La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ双陶瓷层热障涂层活塞热–机耦合应力分析北大核心CSCD

以某车用发动机活塞为研究对象,基于有限元法建立La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ双陶瓷层热障涂层活塞模型,研究陶瓷面层、底部陶瓷层、基体的热–机耦合应力及其双陶瓷层结构对活塞基体的影响。根据温度场分析,陶瓷面层厚度为0.15 mm时,La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ涂层活塞基体、陶瓷面层、底部陶瓷层的最高温度分别是271℃、438℃、363℃。随着陶瓷面层厚度增加,活塞基体温度降低,活塞顶面温度升高。热应力分析表明无涂层活塞的最大热应力出现在环槽处,最大值是64 MPa,而涂层活塞基体的最大热应力出现在燃烧室喉口及其顶部边缘部分。受机械负荷影响,无涂层活塞和涂层活塞基体耦合应力最大值均出现在销座处,陶瓷面层和底部陶瓷层最大热–机耦合应力出现在各自底面。随着陶瓷面层厚度增加,陶瓷面层和底部陶瓷层最大耦合应力缓慢减小,活塞基体耦合应力基本不变。     

某汽油机气缸盖热负荷分析

使用CFD软件通过建立的气缸盖、机体和冷却水套组成的耦合模型,采用直接流热耦合方法计算了某四气门汽油机气缸盖温度场。计算结果显示:气缸盖最高温度为234.1℃;气缸盖各缸燃烧室壁面温度分布不同,其中三缸燃烧室壁面温度较低。以此温度场为载荷,使用FEA软件计算了气缸盖热应力和热变形,结果表明,在只有热负荷作用时,气缸盖水孔附近存在着较大拉应力,最大值为90.0MPa;气缸盖最大热变形出现在各缸之间连接处,其值为0.386mm。     

4100QBZ增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析

针对4100QBZ废气涡轮增压柴油机活塞的机械负荷和热负荷问题,实测了标定功率工况下活塞表面19个特征点的温度和缸内燃烧压力,并结合有限元分析法分析了机械负荷与热负荷共同作用下活塞的耦合应力场与变形.研究结果表明,标定功率工况下,4100QBZ增压柴油机活塞头部表面工作温度最高达367 ℃,缸内最高燃烧压力11.9 MPa,其曲轴转角363.75°CA;在机械负荷和热负荷共同作用下,最大耦合应力125.7 MPa,出现在活塞销座与销接触面上以及销孔上方销座内侧;最大变形0.416mm,出现在活塞头部主推力面上.     

基于气-固耦合的风扇应力分析与结构优化

为解决某装载机工作过程中出现的风扇断裂故障,采用气-固耦合仿真方法,考虑风扇叶片静压及风扇作业旋转离心力影响,对故障风扇进行应力仿真计算。仿真分析结果表明,风扇断裂位置应力较大是风扇断裂的主要原因。对风扇结构进行优化,将轮毂厚度由0.3 mm增加至0.4 mm,并对优化后的风扇进行仿真和市场应用验证。仿真分析显示优化后风扇轮毂最大应力由204.7 MPa下降到141.5 MPa,且市场验证无故障反馈,有效解决了风扇断裂故障。     

应用直接耦合法模拟计算气缸盖、机体温度场

使用CFD软件建立了气缸盖、机体和冷却水套组成的耦合模型,采用直接耦合法计算了某3缸汽油机气缸盖、机体温度场。计算结果显示:气缸盖最高温度为223.8℃;气缸盖各缸燃烧室壁面温度分布不同,其中第3缸燃烧室壁面温度较低;机体最高温度为283.8℃,出现在第2缸、第3缸之间的连接处。且计算值与测量值吻合较好,最大误差为7.64%,这反映了直接耦合法在气缸盖、机体温度场数值模拟中有足够的精度。     

通水冷却对碾压混凝土消力池温度应力的影响

针对碾压混凝土施工普遍存在的温度裂缝问题,以某水利枢纽工程碾压混凝土消力池为例,采用三维有限元浮动网格法对其全过程温度场和应力场进行仿真研究,计算过程中考虑了冷却水管间距、通水水温、通水时间、混凝土水化热温升及弹性模量等对消力池温度场和应力场的影响,对比分析了不同方案的温度及应力变化规律。结果表明,施工期对高温季节浇筑混凝土埋设冷却水管进行通水冷却,可将最高温度降低4～6℃,最大温度应力降低0.38～0.47MPa,通水冷却效果明显;在不改变通水时间和通水水温的条件下,冷却水管水平间距减小0.5m,可将基础混凝土最高温度降低0.6℃左右,最大温度应力降低0.11～0.13 MPa;在不改变通水时间和冷却水管间距的条件下,混凝土大层浇筑完毕通3d10℃的制冷水、7d14℃的制冷水和20d的河水相比单一的通30d河水,可将基础弱约束区混凝土最高温度降低1.5℃左右,最大温度应力降低0.3MPa左右。     

微型摆式内燃机中心摆的热-结构耦合分析与研究

以微型摆式内燃机中心摆为研究对象,在热力学分析的基础上进行热-结构耦合分析,得到中心摆在气体压力和受热变形双重作用下的等效应力。分析结果表明:中心摆的最高温度为1576℃,最大机械应力为82.2MPa,最大等效应力为746MPa。分析结果的梯度变化反映了中心摆在整个工作过程中的温度场和等效应力场的变化规律,对深入了解微型摆式内燃机的热负荷提供了理论依据和数据支持。     

二分法求解牵引计算紧急制动限制

为提高牵引电算中求解列车紧急制动限速的效率,将列车紧急制动工况下的换算制动率、闸瓦换算摩擦系数、列车基本阻力、加算坡度、计算制动距离转换成相应的方程,利用二分法求解列车的紧急制动限速.仿真计算证明,该文法减少了迭代次数,提高了计算精度并取得了良好的时间复杂度.     

柴油机缸盖热-机耦合应力分析

采用有限元分析软件ANSYS,分析了某型柴油机缸盖的温度场分布和缸盖热应力以及缸盖在机械载荷作用下的应力场,然后运用热-机顺序耦合的方法,将热分析结果和机械载荷同时加载于缸盖,研究其在多种载荷作用下的应力场和变形情况.研究结果表明：缸盖温度最高点和热应力最大值出现在火力面鼻梁区;热-机耦合应力作用下,缸盖的最大应力点分布于缸盖螺钉头与螺孔的交界处以及火力面鼻梁区,缸盖承受的最大拉应力未超过材料的许容拉应力;热-机耦合应力作用下,缸盖的变形量很小,对其它零件的装配影响小,缸盖的整体变形呈现出对称性.     

天然气发动机气缸盖裂纹产生原因分析

针对天然气发动机气缸盖排气孔口产生裂纹这种故障,本文以有限元方法为基础,对某天然气发动机气缸盖建立模型,进行了热-固耦合计算。结果表明正常工作状态下气缸盖温度及压应力最高处发生在排气孔口间"鼻梁处",温度为280℃,压应力为1640MPa。当冷却水侧换热恶化或发动机突加载荷状态下会导致气缸盖工作温度及应力升高,"鼻梁处"温度达到372℃,压应力达到2000MPa,这时气缸盖"鼻梁处"会在高温下产生压塑性变形,导致该处产生裂纹。     

汽车紧急制动时钢板弹簧有限元分析

汽车紧急制动时,前钢板弹簧承受载荷最大,在最大载荷的情况下,前钢板弹簧出现最大应力。本文在分析软件中建立模型,并计算出在紧急制动的情况下前钢板弹簧两端受到的最大载荷,通过建立接触对分析出在此载荷下的最大应力。将有限元分析结果与理论公式计算结果相对比,为钢板弹簧提供改进依据和建议。     

不同季节施工对软基上船闸闸首结构的影响

软基上船闸闸首结构作为空间薄壁结构,在施工期混凝土浇筑硬化过程中产生较大热量,易受外界环境温度的影响,产生温度裂缝。因此,采用瞬变温度场和徐变应力场理论,以芒稻船闸闸首结构为例进行三维仿真分析,研究闸首结构在不同季节浇筑的温度和应力情况,分析其产生机理。结果表明,廊道在夏季和秋季浇筑时内部温度最大分别达到46.8、47.1 ℃,在夏季浇筑时拉应力最大为3.88 MPa,廊道内外边墙及阀门槽等结构突变处极易产生裂缝,应采取措施加以控制,在实际施工中应避免在夏季开始浇筑混凝土。     

基于热机耦合的国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形数值分析

建立了国-Ⅴ柴油机活塞、活塞销、连杆和缸套等的有限元模型;利用非线性有限元软件ABAQUS分别计算了该柴油机活塞在最大热负荷工况下的温度场和热机耦合工况下的变形和应力,确定了活塞的最大热负荷区和最大应力区,并对活塞和缸套的接触应力进行了分析。模拟结果表明:活塞喉口部位承受最大热负荷,其温度为321.6℃,低于活塞材料的极限温度;在热机耦合工况下活塞裙部的最大应力为58MPa、最大变形为0.1mm,都在可接受范围之内;同时,活塞与缸套的最大接触应力为29.4MPa,在许用应力范围内。通过上述对国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形的分析,可以判定此活塞结构能够满足设计要求。     

相变材料与水套式液冷结构耦合的圆柱型锂离子电池组热管理仿真分析

针对圆柱型锂离子电池组散热问题,设计了一种新型的相变材料(PCM)-水套式液冷耦合散热结构模型.首先研究了电池组在PCM模型的散热下,不同电池间距对电池组表面温度的影响,并得出PCM模型的最佳电池布局.然后根据PCM模型的最佳电池布局,优化PCM-水套式液冷耦合散热结构模型,即找出PCM散热模型的最佳流道结构.通过仿真分析结果表明,在6流道结构模型下,电池之间的最佳间距为8 mm;PCM-水套式液冷耦合散热模型的效果最佳,在3 C和5 C高倍率放电时,电池组的表面最高温度分别为33.78、41.11℃,相比于同尺寸PCM散热模型的最高温度,分别降低了7.23、1.06℃.采用PCM-水套式液冷耦合散热模型,电池之间的最大温差均维持在5℃以内.结果表明:该新型的PCM-水套式液冷耦合散热结构能在一定程度上保证电池组的正常工作,并提高电池组的安全性和耐用性.     

微型燃气轮机原表面回热器应力有限元分析

本文通过建立微型燃气轮机CW(Cross Wavy)原表面回热器热-结构耦合有限元分析模型,对其在设计工况下运行后的应力进行了有限元分析,验证了回热器所选材料的可靠性,并分析了压比和燃气入口温度对回热器的应力影响。分析结果表明:不考虑热应力,只计及压力时,回热器燃气出口侧最大应力和应变高于燃气进口侧最大应力和应变;与之相反,计及热应力时,在压力和温度耦合作用下,回热器燃气进口侧最大应力和应变高于燃气出口侧最大应力和应变;无论是计及热应力还是不考虑热应力,空气通道的波谷处应力最大,并且应力沿波谷处左右对称分布,计及热应力后,其最大应力增长较大,对应各处增幅最高达到34.1%;回热器空气通道向燃气通道侧变形,空气通道变大,燃气通道减小;随着空气侧和燃气侧压比的增加,回热器通道的最大应力也随之增加,当压比增加到8.4时,已达到换热片材料的强度极限;当燃气与空气出口温度不变、回热度减小时,随着燃气入口温度增加,最大应力随之增加,燃气入口温度每增加50 K,回热器最大应力增加约2.3 MPa。研究结果为回热器的设计提供了一定的参考依据。     

汽缸结构上下缸接触的有限元分析

本文关注汽轮机汽缸结构上下缸接触状态，采用有限元软件MSC．NASTRAN计算分析了它的温度场应力场和变形情况。由于汽缸内部充满高温高压蒸汽，必须分析汽缸在温度场作用下以及温度场同内压联合作用下的应力分布情况，重点分析上下半缸的螺栓连接面－中分面上的应力和变形情况。针对汽缸复杂的几何形状，建立了三维实体有限元分析模型。为了较真实模拟上下半缸连接面情况，对每只连接螺栓均建立了模拟模型。分析结果表明，同内压引起的应力相比，热应力是缸体中应力的主要成分。当内外壁温差达到100℃时，缸体中最大应力为1230MPa，出现在约束处应力集中部位，缸体绝大部分应力水平在100MPa，汽缸外壁温度为25℃时，缸体中最大应力为1080MPa，缸体绝大部分应力水产在600－700MPa，所以减小汽缸内外壁的温差能有效减小缸体中应力。变形分析表明，缸体轴向最大伸长量为2.5mm，横向最大变形为2.02mm。Z向最大位移为1.24mm。中分面有分离，但分离程度较小，分离值均在10^-3mm量级上。     

微通道平板集热器太阳能热水系统模拟分析

以丽江市某农村居住建筑为研究对象,设计了一种微通道平板集热器太阳能热水系统,并使用TRNSYS仿真软件建立了该系统仿真模型,采用控制变量法模拟分析了不同集热器设计参数对集热器出口温度及集热效率的影响。结果表明：集热器面积分别为2 m²、3 m²、4 m²时,集热器最大出口温度分别为58.2℃、77.6℃、95.7℃,最大集热效率分别为67.6%、63.5%、59.4%;集热器进口温度分别为15℃、20℃、25℃时,集热器最大出口温度分别为58.2℃、62.4℃、66.5℃,最大集热效率分别为65.6%、64.4%、63.1%;集热器进口流量分别为20 kg/h、25 kg/h、30 kg/h时,集热器最大出口温度分别为58.2℃、50℃、44.5℃,最大集热效率分别为65.6%、66.6%、67.2%;集热器倾角分别为30°、45°、60°时,集热器最高出口温度分别58.8℃、61.4℃、54.0℃,最大集热效率分别为66.9%、70.7%、59.6%。     

官地水电站大坝碾压干硬性混凝土二期冷却过程仿真分析

针对官地水电站大坝碾压混凝土施工冬季内部温度较高、内外温差偏大、存在开裂风险的问题,采用有限元法对官地大坝的施工过程进行了数值模拟,重点研究其二期冷却过程中的温度控制及应力控制问题。仿真分析结果表明,采用新的保温措施和通水冷却方案后,大坝混凝土的内部温度可降至22 ℃以下,可正常蓄水;在整个二期冷却过程中,大坝混凝土约束区部位的最大温度应力为1.54 MPa,满足混凝土的应力控制标准,说明该工程二期冷却过程是可控的,所设计的温控方案可行。     

CCBⅡ制动系统自阀施行全制动时出现紧急制动的故障原因分析

结合CCBⅡ制动系统紧急制动的工作原理,对其运用过程中出现紧急制动的故障原因进行了分析,并提出了解决方案。     

燃气轮机透平叶片流-热-固耦合分析及蠕变寿命预测

本文采用流-热-固耦合方法,对某燃气轮机透平动叶的流场、温度场以及应力分布进行了计算分析,并据此对叶片的蠕变寿命进行了计算,得到了蠕变寿命云图,发现该叶片的寿命最短点与温度最高点、应力最大点不在同一位置。相较于传统的选取温度最高和应力最大的节点作为危险点进行寿命分析的方法,对叶片所有节点进行寿命计算,形成寿命云图的方法,能更加直观准确地找到寿命最短的位置,从而更好地评估设计方案。