基于LS-DYNA的弹体入水动力学仿真研究

运用动力学有限元软件LS-DYNA,采用ALE算法分别对平头弹体和圆头弹体在速度75．4～142．7m／s范围入水角30°、60°和90°环境下进行了数值模拟,得到了两种头型弹体在入水初期的弹道轨迹和空泡形状、自由液面变化及飞溅效应。研究了头型及入水角度对弹体轨迹、速度的影响,分析了入水压力峰值随速度的变化,给出了速度与阻力系数的关系式。通过对比实验数据,模型的计算结果和实验结果吻合得较好,为入水弹体头型设计、抗冲击设计和材料选择提供了有价值的参考。     

压力自适应型机械密封的数值模拟研究

针对压力自适应型机械密封在高压工况下密封端面变形与密封性能不佳的问题,采用ANSYS中的计算流体力学软件FLUENT和有限元分析软件Mechanical APDL,在15.9 MPa高压工况下分别对密封端面间隙中的液膜流场和密封环进行了数值模拟分析研究,并将计算出的液膜流场状态和密封环变形结果进行了流固耦合求解,进而对液膜厚度对密封性能的影响规律进行了分析,同时对在实际工作状态下,工作压力逐渐上升,密封各性能参数的变化规律也进行了分析。研究结果表明,该密封在高压下的端面变形符合设计需要,密封环端面间的开启工作压力在3 MPa左右,在15.9 MPa高压工况下密封端面间流场的开启力为67.6 kN、泄漏量为0.04 m3/h,平衡膜厚为2.8μm。与其他类型的密封相比,结果显示该种密封能够在高压下提供足够的开启力和在低压下较小的泄漏量。     

浮标入水冲击仿真分析

浮标在空投入水瞬间承受的巨大冲击载荷,有可能损坏浮标外壳及内部元件。掌握浮标以不同姿态、不同速度入水时所受的冲击载荷对提高浮标可靠性具有重要意义。文中利用ANSYS/ LS-DYNA建立了浮标入水的有限元模型,计算了浮标以不同姿态、不同速度入水时所受的冲击载荷及入水速度变化等,并分析了浮标外壳的强度。通过仿真结果分析,总结出浮标入水冲击的规律,可作为浮标结构设计的依据。     

基于ADINA的二维圆柱体的绕流数值模拟

均匀流动流过半径为r0的二维圆柱是一经典的流体力学问题。对于粘性流体,流动甚为复杂。论文在ADINA中模拟了当雷诺数取不同值时的二维圆柱体绕流问题,观察尾流及圆柱体表面的压力分布,其结果与实验结果相吻合。     

弹性板在粘性流体中的耦合振动分析

弹性板在粘性流体中的振动问题是一个典型的流固耦合问题。由于流体计算的复杂性,迄今为止,大部分的流固耦合分析都是建立在对流体充分简化的基础上,尤其是将流体视为无粘、无旋的理想流体。在计算流体动力学(CFD)的基础上,发展了一种流固耦合计算模式。流体为粘性介质。采用ALE格式处理流体和结构之间的移动界面,流体域和固体域分别独立计算,程序控制传递流体压力及固体位移和速度作为对方的边界条件,实现耦合计算。在ANSYS5.6的基础上,应用其参数化设计语言APDL编制程序,控制流体计算和结构计算,实现耦合系统的求解。进行了两个算例的计算,结果证明了该计算格式及程序的有效性。     

刚性α/β尖拱体垂直姿态高速入水冲击理论建模与仿真

首先对刚性圆锥体以垂直姿态高速入水这个特殊情况进行理论分析，引入Shiffman的圆锥体流体附加质量，进行相应的简化处理，在理论上，采用动量定理方法分析其单频次高速入水冲击现象；然后重点分析刚性α／β尖拱体垂直高速入水冲击问题，引进与液面隆起有关的沾湿因子以及采用等效液面代替水平自由液面，通过Baldwin等效锥方法进行理论建模，以充分贴合实际的入水冲击现象；最后给出不同初始状态入水冲击的仿真与分析，特别是讨论了液面隆起对α／β尖拱体垂直入水冲击的影响。     

深孔分段注浆的数值模拟研究

注浆锚索作为巷道固定在深部岩层,为张拉锚杆产生可靠的注浆工具,对提高围岩自承能力及加固效果有着不可替代的作用。针对深孔注浆工艺效果差的问题,研究了深孔分段注浆的新工艺,通过改变注浆锚索构件组成、增加特殊装置设计出一种新型分段注浆锚索,实现由深到浅分段注浆;采用CFD方法对分段注浆锚索浆液在土壤中扩散进行数值模拟,并对模拟结果进行了分析。结果表明：在注浆底部孔隙率为0.4的土壤中,扩散半径增大了0.737 m,增加了68.2%;在注浆上部孔隙率为0.8的土壤中,扩散半径增大了0.692 m,增加了35.8%。     

双螺杆转子结构特性流固耦合数值模拟

以双螺杆转子为研究对象,依据流固耦合理论,通过求解捏合机内部流体和双螺杆转子固体耦合方程,研究不同工况下的流体压力和扭矩对双螺杆转子应力和变形的影响规律。分析计算结果表明:螺杆转子的变形和应力主要是不同工况下的扭矩、流体压力载荷及耦合场作用引起的;螺杆间隙对捏合机的生产效率和质量有很大影响,阴阳螺杆转子最大变形量是设计最佳螺杆间隙的关键因素;一定功率下,转子的最大变形量和最大应力值分别与转子扭矩、流体压力的大小正相关;一定转速下,转子的最大变形量和最大应力值与捏合机功率正相关。研究结果为新型双螺杆捏合机的合理设计与性能预测提供了理论依据。     

基于流固耦合的风机叶轮疲劳特性研究

以额定功率为2MW的水平轴风力机叶轮为研究对象,基于计算流体力学(CFD)和有限元法(FEM),利用分析软件CFX和n Code,在综合考虑气动力、离心力和重力对叶片的影响下完成了风机叶轮流固耦合分析和疲劳寿命分析。流固耦合分析结果表明:叶尖是风机做功的主要部分,应力集中区为叶片中段,叶片变形方式以挥舞变形为主,并且随着风速的增加,变形更加明显;疲劳寿命仿真结果表明:极端风速作用下风机叶片依然可满足20年的设计要求。本研究为风力机安全运行和叶片的优化设计提供参考。     

波箔径向空气轴承阻力矩研究

基于微小型超高速涡轮机械的需要,对波箔径向空气轴承的阻力矩进行试验及理论研究。归纳轴承启动、停车过程最大阻力矩和稳态阻力矩与转速、载荷、波形箔片突起宽度、平箔片厚度之间的关系。并通过计算结果与试验数据的对比,验证了弹性支承结构三维有限元模型与流体润滑Reynolds方程耦合仿真计算的有效性,新建模所得结果与试验结果之间的误差在10%以内。     

阀门流固耦合的研究进展

流固耦合现象是指流体与固体相互作用的现象,其具体表现为流体作用于固体,使之变形或位移,同时固体反作用于流体,引起流场的变化.在阀门中,当流固耦合现象达到一定程度时,会对阀门及与阀门相连的多种部件产生损伤,并最终导致阀门工作效率下降乃至失效.为更全面地认识阀门中的流固耦合现象,本文从流固耦合理论、试验方法和数值模拟3方面...     

基于ANSYS Workbench的风机叶轮流固耦合分析

文章使用ANSYS Workbench软件,对离心风机开展了流固耦合分析,获取了叶片所承受的风压、叶片扭曲、应力和应变等相关有限元分析数据。此外,ANSYS将流体软件Fluent与Workbench整合在一起,使用Workbench进行流固耦合分析,可以方便地在软件内部传递多物理场数据,提高了实用性。叶片应力云图和变形图为叶片的优化设计提供了数据支持,减少了产品开发周期和开发成本。利用ANSYS Workbench不同分析项目之间的连接,可以把从流场模拟得出的叶轮表面气压施加于其三维模型上,可获得叶轮在受到气压的影响下所承受的力量状况。然后,对其做强度测试,并将此结果与在离心力及重力影响下的实验数据相比较,以便了解各种负载条件下的应变和变形现象,以此来检验叶轮的耐久性和刚性,防止因过度使用而导致损坏。根据分析结果,增加叶轮外侧筋板的厚度可以减少其塑性变形量,从而降低断裂的可能性。另外,增加叶轮外侧筋板的长度,使筋板与叶轮接触面积增加,也能降低筋板的塑性变形量,从而降低断裂的概率。     

大型轴流风机叶片的气动弹性数值分析研究

在叶轮机械的流固耦合中以弹性体流固耦合问题最具难度。在这类问题中,需要考虑叶片在运转过程中的弹性变形与振动对流场的影响以及振荡流场的反作用。以北京地铁18号专用轴流风机为例,在考虑叶片变形和流场之间相互影响的耦合状态下,探讨机叶片气固耦合问题的计算方法。采用CFX软件进行流场计算、ANSYS软件进行结构计算,以MFX- ANSYS/CFX为数据耦合平台,应用弱耦合分区法对风机叶片的气动弹性进行数值模拟分析。并与不考虑叶片弹性变形的情况进行对比,发现考虑气动弹性的最大应力几乎是不考虑气动弹性的最大应力的两倍,相应的安全系数相差较大,不考虑叶片的气动弹性容易高估叶片结构的安全性。分析考虑弹性变形对叶片结构安全性的影响,说明叶片的气动弹性分析的必要性和重要性。     

三螺杆泵的流固耦合特性分析

目前对三螺杆泵的研究趋向于高速、高压、大流量,提高三螺杆泵工作效率的关键是严格控制螺杆变形及间隙以减少泵内泄漏。以三螺杆泵为研究对象,通过泵内流场和螺杆的结构分析,将两者进行耦合得到不同工况下螺杆的变形和应力分布规律。通过分析在耦合作用下的螺杆变形结果可见:主、从动螺杆的啮合间隙大小是影响三螺杆泵容积效率的关键因素之一,适当调整主、从动螺杆的间隙,可避免螺杆之间磨损加剧甚至抱死现象。对比扭矩和流体压力单独作用下以及二者流固耦合作用下的螺杆变形和应力变化发现:流固耦合作用下的螺杆变形和应力与转速呈反比关系,而与功率和输出压力呈正比关系。     

调速型液力偶合器叶片流固耦合分析

液力偶合器叶片流固耦合分析的目的在于研究液力偶合器叶片变形与流场间相互作用的规律,为液力偶合器叶片设计提供依据。以CFD技术模拟调速型液力偶合器内部流体的流动,分析液力偶合器叶片表面的压力分布;应用有限元方法,计算出液力偶合器叶片的应力分布与位移,对叶片与流体的耦合过程进行数值模拟。分析结果表明,叶片变形导致的压力增大是叶片断裂的主要原因,最大限度地减小叶片变形是提高液力偶合器使用寿命的有效途径。     

电磁阀的热物理场数值仿真与试验研究

以某型航空发动机控制系统上的电磁阀为研究对象，建立其流固耦合模型，开展热物理场数值仿真研究，对其不同工况下的热物理场特性进行分析。同时搭建试验系统进行试验验证，根据试验结果对仿真模型及参数进行优化迭代，并得出结论：在实际使用过程中，电磁阀的温升主要受环境温度、外加功率、内部结构及外部热交换条件的影响，电磁阀的热物理场数值仿真结果与试验数据的最大误差为7.0%,数值仿真模型准确度较高，能有效地预测电磁阀的温度场分布。该模型可指导电磁阀热设计，具有较高的实际工程应用价值。     

海洋微结构湍流垂直剖面仪模态分析方法

给出了一种用于分析海洋微结构湍流垂直剖面仪流固耦合l阶湿模态的、简便的等效数值计算方法,提高了剖面仪的设计效率.在中国南海海域进行的海试实验表明,剖面仪样机能够实现海洋微结构湍流测量,获得正确的海域微结构湍流动能耗散率资料,证明了该等效数值计算方法用于指导剖面仪设计是可行的.     

冷却塔专用水轮机的数值模拟与性能研究

以冷却塔内额定流量为0.833 m³/s的双级贯流式水轮机为研究对象,基于ANSYS-Workbench操作平台对其进行单向流固耦合分析。采用三维建模软件UG,建立水轮机模型。使用商业CFD软件Fluent,对全流道模型进行三维定常湍流数值模拟,分析了内部流场及各部件的水力损失,得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中,使用有限元分析软件ANSYS,对转轮设计工况下的刚强度进行了计算,得到了转轮的静应力分布和变形情况。     

舵板张开过程的数值仿真与试验研究

采用流固耦合数值计算方法和动网格技术,对一种水下航行体舵板在张开过程中的速度、载荷以及动态响应变化规律开展了研究,对影响舵板张开的尾部高温燃气、水下航行体运动速度等因素进行了分析。在此基础上,根据速度等效原则设计了验证试验方案,试验中获取了舵板张开过程的位移-时间曲线、应力-时间曲线以及舵板张开时间与出水速度的关系。仿真计算结果与试验结果对比表明:该计算结果可为水下航行体的水弹道分析、舵板结构设计和材料选择提供依据。     

基于ALE方法的金属切削三维动态数值模拟

基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,建立了金属切削的有限元模型,并对金属切削过程进行了三维动态模拟。ALE方法克服了模型中网格大变形问题,准确地模拟了工件材料受刀具挤压后失效、脱离过程,客观地描述了工件材料失效面的产生过程。通过对不同进给量下切削过程的模拟,得到了进给量与刀具主切削力之间的关系。通过与经验公式对比,验证了数值模型、模拟方法的正确性。