转盘的导热,结合CFD和FEM方法,对精密离心机的热变形进行流-热-固多场耦合计算.分析了多物理场耦合计算原理,采用流固耦合换热整场求解法计算离心机温度场,采用顺序耦合法计算转盘热变形.计算结果表明:在300r/min转速下,转盘最大温升为1.23℃;越远离转盘中心,温升越大;加速度计安装位置的温度计算值与实测值一致,验证了本方法的正确性;转盘安装加速度计位置的径向热变形为7.89μm,热变形是变形累积的结果且随着转盘转速增加而增大.     

防止热采井套管热破坏的预压固井技术

热力采油是开采稠油的最广泛、效益较高的方法。实践表明:注蒸汽稠油井如果用常规方法固井,那么在通常的注汽温度下,套管都因热应力而产生屈服变形。目前现场常用的防止套管热破坏方法不能从根本上解决问题。该文提出了防止热采井套管热破坏的预压固井技术,即在注水泥结束但没有凝固时,向油层套管施加内压强,使套管膨胀;水泥在套管膨胀的条件下凝固。计算表明:采用预压固井技术后,热采井在整个生产周期内,套管不但不屈服,而且还有较大的安全系数。此项技术可能成为延长热采井套管使用寿命的重要手段。     

基于 FEMLAB 的钻井过程中流固热耦合响应分析

在石油开采等行业中,钻井过程中的渗流-变形-温度多场耦合作用非常复杂,它对井壁稳定分析具有重要意义。该文将在有关文献的基础上,首先建立一组饱和多孔岩体介质瞬态的流、固、热三场耦合方程组(其中包括固体变形、能量传输、流体流动三个相互耦合的过程,多物理场之间的交叉耦合还包括材料性质与独立变量之间的耦合关系);然后给出了该方程组在FEMLAB软件(基于偏微分方程组的多物理过程模拟工具)中的详细数学表达;最后以FEMLAB作为平台,着重分析了钻井过程中的流固热耦合作用过程,讨论了井壁温度发生突然降低后,井壁附近围岩的孔隙水压力、温度、应力的变化过程,为井壁稳定分析提出更为准确的应力分布。计算结果反映了耦合作用对井壁围岩应力的重要影响。该文的计算结果与解析解进行了比较,结果非常吻合,证明了耦合模型及求解方法的正确性。     

输液管道流固耦合振动的数值分析

摘 要：采用特征线法对输液管道流固耦合振动问题进行了数值分析研究。数值分析采用14-方程模型,为了提高数值分析精度,对传统特征线法进行了改进;给出了时间步长Dt和管道分段数N的确定条件,提出了自适应网格加密的方法来修正空间步长Dz以便更好地捕捉边界处液体压力的波动。对一典型液压系统的耦合振动响应进行了数值仿真,数值结果与实验结果吻合较好,证明了本文方法的正确性和有效性。     

化学作用下尾矿土柱变形的流-固耦合数值模拟研究

基于之前研究中构建的考虑化学、应力、渗流作用下尾矿土柱变形的非线性耦合数学模型,运用有限差分方法对模型进行离散,用计算软件对离散后的矩阵进行编程求解。     

变形多孔介质流固耦合模型及数值模拟研究

假定骨架、固体颗粒和水均是可压缩的,在此基础上采用两相不混溶流体的理论推导了水的连续方程,通过引入气压恒定这一假定进一步简化为水的非饱和渗流连续方程。基于广义Biot理论给出了固体骨架积分形式的平衡方程,结合非饱和渗流连续方程采用加权残值法推导了流固耦合方程组的有限元列式。通过干燥介质吸水的数值模拟来考察非饱和流固耦合模型的预测能力,数值模拟的结果表明耦合模型可以准确地反映吸水过程的规律。将耦合模型应用于水下大断面隧洞开挖的瞬态分析,可以模拟出开挖引起的EDZ区域孔隙水压力急剧升高、有效应力减小、渗透系数动态变化以及排水对洞室稳定性的影响,计算的结果与国外大型原位实验的一般性观测结论相吻合。     

煤与瓦斯突出的固—流耦合失稳理论及数值分析

本文在多相介质力学的理论基础上,提出了煤体有限变形下煤与瓦斯突出的耦合失稳理论,从热力学第二定律出发,以应力的二阶功最小原理作为突出发生的准则,建立了煤与瓦斯突出的固－流两相介质耦合失稳的数学模型,同了两相介质耦合失稳问题的非线性有限元方程并进行了数值模拟。     

基于弹性共轭理论的鼓形齿联轴器啮合状态数值分析

本文基于弹性共轭曲面啮合理论,在弹性并轭曲面的基础上,研究了共轭齿面鼓形齿税轴器啮合传动过程,并通过建立轮齿齿对的啮合条件,定量地分析了该传动件的啮合齿对数和重迭系数。     

适用于不同维数耦合的数值模拟方法研究

适用于不同维数之间耦合计算的数值模拟方法在计算复杂流动系统时能够兼顾效率和精度,有很大的优势和潜力。该文探讨了不同维数耦合数值模拟的方法;在此基础上自主发展了一个高度自动化、多软件集成、可维数缩放的耦合计算平台CNSPS;并通过多个算例对该计算方法和平台进行了逐步验证。各算例结果表明：该文的耦合方法是可行的,耦合结果与MPCCI的相应计算结果能够实现很好的吻合;耦合方法在计算较为复杂的耦合任务时也表现出了很好的性能。     

高压调节阀后热电偶套管断裂原因分析

某电站高调门阀后热电偶套管在正常运行中多次发生断裂,使用最短的只有3个月。对断裂套管进行了断口宏、微观分析,并对失效套管固有频率进行了分析计算。结果表明,套管断裂是微动疲劳和整体疲劳相互作用的结果,过热蒸汽在套管背面流动变化引发的周期性压力波动是产生微动疲劳和整体疲劳的主要因素,套管固有频率处于蒸汽作用在套管上压力谱的频率范围内,加剧了热电偶套管的微动疲劳和整体疲劳。     

基于热流耦合精细算法的大体积混凝土水管冷却数值模拟

基于有限元热流耦合精细算法进行大体积混凝土施工期温度场仿真分析,真实反映水管附近的温度梯度和水管水温沿程的变化,采用基于粒子迁徙的粒群算法对Dittus-Boelter方程进行参数识别,使之适用于描述冷却水流的强制对流特性.在通用有限元软件ABAQUS 平台上,开发热流耦合用户子单元,以官地碾压混凝土重力坝某一浇筑块为例验证热流耦合算法和用户子单元的可靠性和合理性.计算结果表明:精细算法能真实反映混凝土浇筑块的温度场,同时基于精细算法得到的施工期应力略大于等效算法.     

基于表面张力和流体压力耦合分析的树脂传递模塑过程的细观模拟

树脂传递模塑工艺(RTM)是纤维增强聚合物基复合材料的重要制备工艺之一。当树脂的宏观、细观流动前沿不一致时易于形成孔隙缺陷,从而降低复合材料性能。文中根据RTM工艺过程特点,建立树脂在纤维束间流动的轴对称模型,进而根据流体力学和表面科学,建立树脂流体的表面张力和流体压力耦合分析的方法,并采用流体体积函数(VOF)方法追踪流动前沿,分析温度、纤维束间距、流动速度等工艺参数对流体压力和前沿的影响规律。     

鼓形齿联轴器多齿接触数值分析与实验研究

本文首先应用三维弹性边界元方法对一鼓形齿联轴器的多齿接触问题进行了数值计算分析，然后在专用试验台架上作了相关实测研究。通过理论与实验研究，得到并验证了该鼓形齿联轴器在传递额定载荷的条件下，一啮合区内其实际接触齿对数的数值；并为该领域的深入研究和弹性啮合原理的创立提供了一定基础。     

基于X-SBFEM的裂纹体非网格重剖分耦合模型研究

扩展有限元法利用了非网格重剖分技术,但需要基于裂尖解析解构造复杂的插值基函数,计算精度受网格疏密和插值基函数等因素影响。比例边界有限元法则在求解无限域和裂尖奇异性问题优势明显,两者衔接于有限元法理论内,可建立一种结合二者优势的断裂耦合数值模型。该文从虚功原理出发,利用位移协调与力平衡机制,提出了一种断裂计算的新方法X-SBFEM,达到了扩展有限元模拟裂纹主体、比例边界有限元模拟裂尖的目的。在数值算例中,通过边裂纹和混合型裂纹的应力强度因子计算,并与理论解对比,验证了该方法的准确性和有效性。     

基于混合单元建模的复合板热诱导结构振动研究

针对复合板的热诱导结构振动问题，提出一种新的混合单元计算模型，将三维和二维单元组成混合单元，利用不同类型单元体现复合结构中不同的材料特性，实现对真实复合结构物理特征的高精度模拟。在此基础上基于虚功原理建立了三维形式的复合板瞬态热弹性动力学方程，利用该方法对空间大尺度复合薄板的热诱导扰动进行研究。仿真结果表明，结构固有频率和热容是决定热诱导振动发生的主要内囚，对于一些刚度较大的空间复合薄板，由于空间约束环境弱，整体频率低易发生热诱导结构振动。本研究对于空间大尺度复合平板结构的工程设计具有一定的参考价值。     

几何非线性假设下温度大范围变化瞬态热力耦合问题研究

传统的基于几何非线性假设的瞬态热力耦合计算方法由于忽略了几何非线性对耦合项的影响,在温度随时间剧烈变化的情况下结构传热与变形之间存在的耦合关系不能被真实的反映。针对上述问题,采用Galerkin和Newmark算法建立了一种能够在几何非线性假设下精确反映温度剧烈变化情况下结构传热与变形间耦合效应的瞬态热力耦合有限元方法。通过对各向正交异性材料薄板在热环境下的动力学问题的求解验证了该方法的准确性,并基于该方法对某型高超声速飞行器热防护系统的蜂窝结构进行了瞬态热力耦合计算。结果表明：热力耦合项使温度变化产生很小的波动,导致温度变化率发生震荡,其振动幅值与耦合项相关;热力耦合项对结构振动起到衰减作用,使结构形变速度趋于衰减,其衰减程度与结构温度成正比;几何非线性假设对增大结构温度变化率振幅作用显著,并且能够增大结构振动速度,影响热结构变形大小。     

改进迭代过程的车轨耦合振动数值解法及应用

针对列车-轨道耦合振动迭代求解过程,结合Newmark-β 积分格式,提出一种基于有限元法与非线性接触理论的改进迭代过程数值解法。考虑分别建立车辆系统和轨道系统振动方程,在耦合和解耦迭代过程中,构造松弛因子函数和收敛准则函数,简化轮轨界面协调适应条件,利用轮轨相互作用力在两子系统之间的快速迭代实现动态耦合关系的高效求解。此算法增强了对迭代收敛精度、迭代过程稳定性的控制,同时也减小了程序设计的难度。应用此算法分别对竖错和路基沉降两类典型线路缺陷引起的车轨振动响应进行了算例对比和分析,计算结果表明,改进解法在迭代速度和迭代稳定性上具有优势,可广泛应用于高速铁路车辆运行和轨道结构动力学问题的分析中。