磁流变减振器多场耦合仿真分析

研究了磁流变减振器电磁-流和流-固耦合的建模方法及求解方法。基于电磁-流和流-固耦合有限元方法,利用Adina软件建立高精度的流-电磁有限元网格模型和固体有限元网格模型,并在Adina软件后处理中进行求解分析,分别得到了磁流变减振器非控状态和通电状态的阻尼力-速度特性、示功特性、磁场分布特性、核心区域流场压力场和速度场特性。仿真结果表明:在高速磁流变液的冲击下,核心区域流场压力场变化明显;根据磁场分布特性,说明设计的单筒磁流变减振器结构能增大阻尼力调节范围。在电磁-流和流-固耦合计算中考虑了流体湍流流动,尽量使仿真模型与物理模型保持一致,试验结果与仿真结果吻合较好。     

嵌入式超磁致伸缩构件多场耦合优化

建立了嵌入式超磁致伸缩GMM构件的机、电、磁、热多场优化模型,并采用多目标遗传算法实现了GMM构件的多场耦合模型优化。由GMM构件的一般设计准则和异形孔精密加工工艺要求,确定模型优化目标包括:合理的驱动刚度和较大的抗扭转刚度;驱动线圈效率系数大;空心线圈产生的高强度磁场;减少导磁回路磁阻,使GMM内部磁场强度高;强制水冷腔的散热效率高。优化变量包括:GMM的尺寸、导磁材料的磁导率以及磁回路、线圈、水冷腔体的结构。根据设计要求选取变量范围,采用非支配排序遗传算法(NSGA)在整个参数空间内搜索,得到了GMM构件主要结构参数,并通过试验和磁场仿真验证了结构设计方法的正确性。     

基于流-固耦合分析的某型柴油机冷却水套开发

利用三维CAE软件对我所某款高速轻型柴油机冷却水套进行开发。首先运用Star-ccm+对整个冷却水套进行优化,初步获得较为理想的冷却流场分布,并提取该方案的缸盖热边界条件,即流体壁面温度及换热系数;然后将提取的热边界条件映射到有限元面网格,并运用有限元技术将其与缸盖体单元进行耦合,先后计算出缸盖的温度场及热应力分布,结合缸盖热应力分析结果,对冷却水套及缸盖固体区域进行优化,重复前面仿真工作,直到整个水套流场及缸盖热应力分布合理。     

基于流热固耦合的高温熔盐泵转动系统结构应力分析

基于ANSYS Workbench平台开展高温熔盐泵转动系统的结构应力分析,采用计算流体动力学软件CFX对泵内部全流场进行多工况定常数值计算,并通过试验对计算结果进行验证.综合考虑了高温熔盐泵的水动力载荷、离心力载荷、温度载荷等因素,建立了流、热、固耦合作用下动力学模型,研究不同温度下不同材料属性变化对高温熔盐泵结构性能的影响,并对高温熔盐泵转子部件进行应力分析.结果表明:在同一流量工况下,不同材料的叶轮叶片最大变形量均呈随温度的升高呈先增大后减小的趋势;同时,不同材料的叶轮形变程度基本趋于稳定,受流量影响不大;叶片工作面应力值大于叶片背面应力值,且不同温度工况下不同材料的叶轮背面应力值呈线性递减的趋势;叶轮等效应力最大位置主要集中在叶轮出口处叶片和前、后盖板接触的区域;经过变形及强度综合分析,表明3种不同的不锈钢材料中316L材质的叶轮力学性能最好.研究结果可为高温熔盐泵的结构设计提供一定参考.     

电动汽车盘式制动器热-结构耦合场的分析

以某电动汽车的前轮盘式制动器为研究对象,基于有限元分析软件ABAQUS采用非线性有限元多物理场方法建立盘式制动器有限元模型;在确定模型求解的分析步、载荷以及边界条件的基础上进行盘式制动器的热-结构耦合场的仿真分析;通过在紧急制动工况下对实例电动汽车盘式制动器热-结构耦合场的瞬态应力场与温度场进行的仿真分析,得到了制动盘的温度场和应力场分布图,结果表明所设计的电动汽车盘式制动器制动盘的强度满足要求。     

基于有限元柴油机气缸垫固流耦合场分析

建立了汽车发动机气缸盖、气缸垫与冷却水组合结构有限元分析的三维CAD/CAE应用软件集成系统,采用固流耦合分析方法确定了固流独立个体的耦合热传递边界面,通过单元转换,在单一模型中完成了流场、温度场和应力场的计算,与试验结果对比,计算误差满足工程设计要求,可为气缸盖与气缸垫组合设计提供一定的理论依据。     

柴油机机体的热―机耦合分析

以490柴油机为研究对象,建立包括缸体、缸盖、缸套、缸垫、连接螺栓的内燃机机体装配多体接触模型,利用boost及TYCON软件,采用多场耦合方法,计算考虑螺栓预紧力、燃气压力、热负荷综合作用下的机体温度、应力与变形。通过对仿真数据的分析,表明分析数据与测试数据比较吻合,机体设计较安全。分析数据为进一步机体优化提供一定的参考依据。     

基于热气固耦合的涡轮叶片仿真分析

笔者采用热气固耦合仿真分析的方法,对某涡轮叶片进行了仿真分析。通过Fluent流场仿真得出涡轮叶片的温度、压力分布,再通过Workbench将温度载荷、压力载荷、离心载荷进行耦合,并通过添加载荷约束得到涡轮叶片在复杂环境下的应力、应变结果,从而确定涡轮叶片的危险截面,为后续涡轮叶片寿命预测、适时检修提供有力支撑。     

基于ANSYS的明轮璞板流固耦合分析

以农用水草收割船推进器明轮的璞板为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS建立了三维模型,并利用该软件对流体和固体构成的流固耦合场分别建立了固体与流体的物理环境文件,进行流固耦合分析,得到璞板的变形和应力分布图,结果云图显示了璞板的薄弱位置。根据结果云图,分析了变形和应力的分布规律及产生原因,提出了璞板优化设计的一系列措施,为改进明轮璞板的设计提供了可靠的依据。     

磁力联轴器涡流损失的数值计算与试验

为研究转速、隔离套材料以及转角差对磁力联轴器涡流损失的影响规律,对圆筒型磁力联轴器进行稳态磁场数值计算.计算结果表明:涡流损失随转速的提高成倍增长,转速为3 000 r/min时的涡流损失值约为500 r/min时的24倍;材料电导率不同,所制成的隔离套涡流损失也不同,钛板TP340电导率为304SS的1.65倍,其涡流损失为后者的1.61倍;在1个磁极周期内,转角差增大1°,涡流损失值约增大1%.对该磁转子进行试验测试,结果表明:在转速分别为3 000,500 r/min条件下,304SS隔离套的涡流损失之比是23.0,而TP340隔离套的涡流损失之比为24.6;涡流损失随耦合长度减小而减小,且在高速下减小更多,耦合长度每减小10 mm,转速500 r/min时涡流损失值约下降3.6%,转速3 000 r/min时涡流损失值约下降10%.对比数值计算与试验结果,其能量损失变化趋势较一致.     

Halbach阵列磁力联轴器传动转矩的数值计算

为提高磁力泵磁力联轴器的传动转矩,对Halbach阵列的特点和制造方法进行阐述,并分析了Halbach阵列的磁场分布情况及磁体的磁化规律.基于ANSYS求解磁传动转矩的基本原理,应用ANSYS软件对24极式Halbach型磁力联轴器的气隙磁场进行有限元分析,研究转角差、气隙厚度、永磁体厚度以及轭铁厚度对磁力联轴器传动转矩的影响.计算结果表明：Halbach型磁力联轴器的传动转矩随转角差呈正弦周期性变化,且在转角差为磁极张角一半时取得最大值;在满足结构要求的前提下应尽量减小工作气隙厚度以提高其传动转矩;随着永磁体厚度的增大,其传动转矩值变化较大且在使用较大尺寸永磁体时更能充分体现Halbach阵列的单边聚磁特性;随着轭铁厚度的增大,传动转矩呈下降趋势但影响很小,因此,在设计Halbach型磁力联轴器时可以取消轭铁结构以降低转动惯量,从而增强联轴器的传动性能.     

Halbach阵列磁力联轴器传动转矩的数值计算

为提高磁力泵磁力联轴器的传动转矩,对Halbach阵列的特点和制造方法进行阐述,并分析了Halbach阵列的磁场分布情况及磁体的磁化规律.基于ANSYS求解磁传动转矩的基本原理,应用ANSYS软件对24极式Halbach型磁力联轴器的气隙磁场进行有限元分析,研究转角差、气隙厚度、永磁体厚度以及轭铁厚度对磁力联轴器传动转矩的影响.计算结果表明：Halbach型磁力联轴器的传动转矩随转角差呈正弦周期性变化,且在转角差为磁极张角一半时取得最大值;在满足结构要求的前提下应尽量减小工作气隙厚度以提高其传动转矩;随着永磁体厚度的增大,其传动转矩值变化较大且在使用较大尺寸永磁体时更能充分体现Halbach阵列的单边聚磁特性;随着轭铁厚度的增大,传动转矩呈下降趋势但影响很小,因此,在设计Halbach型磁力联轴器时可以取消轭铁结构以降低转动惯量,从而增强联轴器的传动性能.     

磁力泵磁力联轴器传动的影响因素

为研究磁力泵磁力联轴器的传动性能影响因素,基于Ansoft-Maxwell软件对设计模型进行数值计算,定性分析模型在不同磁极对数和磁钢间隙时对磁转子传动性能的影响.以磁转矩与磁涡流损耗作为评价指标,分别设计4～26对不同排列方式的磁块,并对磁转子的磁场分布进行分析,求得不同磁极对数下磁转子的磁转矩峰值、磁涡流损耗平均值以及离套所受内外磁块的合力F的大小,得到设计模型在16对时磁转矩与磁涡损达到最佳值.以16对磁极对数磁转子为例,单一改变相邻磁钢间的间隙度数,分别从1°,2°,3°,4°共4种不同情况下,研究间隙大小对磁转矩与磁涡流损耗的影响规律,结果表明,增大磁钢间隙会导致磁转矩与磁涡流损耗有小幅度减小,但在间隙中间加入基体A3钢且保持其他条件不变时,会导致磁涡流损耗值增大1.2倍左右.研究的结果可为磁力泵磁转子参数化设计提供一定参考.     

旋转磁场光磁污水处理反应器的流场模拟与分析

许多环境工程设备需要针对不同的废水情况进行设计,但是污水处理反应器中的内部流场极其复杂,单靠经验很难判断设备的工作情况和净化效果.为了研究旋转磁场光磁污水处理反应器的流场空间分布特点,采用Gambit软件建立光磁反应器的物理模型,利用Fluent软件对三维模型的流场进行数值模拟,讨论了3种转速下对内部流场的影响,并分析了不同转速下液相流的流场分布特点.结果表明,流体流速随转速增大而增大,转速为0.2 rad/s时,流体流动较弱;而转速为0.5 rad/s时,流体能充分循环流动,但流场流速偏低;虽然转速为1.0 rad/s相比转速为0.5 rad/s时的流体紊动动能大,流场分布均匀,但此时会形成旋涡.分析不同转速下的流体流场特点,可为反应器结构设计优化提供参考.     

基于单片机的磁力泵温度监测系统的设计

针对磁力泵运转中多数故障及故障表现形式均与隔离套温度密切相关的特性,在分析磁力泵监控技术发展现状的基础上,结合磁力泵密闭式结构的特点,采用以单片机为核心技术,通过温度传感器对隔离套温度进行采样,将采样得到的模拟量通过转换电路,将温度信号放大修正,由A/D转换器转化为数字量,并由CPU读入单片机对磁力泵运行过程中隔离套温度状态进行实时监测,实现了温度数值实时显示、高温越限报警及停机保护.试验结果表明,该系统运行稳定、响应迅速准确,对磁力泵故障预防与诊断,确保磁力泵系统安全可靠运行,具有一定的实用价值.     

基于热固耦合的高温热水泵口环形变分析

为避免高温热水泵在运行过程中出现转子部件咬合现象,对TEG 200-400型高温热水泵的口环间隙进行分析.利用ANSYS Workbench软件,对TEG 200-400型高温热水泵在不同温度下的热固耦合进行有限元分析,得到泵盖冷却水腔有无冷却冲洗以及不同温度条件下的泵口环的形变量.结果表明:冷却腔的冲洗对叶轮口环的位置形变影响较大,高温热水泵的使用过程中,尽量降低泵盖与托架连接处的温度,有利于减小叶轮口环的变形;泵体口环和叶轮口环形变量随介质温度的升高而增大,依据运行介质的温度、泵的自身结构、材料特征等,对热变形进行合理预估并选择设计口环间隙,可避免泵启动及运行时泵体口环与叶轮口环之间的动静摩擦;在250℃设计温度条件下,叶轮口环与泵体口环的半径间隙取为0.6 mm的方案是合理的.研究结果为合理选择叶轮口环和泵体口环之间的间隙提供了一定的依据.     

鼠笼异步磁力联轴器在耐高温磁力泵中的应用

为了对耐高温磁力泵进行设计和研究,保证磁力泵能够顺利启动和正常工作,对磁力泵中鼠笼转子异步磁力联轴器和泵的机械性能进行了对比分析.根据泵的基本性能公式,推导了泵的转矩与转速之间的关系.利用Ansoft Maxwell软件对鼠笼转子异步磁力联轴器进行有限元瞬态分析,得到转矩和转差率之间的关系,并分别对磁力联轴器的启动和正常工作两个阶段的磁场、扭矩进行了研究.通过将泵与磁力联轴器的性能进行综合分析,得出不同的磁力泵在不同转速下的扭矩、转差率等参数,并得出特定参数条件下泵与磁力联轴器的最优组合.试制出耐高温磁力泵样机进行试验验证,试验结果表明：在泵达到最高效率时,磁力泵的试验扭矩与理论分析得到的扭矩误差较小,说明磁力泵达到了最优化的设计结果,并验证了理论分析的正确性.     

鼠笼异步磁力联轴器在耐高温磁力泵中的应用

为了对耐高温磁力泵进行设计和研究,保证磁力泵能够顺利启动和正常工作,对磁力泵中鼠笼转子异步磁力联轴器和泵的机械性能进行了对比分析.根据泵的基本性能公式,推导了泵的转矩与转速之间的关系.利用Ansoft Maxwell软件对鼠笼转子异步磁力联轴器进行有限元瞬态分析,得到转矩和转差率之间的关系,并分别对磁力联轴器的启动和正常工作两个阶段的磁场、扭矩进行了研究.通过将泵与磁力联轴器的性能进行综合分析,得出不同的磁力泵在不同转速下的扭矩、转差率等参数,并得出特定参数条件下泵与磁力联轴器的最优组合.试制出耐高温磁力泵样机进行试验验证,试验结果表明：在泵达到最高效率时,磁力泵的试验扭矩与理论分析得到的扭矩误差较小,说明磁力泵达到了最优化的设计结果,并验证了理论分析的正确性.     

轴向应力对多级离心泵转子临界转速的影响

借助ANSYS软件,运用有限元方法,在计算3×8 3/4-10stg HSB型高速多级离心泵转子干态临界转速的基础上,又分别计算了转子在湿态下支承刚度、陀螺力矩、流体软化作用、口环支承等对转子临界转速的影响,此后再计入轴向应力对转子临界转速的影响.结果表明,浸液转子仅考虑流固耦合作用计算出的临界转速仍然存在着偏差;在流固耦合的基础上,再考虑轴向应力对转子动力特性的影响后,一阶临界转速提高了21％,其余各阶也有所提高,说明轴向应力对转子系统的临界转速有较大影响,且轴向应力对提高转子的稳定性有积极的作用.