一种空间管路的复模态模型及流固耦合振动分析

就三维管路问题讨论了当存在流体参变作用时结构模型应具有的形式,用复模态综合技术得到存在弯拐时管路的流固耦合模型,并将理论结果与计算结果进行了比较。     

双蜗壳离心泵的流固耦合分析

对一比转数为109的双蜗壳离心泵进行了同时考虑叶轮和蜗壳结构场的双向流固耦合分析,分析了流固耦合作用对泵外特性和内流场分布的影响以及不同时刻泵的结构场的结构变形与等效应力的分布。研究发现,考虑流固耦合作用后数值计算得到的平均扬程预测精度提高了0.7%;流固耦合作用对叶轮的内流场影响小,对蜗壳螺旋段的压力分布和扩散段的速度分布影响较大;不同时刻泵结构场的变形分布有较大差异,但等效应力分布的差异较小;当叶片正对蜗壳隔舌时,结构变形和等效应力都达到了最大值。     

基于流固耦合计算的混流式转轮裂纹原因分析

为研究水轮机叶片产生裂纹的机理,本文进行了某混流式转轮的瞬态流固耦合计算。采用Newmark算法求解三维不稳定Reynolds平均N-S方程,并采用k-ε模型实现方程的封闭,对转轮在部分负荷下进行了包括导叶、转轮、尾水管在内的三维不稳定流动计算。结果表明在同一工况下叶片背面的压力脉动幅值一般大于叶片正面的值;最大静应力远小于叶片的极限破坏应力;计算点的动应力幅值比较大而且分布不均匀,最大动应力可达48MPa。叶片动应力较高区域与实际叶片出现裂纹的区域基本吻合,表明动应力值过大是叶片产生裂纹的水力原因之一。     

柴油机喷射系统高压油路的流固耦合仿真

泵-管-嘴式喷油系统中喷油嘴与高压油管的结构参数决定燃油的喷雾质量,从而影响整个柴油机的燃烧状况。通过计算流体力学(CFD)理论,利用数值仿真方法建立了某385型高速直喷柴油机喷油系统的计算模型,对高压油管和喷油器油道的液力过程进行了流固耦合仿真,较为准确地模拟了燃油在油道内的流动过程,分析了油管长度对喷雾特性的影响,进而确定了合适的高压油管几何尺寸,为后期的柴油机燃油喷射系统的研究提供理论依据。     

考虑流固耦合的槽罐车横向稳定性分析

针对槽罐车由于罐内液体晃动引发的车辆横向失稳现象,以两轴小型槽罐车为研究对象,根据势流理论建立罐内液体的流体方程,应用伽辽金法进行求解,分析了罐内液体对槽罐的动量及动量矩描述方法。结合车辆底盘的侧向动力学特性,应用拉格朗日方程建立了考察槽罐车横向稳定性的8自由度动力学模型。通过MATLAB数值算例分析了转向系阶跃输入及双移线工况下罐内液体晃动对车辆横向稳定性的影响,应用动压力、横摆角速度、侧倾角及横向载荷转移率等指标对车辆响应状态进行评价,并根据相关结论提出了改善车辆横向稳定性的技术措施。     

基于流固耦合的泵组管系振动分析

为了找出管系的振源以及产生的原因,采用有限元法计算管系的模态和谐响应.管壁选用壳单元划分,管壁内流体则采用流体单元,建立了包括泵组的三维空间管系的流固耦合模型,考虑管系的柔性支撑边界条件,进行迭代求解.计算表明,在水泵电机二倍转频48.3Hz附近,管系频率较集中,各测点频率响应数值均较大,50Hz时3号泵出水管垂直方向最大位移响应达13.96mm,计算结果与LMS动态测试系统的测试结果一致.泵组管系的振动原因是由于泵的周期性运动,造成管道内压力和流量的脉动,其变化频率和管系固有频率接近从而引起了共振.     

基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性

为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小.     

基于流固耦合的离心泵蜗壳振动特性优化

针对具有超厚叶片的离心泵叶轮与蜗壳匹配问题,采用双向耦合方法对3种蜗壳结构产生的振动位移和振动速度进行了数值模拟。计算结果表明,由于叶轮与隔舌之间的流场动静干涉作用,蜗壳受到交替的激振力作用,在不同时刻振动位移和振动速度分布呈周期性变化;蜗壳基圆直径与叶轮直径的比值D3/D2对蜗壳振动有明显的影响,当D3/D2≤1.013时,超厚叶片出口压力诱导蜗壳振动强烈;当D3/D2逐渐增大时,蜗壳振动明显减弱。在设计工况下,方案A（D3/D2=1.013）振动位移最大值为4.288×10-6m,振动速度最大值为8.547×10-4m/s;方案C（D3/D2=1.19）振动位移最大值为2.923×10-6m,振动速度最大值为5.253×10-4m/s;优选方案B（D3/D2=1.13）的振动最小,其位移和速度最大值分别为2.56×10-6m和4.823×10-4m/s,仅约为方案A的60%。该结果也验证了径向力的作用规律与蜗壳振动特性的直接关联性。     

基于流固耦合的多级潜水泵叶轮结构强度分析

利用ANSYS的Workbench平台,通过单向流固耦合模型对叶轮的应力应变进行了数值研究.分别计算出叶轮受流体压力及离心力载荷作用所产生的最大等效应力及变形量,进一步获得2种载荷共同作用时的效果.在此基础上,研究了叶轮最大等效应力及变形量随流量的变化特征,并对叶轮进行结构强度校核.结果表明,叶轮最大等效应力及变形量主要受流体压力作用影响,而受离心力的影响较小.当流量逐渐增加,叶轮最大等效应力先增大后减小,叶轮变形量则逐渐减小.强度校核结果表明,叶轮符合强度要求.     

基于双向流固耦合的混流泵叶轮力学特性研究

基于双向同步求解方法对混流泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究流固耦合作用下混流泵叶轮转子的力学特性。流场计算采用雷诺时均方法和标准k-ε湍流模型,结构响应采用弹性体结构动力学方程。通过对比分析流固耦合前后流道内不同位置压力监测点的压力脉动、外特性变化,研究流固耦合作用对混流泵流场的影响,并基于双向流固耦合分析了叶轮叶片的变形与动应力分布。研究结果表明,流固耦合作用对导叶出口处压力脉动幅值影响较大,耦合后扬程和功率波动幅值有所增加,而效率有所下降。考虑流固耦合作用,叶片最大变形发生在叶片出口边背面靠近轮缘处,最大变形量约为0.062 7 mm;最大等效应力发生在叶片背面靠近轮毂出口边附近,最大等效应力约19.85 MPa;采样点耦合动应力呈现周期性变化,轮缘与轮毂上动应力幅值相差3个数量级,轮毂处相比其他位置更易发生疲劳破坏。研究结果为混流泵叶片的结构设计和可靠性分析提供了参考依据。     

基于ABAQUS的汽车防抱死系统流固耦合分析

以汽车防抱死系统关键部件球阀为研究对象,将球阀分为结构模型和流体模型分别定义,计算了球阀应力分布、位移曲线、速度等值线图、压强等值线图。改变流体模型输入端压强,观察求解结果的变化,进一步了解球阀模型在流场变化下的稳定性与稳定极限。对流体模型和结构模型的前处理设置、流固耦合接触面定义、协同仿真与后处理的研究,为汽车防抱死系统流固耦合问题与实际系统设计提供了参考。     

流固耦合作用对离心泵内部流场影响的数值计算

采用双向同步求解的方法对离心泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解,研究了叶轮流固耦合作用对离心泵内部流场的影响.流场模拟基于Reynolds时均化N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,采用多重坐标系法;结构响应基于弹性体结构动力学方程.并将计算所得的流道网格变形、流场静压和速度的分布以及径向力等结果与非流固耦合计算的流场进行对比分析.分析结果表明,流固耦合作用使得流体和固体区域计算网格发生微小变形,这不仅会改变流体对固体载荷的分布,而且会影响结构对流体的做功作用,从而影响流场的分布;叶片相对隔舌不同位置时,叶轮出口处和蜗壳流道内流场的静压分布变化趋势不同;流场速度变化主要出现在叶片和叶轮出口附近;各时间点上径向力的大小和方向变化较明显.     

基于ANSYS的冲量传感器流固耦合模态分析

运用ANSYS软件对向日葵联合收获机气力输送结构的冲量传感器进行了流固耦合模态分析,研究了有无流固耦合、冲击板材料和冲击板固支方式对冲量传感器固有频率和振型的影响,分析了冲量传感器固有频率对收获机测产精度的影响。结果表明：冲量传感器固有频率越大,系统稳定性和灵敏性越好;流固耦合作用明显提高了冲量传感器的1阶固有频率,但并不改变固有振型;冲击板材料影响冲量传感器1阶固有频率,且冲击板材料特性相近时对振型影响较小,其中亚克力材料冲击板的冲量传感器1阶固有频率最大为46.913Hz;冲击板固支方式影响冲量传感器固有频率和振型,其中中间固支方式的1阶固有频率最大为35.548 Hz。通过向日葵测产试验台验证试验,得出亚克力冲击板的冲量传感器测量最大相对误差最小为2.1%,中间固支方式的冲量传感器测量最大相对误差最小为2.37%。由此验证了仿真分析的合理性。     

基于流固耦合方法的压力补偿滴头水力特性研究

采用流固耦合方法对压力补偿滴头水力特性进行了数值模拟,得到了该滴头的压力流量关系、内流场分布及膜片变形量。通过与试验实测结果的对比分析表明,数值模拟与实测的滴头压力流量关系较接近,为研究压力补偿滴头内流场分布与水力特性之间的关系提供了一种新途径。     

秸秆螺旋挤压脱水机叶片强度和变形的流固耦合分析

运用数值模拟方法,对秸秆螺旋挤压脱水机进行了流固耦合模拟分析,建立了秸秆浆料的流体模型,用Fluent软件模拟了不同出口压力条件下,螺旋挤压脱水机内部压力场分布,并据此对螺旋挤压脱水机的挤压性能进行了分析。同时,通过Workbench-Fluent单向流固耦合的方式,对螺旋叶片的强度和变形进行了分析,得出了出口压力和叶片强度的关系。     

基于流固耦合联合收割机横流风机叶轮的动力特性分析

随着谷物联合收割机清选部件宽度的增加,横流风机以风量大、结构紧凑、出口气流沿轴向分布均匀等优点,在联合收割机上得到了广泛的应用。为此,利用有限元分析平台ANSYS Workbench对某型号联合收割机的横流风机进行流固耦合分析,首先分析风机流场对叶轮的作用力,进而分析不同作用力对叶轮动力特性的影响。结果表明:流场对叶轮的作用力分布十分复杂;与只考虑离心力相比,考虑离心力和重力之后叶轮的最大总变形量增加了8.5%;如果再考虑流场压力作用,叶轮最大总变形量增加了3.5%;预作用力对不同阶数叶轮模态振频的影响也不同,不同预作用力下的叶轮模态振频是基本一致的;风机叶轮的干扰频率16.1Hz远小于其前8阶模态振频;ANSYS Workbench简化流固耦合的分析过程,提高了分析效率。     

基于流固耦合的船式拖拉机船壳的结构强度分析

为计算船式拖拉机的船壳在实际工况下的应力及应变,运用流固耦合理论和有限元方法对船壳进行结构强度分析。分别计算船壳在不同载荷下的最大等效应力及变形量,进一步研究船式拖拉机工作速度对船壳最大等效应力和总变形量的影响,并对船壳进行强度校核和刚度评价。结果表明:船壳最大等效应力和变形量受水田支反力影响较大,受流体压力影响较小;船壳的最大等效应力及变形量随着速度的增加而增大,船壳的最大等效应力增大的速率较大。强度校核结果表明:当速度超过7m/s时,船壳在工作时有可能发生破坏;船壳刚度评价都符合标准要求。     

垂直摇臂式喷头导流器的流固耦合分析

以垂直摇臂式喷头的导流器为研究对象,对导流器从水射流中获取的驱动力进行理论分析和试验测量.基于流固耦合原理,初步建立了垂直摇臂式喷头导流器驱动力数值模拟计算模型,并通过试验结果验证数值模拟结果的准确性.将流场计算结果加载到导流器固体域上,对导流器进行了力学分析和模态分析.结果表明:模拟得到的导流器从水射流中获取的驱动力值与试验值的最大偏差为15.98%,但随着压力的升高,偏差值逐渐降低;通过力学分析得到导流器在受水射流冲击时的变形主要分布在弯曲叶片部分;通过有限元模态分析,得到导流器前6阶模态的固有频率和振形,当导流器的工作频率小于122.6 Hz时,其振动以一阶振形为主.为了提高导流器的工作稳定性与可靠性,可以通过改进局部结构或提高材料的力学性能实现.     

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。     

基于流固耦合的离心泵口环间隙泄漏对叶轮强度的影响

基于流固耦合方法,以DG-350型多级离心泵次级叶轮为研究对象,研究了口环间隙泄漏对水泵次级叶轮变形和强度的影响。通过单向流固耦合分析和双向流固耦合分析得到了叶轮的等效应力和变形分布图,并对结果进行了对比分析。结果表明,在考虑间隙泄漏时,叶轮的最大总变形幅度为0.021 4 mm,最大等效应力为21.51 MPa。在不考虑间隙泄漏时,叶轮的最大总变形幅度为0.053 6 mm,最大等效应力为87 MPa。口环间隙的存在使得叶轮与导叶间的间隙流体产生较大的压力并作用于叶轮的前后盖板,从而抵消了一部分叶轮内腔的流体压力,减小了叶轮的变形幅度和应力集中。在叶轮最大变形和等效应力的最大集中区域附近随机选择A、B节点,通过瞬态分析,在最后1个旋转周期内,节点A、B处的等效应力随时间呈周期性变化。节点B处的等效应力始终大于节点A处,并且接近于最大等效应力,说明节点B附近的区域为应力集中的高发区。而节点A处的等效应力虽低于节点B处,但应力的变化幅度高于节点B处,说明节点A处更容易发生疲劳破坏。