基于ABAQUS的复合材料垂直轴潮流能叶片有限元建模与分析

为了探究复合材料铺层结构对潮流能叶片力学结构特性的影响,选择纤维增强复合材料进行潮流能叶片的设计研究,旨在设计出结构性能更加优越的潮流能复合材料叶片.为潮流能叶片设计了2种不同形式的复合材料铺层结构方案,一种方案叶片前缘铺层纤维不连续,另一种方案保证叶片前缘的铺层纤维连续;并利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分别对潮流能叶片在额定流速工况和极限流速工况下2种铺层结构方案叶片的力学结构特性进行数值模拟仿真分析,探究2种铺层方案对叶片结构性能的影响.结果表明,叶片前缘铺层纤维的连续性可以提高叶片前缘的抗冲击性,从而有效地避免工作中叶片前缘铺层失效的情况,而且可以显著提高复合材料叶片的强度和刚度.研究成果可为以后潮流能叶片及同类型复合材料叶片的研制提供技术参考.     

一种基于有限元的SMC材料水窖结构设计研究

水窖在海绵型城市建设中起着关键作用,采用有限元分析软件,对大型片状模塑料（SMC）材料水窖结构进行设计、优化,模拟各种工况、结构试验及各种极端加载情况,从而达到最终的设计使用要求。通过对SMC材料水窖整体结构进行设计,确定水窖外板和内部筋板等主要部件构成,对主体材料进行力学性能试验;对不同结构SMC材料水窖,针对各种工况开展线弹性有限元分析,确定各工况下应力与变形情况,通过对几种设计方案计算结果进行比较,最终确定水窖结构。     

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.     

拖拉机防护装置安全性试验动力学建模与仿真

为实现对拖拉机安全性能OECD试验认证进行预测,通过试验测得材料塑性阶段的数据,以有限元基本原理为基础,建立了拖拉机翻车防护装置的动力学模型,并对试验过程中的5种工况进行了仿真。通过仿真结果和试验结果对比分析,验证了模型的正确性和有效性,为拖拉机安全性设计提供了依据。     

制动鼓静止制动变形量的有限元分析

研究了制动鼓在静止制动工况下产生的变形量。建立了由制动蹄、制动鼓和摩擦片组成装配整体的鼓式制动器的有限元模型。进行了材料拉伸试验确定材料受力变形后弹性模量的非线性变化。使用有限元分析软件对设定的两种边界条件进行有限元分析,最终通过与制动鼓的静止制动变形试验数据进行对比,确立了一种与实际试验吻合度较高的制动鼓静止制动变形量的有限元分析方法。     

叶轮与导叶叶片数匹配对井用潜水泵性能的影响

叶轮与导叶叶片数对泵的扬程、效率等都具有较大的影响。选取250QJ140型井用潜水泵作为研究对象,采用数值计算与试验相结合的方法,在叶轮与导叶叶片数组合变化下,对井用潜水泵的性能变化规律和内部流场分布进行了研究。基于不改变其他几何参数的原则,建立16组不同叶片数组合的两级井用潜水泵模型。采用ANSYS ICEM软件对各组模型分别进行了结构化网格划分,进而在ANSYS CFX商用软件中对各组模型进行了多工况定常数值计算。各组数值计算均选用标准k-ω湍流模型和标准壁面函数,获得了各组模型在不同工况下的性能预测值。通过各组方案性能预测值的对比可以发现:在额定流量工况下,当叶轮与导叶叶片数均为7时,井用潜水泵模型的效率最高。在小流量工况和大流量工况下,泵内的介质流动角度发生了变化。在小流量工况下,增加叶轮与导叶的叶片数可以提高叶片对于液体介质的整流,进而提高井用潜水泵性能;在大流量工况下,较少的叶轮与导叶叶片数更能减轻叶片对液体介质的排挤作用。将大流量工况下性能较好的方案6进行了样机制造和性能试验,结果表明,模型性能较好,在额定流量工况下,扬程预测值比试验结果低2.4%,轴功率预测值比试验结果低1.6%,效率预测值比试验结果高1.1%,数值预测结果与试验结果随流量的整体变化趋势一致,证实了本文中数值计算的准确性。     

考虑温度系数的盘式制动器热力耦合分析

以合作企业提供的某款盘式制动器为研究对象,将制动盘材料的温度系数考虑在内,并加入了连续制动工况,在有限元分析软件ABAQUS中进行热力耦合分析,得到制动盘的温度场及应力场结果。在合作企业的LINK3900制动惯量试验台上进行试验,对比结果后验证了该应用的准确性。     

碳纤维-铝合金组合式节能赛车车架的设计与分析

根据节能竞技大赛对赛车车架的要求,考虑到复合材料的轻质和可靠性,提出采用碳纤维复合材料和铝合金材料组成一体式车架的设计方案。依据对车架功能性和工艺性的要求,建立了车架实体模型。在ANSYS Workbench仿真平台中,对车架底板采用不同复合材料铺层形式进行了静力学分析,得到最优的碳纤维车架工艺实施方案。对碳纤维-铝合金组合式车架在不同工况下进行了有限元分析。验证该方案满足比赛对车架的使用性能和轻量化设计要求,为探讨复合材料在节能赛车车架中的应用起到了较好的借鉴作用。     

动车组车头玻璃钢外壳强度有限元分析

对动车组车头进行有限元建模,利用ANSYS软件对玻璃钢外壳进行静强度计算分析。以疲劳工况的应力计算结果为基础,通过实验获得玻璃钢外壳疲劳试验数据,拟合其疲劳曲线,对玻璃钢外壳进行疲劳计算分析,为复合材料的车头结构强度设计提供科学依据。     

基于钢板弹簧刚度特性的某驱动桥壳静力分析

针对目前桥壳分析中采用的简支梁力学模型不能反映钢板弹簧刚度特性对桥壳受力的影响的问题,对基于钢板弹簧约束的某款新开发的驱动桥壳进行了研究。通过驱动桥壳台架试验来验证模拟台架试验的简支梁约束桥壳有限元模型的正确性。在该桥壳有限元模型中装配钢板弹簧来模拟实际工况进行分析,并对引入板簧前后的有限元结果进行比较分析。结果表明,模拟台架试验的有限元分析与台架试验结果误差在10%以内,其有限元模型可信度高;引入板簧前后得到的桥壳应力分布有明显差别;该桥壳的强度和刚度在模拟的实际工况中满足设计要求,为实际工况的桥壳验证提供了参考依据。     

马铃薯收获机挖掘铲有限元静力学分析

针对2种结构的马铃薯挖掘铲,采用ANSYS软件对其进行有限元静力学分析,挖掘铲有限元模型根据其安装位置和材料建立,载荷为土壤加载到铲面的张向力,通过求解挖掘铲的变形和应力分布,进行强度校核,根据分析结果选择出性能更好的挖掘铲,为挖掘铲的设计提供理论依据。     

适用于西藏地区的聚风型垂直轴风力机结构特性分析

为满足西藏高寒高海拔地区对风力机安全可靠性的需求,以部件强度和气象参数为约束条件,针对一台面向西藏地区的额定功率为500 W的聚风型直线翼垂直轴风力机进行结构分析,并采用有限元分析方法,对风力机主要部件进行了静力学分析和模态分析.静力学分析表明:在额定转速下风力机叶片、主轴、支撑臂、法兰盘、上下聚风罩和塔筒等主要结构部件的最大位移形变分别为0.19, 0.25, 0.013, 0.005 6, 0.63, 1.20, 0.05 mm;最大承受应力分别为11.96, 25.63, 11.70, 6.10, 4.68, 2.11, 2.28 MPa,均在材料所能承受的范围之内,风力机主要结构部件设计合理,满足设计要求.模态分析表明:风轮的工作频率2.50 Hz远小于其一阶固有频率9.22 Hz,不会发生共振,安全可靠.研究结果可为垂直轴风力机的结构设计与分析提供参考,为聚风型直线翼垂直轴风力机在高寒高海拔地区应用提供基础.     

风切变下塔影效应对大型水平轴风力机气动性能的影响

以NH1500三叶片上风向型水平轴风力机为研究对象,基于CFD方法分析了风剪切来流下塔影效应对风力机叶片与风轮的气动载荷、空间流场的影响.结果表明:对于风剪切条件下有/无塔架的2种模型,叶片表面压力分布的差异主要体现在前缘和吸力面;在1个旋转周期内,有塔模型的载荷波动幅值大于无塔的风轮模型,风轮的载荷波动幅值相对于单支...     

压气机叶片多工步锻造成形过程数值模拟

利用刚粘塑性有限元法,对某重型燃机压气机叶片的多工步锻造过程进行了三维有限元模拟。通过有限元数值模拟,得到了多工步锻造过程中坯料的几何形状变化、温度场和应变场的分布规律以及载荷变化曲线。模拟工艺实验表明,压气机叶片锻造工艺和模具设计合理,数值模拟结果准确可靠。     

基于流固耦合的除杂风机应力应变及模态研究

叶轮是除杂风机的重要部件之一,叶轮在运行中的应力应变对除杂风机的安全运行有着重要的影响,而叶轮振动是风机的常见故障,所以流固耦合条件下的除杂风机叶轮变形及振动分析对甘蔗收获机除杂风机的安全有着重要的意义。为此,采用有限元分析软件Ansys Workbench对除杂风机叶轮进行了单向流固耦合计算分析,结果表明:叶轮在流固耦合作用下会发生弯曲扭振变形,最大应力分布在叶片与轮毂的交界处,最大应变分布在叶片外缘处;所设计的叶轮最大应力为21.48MPa,小于材料极限应力,而工作转速也远离振动转速,均满足工作要求。该研究为甘蔗收获机的除杂风机设计提供了参考。     

铝合金车轮冲击特性有限元分析

铝合金车轮在使用前必须进行冲击试验,本文以某款规格"18×7 J"车轮为例介绍有限元技术在分析冲击问题中的应用。在有限元分析时建立包括冲击块、车轮、轮胎、安装底座在内的完整力学模型。通过对整个冲击过程的数值模拟,得到车轮各时刻的应力分布云图和冲击块的速度与位移变化曲线。考虑冲击载荷对材料性能的影响,对车轮进行性能评估,分析结论得到了台架试验验证。     

计及动态失速和有限展弦比的立轴风力机气动分析

结合Darrieus立轴风力机运行时叶片非定常气动特性,对B-L动态失速模型进行了适当修正。考虑叶片有限展弦比效应和叶尖气动损失,修正了等截面叶片的气动性能。基于DMST气动评价方法,给出了考虑动态失速和有限展弦比效应的Darrieus立轴风力机气动性能计算模型。对Sandia实验室17m风力机进行了气动评价,分析了动态失速与有限展弦比对叶片气动特性的影响,与实测的功率和功率系数的对比表明,该模型能较好地预测Darrieus立轴风力机的气动性能。     

基于SPH算法的平面刀土壤切削过程模拟

以我国华北一年两熟区保护性耕作地土壤为原型,利用ANSYS/LS_DYNA对平面刀切削土壤过程进行数值模拟,并通过理论分析和试验,验证SPH算法在模拟平面刀切削土壤过程方面的可行性。结合MAT147土壤材料模型,SPH算法及点-面侵蚀接触,运用ANSYS/LS_DYNA软件对平面刀切削土壤过程进行有限元分析。仿真结果表明,SPH算法能够直观模拟平面刀切削土壤整个过程,最大等效应力为5.851 MPa,主要集中在与平面刀接触的土壤上;平面刀切削全过程表明,土壤所受等效应力波动较小,切削过程比较平稳;稳定切削时切削功耗在10.2 kW附近波动,通过理论和试验验证,仿真切削误差不大于0.05。由此说明SPH算法进行平面刀切削过程的数值模拟是可行的。     

叶片在水体下的模态分析

采用ANSYS有限元软件，对叶片进行了空气介质与水体介质下的模态分析，提出了解决水体介质中模态分析的固－－液耦合的方法，比传统的经验方法具有更高的计算精度，使叶片在水体中的固有频率能够准确地避开激励频率。     

基于动态弯曲疲劳试验的汽车车轮有限元分析

针对车轮动态弯曲疲劳试验建立了汽车车轮静态加载有限元模型。它可以反映出车轮在静态加载条件下的高应力区域及其Von M ises应力值。对车轮进行静态加载试验结果与有限元计算结果吻合得较好,验证了有限元方法的有效性。通过与动态弯曲疲劳试验的比较,验证了静态试验中的应力集中区域即为疲劳试验中车轮开裂的区域。通过改进车轮结构设计来降低应力集中区域的应力值,可以有效提高车轮寿命。静态有限元分析对于进行这样的改进设计具有重要的指导作用。