输流管道耦合动力特性分析

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。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

滚振试验台液压管道系统的振动特性分析

液压管道系统是跨座式单轨车辆滚动振动试验台的重要组成部分,在设计过程中需要对管道的振动特性进行重点分析。为此,基于单向和双向流固耦合的模态分析方法,采用k-ε 的湍流模型,对比分析管道在不同分析方法下的固有频率和振型;在双向流固耦合基础上分析流体速度和压强对管道的影响。研究表明：单向流固耦合下管道的固有频率均大于双向流固耦合作用下管道的固有频率,相差率达2 %～10 %,相同阶次下的振型形态基本一致;流体压强对管道的固有频率的影响比流体速度大,在一定的压强范围内,管道的固有频率随着流体的压强增加而增加,流体的管道总变形量和等效应力随流体压强和支管流速增加而增加。     

滚振试验台液压管道系统的振动特性分析

液压管道系统是跨座式单轨车辆滚动振动试验台的重要组成部分,在设计过程中需要对管道的振动特性进行重点分析。为此,基于单向和双向流固耦合的模态分析方法,采用k-ε 的湍流模型,对比分析管道在不同分析方法下的固有频率和振型;在双向流固耦合基础上分析流体速度和压强对管道的影响。研究表明：单向流固耦合下管道的固有频率均大于双向流固耦合作用下管道的固有频率,相差率达2 %～10 %,相同阶次下的振型形态基本一致;流体压强对管道的固有频率的影响比流体速度大,在一定的压强范围内,管道的固有频率随着流体的压强增加而增加,流体的管道总变形量和等效应力随流体压强和支管流速增加而增加。     

换热器直管非线性振动分析与控制

利用等价线性化解析方法,分析换热器直管的非线性振动,并指出振动的控制方法。通过对传热管的数学分析,得出振动系统的等价固有频率计算公式,对振型也作了探讨,为进一步分析直管的振动情况打下基础;根据得出的固有频率和通过分析流体的流动特性,可以采取相应的措施控制和避免振动,防止振动的破坏。把非线性运动理论应用于传热管运动分析,对传热管振动控制和换热器的工程应用具有重要的指导意义。     

桡动脉脉搏波的数值模拟

动脉脉搏波的波形可以作为动脉疾病无创检测的重要指标.本文建立了动脉管壁-血液耦合模型,利用ANSYS WORKBENCH和CFX相互结合的流固耦合算法,进行了结构分析和流体分析的双向耦合计算,实现了对桡动脉脉搏波的数值模拟.     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合特性分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合特性分析,包括模态分析和动力学分析。模态分析研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响;同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证。动力学分析研究了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,提出了立管减振措施。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

基于流固耦合的T型管振动特性分析

针对由流体引发的T型管振动问题,采用基于双向流固耦合的模态分析方法,对流体作用下的T型管模态进行分析;在双向流固耦合基础上分析流体压强,流体速度和流体密度对管道固有频率的影响;通过分析管道在流体作用下的应力和变形情况,对T型管振动剧烈的结合部位进行谐响应分析。研究表明:基于双向流固耦合的模态分析可以较确切地反映内部流体作用下的管道模态;在各因素中,流体压强对管道固有频率影响是最大的;当激励频率为第2阶(800 Hz)和第8阶(1 060 Hz)固有频率时,管道的振动响应分别达到峰值。     

流固耦合问题的PD-SPH建模与分析

针对涉及结构变形破坏的流固耦合(Fluid-structure interaction, FSI)问题,提出一种基于虚粒子和排斥力的近场动力学(Peridynamics, PD)-光滑粒子动力学(Smoothed particle hydrodynamics, SPH)耦合方法。结合PD方法求解不连续问题以及SPH方法在流体模拟方面的优势,分别采用PD方法与SPH方法求解固体域和流体域,并通过流体粒子-虚粒子接触算法处理流-固界面,既能利用粒子间排斥力有效防止粒子穿透现象发生,又能利用虚粒子修正流体粒子的边界缺陷,提高计算精度。采用PD-SPH耦合方法模拟静水压力作用下的铝板变形问题以及溃坝水流冲击弹性板问题,所得结果与解析解或其它数值结果吻合良好,验证了耦合方法的可行性和有效性。进一步应用耦合方法模拟了流体作用下的结构变形、破坏以及破坏后部分结构运动全过程,验证了PD-SPH耦合方法在流固耦合-结构破坏问题模拟方面的适用性。     

考虑双向流固耦合的换热器弹性管束流致振动特性三维数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究换热器管束的流致振动特性,开展了考虑双向流固耦合情况下的换热管束三维数值模拟研究。建立换热管及管内外流域的三维有限元模型,计算单、多跨换热管的固有频率,考虑到换热管与支撑板之间的有效支撑具有随机性,对支撑板失效情况下的四跨管固有频率及振型进行了计算。在此基础上,针对单、多管与管外流域进行双向流固耦合数值模拟分析。结果表明:计算得到的固有频率与理论值误差基本低于3%;同阶固有频率随着支撑失效个数增多而降低;单、多跨管的振动频率与之升、阻力频率一一对应;多跨管对称跨的振动位移曲线形状相似且幅值相近;管束间距越大,管子之间相互影响越小,振动位移曲线越易出现Strouhal振型。     

流固耦合的多层搅拌反应器振动特性研究EI北大核心CSCD

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。