基于TSV软件的大型低速风洞8 m×6 m试验段结构有限元分析

大型低速风洞8 m×6 m试验段能够减少模型尺度效应,更好地模拟被测试模型的细节,在航空、航天等领域有着广泛的应用需求.风洞尺寸越大,对风洞结构的安全性、可靠性和建造成本的要求就越高,因此,在设计阶段就必须对风洞试验段进行整体结构强度、刚度分析以校核其运营的安全性.以有限元模拟仿真分析软件TSV-Solutions对8 m×6 m试验段进行结构强度分析和模态分析,根据结果提出优化改进风洞试验段的结构,并对优化后的结果进行分析,优化后的大型低速风洞8 m×6 m试验段整体结构的强度和刚度在各种载荷工况下都能满足工程要求,计算模态结果与原设计方案一致,验证了本分析模型的合理性和可靠性.     

开口试验段优化设计数值模拟

摘要：
为提高某低速风洞开口试验段流场品质,采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对不同设计方案进行了模拟.数值模拟结果显示：采用集气扩散段能有效提高开口试验段流场均匀性;在试验段入口前加装蜂窝器和阻尼网,对提高试验段流场均匀性和方向场、降低湍流度有重要作用.对试验段尺寸与收集器设计的进一步研究表明,延长试验段前入口区长度、增大试验段口径、改变集气扩散段位置与尺寸都能够有效提高模型区流场品质.通过比较,得出了较为合理的匹配参数,流场指标达到了设计要求.
关键词：
低速; 风洞; 开口试验段; 流场特性; 数值模拟; 优化设计
中图分类号： V 211.3
文献标志码： A     

简捷型垂直轴风轮试验装置的研发

风能作为可再生能源已得到世界各国的极大重视。风洞试验是研究新型垂直轴风轮气动性能的重要手段,由于专用大型风洞设备占地面积大、费用高等原因,不利于进行新型垂直轴风轮性能的研究。对一种简捷型风洞试验装置进行了研发,确立了开口直流式风洞的总体气动结构,并对其动力段、扩散段、整流段及收缩段的性能进行了设计计算,搭建了风轮试验台。通过对垂直轴三戟风轮性能参数进行试验分析,分析结果表明:这种试验装置可以实现风速在0.5～15.0 m/s范围内的调速,且结构简单、制造方便、成本低,为风轮特性的初步研究提供了一个良好的试验平台。     

低温风洞防护结构设计与强度校核

防护结构作为低温风洞内绝热系统的一个重要的子系统,具有隔绝绝热单元与低温介质,降低冷量损耗,形成气流通道的作用。然而,其在风洞运行过程中不断承受着风洞运行的低温载荷和交变压力载荷,为此,本文重点开展了防护结构设计和强度校核研究。首先,对防护结构进行了总体设计,明确了各部件尺寸和材料;然后,建立了防护结构三维有限元模型,根据低温风洞运行的最恶劣工况对防护结构进行了强度分析;最后,对防护结构进行了低温环境下的交变压力冲击试验。结果表明：设计的防护结构满足风洞运行工况下的强度要求,但在支撑件附近存在冷量损耗,这对我国将来自主开展大型低温风洞的设计建设具有重要的借鉴意义。     

电动汽车驱动桥桥壳有限元分析

为满足某低速电动汽车驱动桥桥壳刚度、强度设计要求,根据该桥壳实际受力特征,对其在不同工况条件下的刚度、强度进行有限元分析。在CATIA中建立驱动桥桥壳各零部件的实体模型并进行装配;将装配体模型导入ANSYS Workbench中,建立各部件间的连接关系、划分有限元网格、添加约束条件并施加载荷;对4种工况下驱动桥桥壳应力和应变分布情况进行了有限元仿真。仿真结果表明,该驱动桥桥壳满足刚度、强度及变形量要求,为驱动桥后续改进优化提供了对照标准。     

特种车架结构强度有限元分析

特种车架是特种汽车承载的重要部件,对其进行结构有限元分析具有实际意义．借助有限元分析软件,采用混合建模方法建立了有限元模型并得到全局应力分布云图,对主要部件进行进一步分析,得到满足强度和刚度设计要求的结论,并提出改进方案．     

基于ANSYS压力容器不等厚过渡区的强度优化

以大型有限元分析软件ANSYS为工具,利用APDL语言建立了参数化模型,在研究了压力容器各部件之间不等厚过渡区域的应力强度分布规律的基础上,结合ANSYS优化设计模块,对不等厚过渡区域的尺寸进行了优化设计.得出了过渡区域的尺寸和结构最大应力强度之间的关系,找到了过渡结构的最优设计尺寸.结果表明,采用优化设计后的结构最大应力强度比设计前的结构下降了10.6%.     

FL-61风洞壳体有限元分析与气压试验

基于有限元理论,应用Patran软件创建FL-61风洞壳体的有限元模型,分析其在极限压力工况下整体结构的刚强度情况;并与气压试验结果进行了对比。结果表明:在气压试验载荷作用下,风洞壳体的变形及应力计算结果与试验结果基本吻合。验证了有限元计算中对风洞模型进行的简化处理、选用的单元类型、边界和载荷条件的施加合理可行,风洞壳体的刚强度满足设计使用要求。     

低温风洞观察窗设计与静力学分析

低温风洞在航空航天领域具有重要的战略地位,而低温观察窗作为低温风洞的可视化观测设备,其作用是为风洞内部流场的可视化观测装置提供清晰、可靠的光路通道.以某型连续式跨声速低温风洞的观察窗为研究对象,基于风洞设计输入条件,对观察窗结构进行了理论设计,确定了观察窗座板、石英玻璃、有机玻璃、防护板等关键部件的结构尺寸参数.在此基础上,采用有限元数值计算方法对观察窗进行了静力学分析,结果表明:设计的观察窗结构具有足够的安全系数,满足低温风洞运行的强度要求,对中国大型低温风洞的观察窗设计建设具有重要的借鉴意义.     

湖南大学风工程试验研究中心

湖南大学风工程试验研究中心的大型边界层风洞长54米、宽18米包含，二个试验段，高速试验段长17米、宽3米、高25米，最大风速58米/秒，可进行汽车模型、桥梁节段模型均匀流风洞试验，可以模拟大气边界层风特性，进行桥梁节段模型风洞试验，高层建筑抗风试验；低速试验段长15米、高44米、宽55米，可进行边界层内大跨度桥梁全桥模型抗风试验，高层建筑群、大跨结构和高耸结构抗风试验、人行高度风环境试验等，是国内同类型风洞中尺寸最大、功能最强的边界层风洞。     

风洞结构对试验段静压系数和静压梯度的影响

静压系数和静压梯度是评估汽车风洞试验段流场品质的重要参数.以数值仿真为主,风洞试验为辅的方法研究了风洞结构对试验段静压系数和静压梯度的影响.通过研究发现,使用包含2个拐角的计算模型进行静压系数和静压梯度仿真,可以得到真实的结果.无论是大喷口还是小喷口,收集口高度为270mm时,对应试验段静压系数和静压梯度最平缓,试验段可用长度最长,对试验测量影响最小.对于大喷口,随着收集口高度降低,收集口处静压系数和静压梯度不断下降;当收集口高度为240mm时,靠近收集口处的静压系数和静压梯度变为负值.对于小喷口,收集口面积远大于喷口面积,气流到达收集口的速度有所减少,当地静压系数和静压梯度均为正值.     

风洞模型角度调节机构的动态特性分析

为了验证风洞模型角度调节机构以某种频率工作时,机械系统的惯量、刚性及阻尼对试验结果是否有影响,建立了角度调节机构的动力学方程及相对应的数学模型,并用MATLAB/SIMULINK软件进行动态特性分析;机构中构件存在惯性,并且具有一定的刚性及阻尼,由于风洞模型角度调节机构是一种精度要求较高的系统,为保证计算结果的准确性,在建立角度调节机构的动力学方程时必须考虑这些因素;当角度调节机构处于极限工况时,仿真结果表明:模型输出轴的角位移动态响应曲线基本上与期望曲线重合,只存在极小的误差,机械系统的惯量、刚性及阻尼对试验结果的影响是极小的。     

江苏工学院风洞工程研制

最近江苏工学院建成一座实验段为1×1.4×3.0m,新型的低速闭口回流式风洞。它是教学和科研所需的重要实验设备。文中介绍了风洞的结构、性能、测量控制系统、自动数据采集和处理系统以及标模实验结果,分析了风洞的特点和用途。     

风电机组风洞测试的阻塞效应分析

风洞测试具有方便、快捷和高效的优势,在风电机组输出功率特性测试中应用较多。测试风轮直径较大时,由于存在风洞堵塞效应,会对测试结果造成影响。以300 W风电机组作为研究对象,分别采用风洞测试和车载测试进行输出功率特性测试。测试过程采用负载法,分别以电阻和蓄电池作为负载进行测试。在风洞截面为3m×3m的试验段中测试,机组空载启动风速为4.3m/s~4.8m/s,以电阻为负载时的额定风速为6.2 m/s;在车载测试中,机组空载启动风速为5.7m/s~6.2m/s,以电阻为负载时的额定风速为8.1 m/s。风洞测试比车载测试的启动风速低1.4 m/s,占车载测试启动风速的24.6 %,比车载测试额定风速低1.9 m/s,占车载测试额定风速的23.5 %。风轮直径2.3 m,其扫掠面积占风洞试验段截面面积的46.2 %,风洞的堵塞效应较大,致风洞测试数据与车载测试数据相差较大,因此风洞测试后需要修正。     

开口桥梁断面颤振及气动措施的数值与试验研究

针对典型开口桥梁断面颤振抑振措施进行了风洞试验和数值模拟研究.风洞试验结果表明,原型断面在较低风速即发生了颤振失稳现象.通过数值模拟方法进行了颤振模拟,与风洞试验得到了一致的颤振临界风速,并研究了其颤振机理,即高折减风速下断面下表面产生的旋涡脱落及其漂移与断面扭转位移相匹配,产生了与断面运动方向相同的气动扭矩,导致了颤振发散.数值模拟显示,下稳定板可以有效阻碍断面下表面旋涡的脱落和运动,使得气动力在断面运动周期内做功为负,抑制颤振发散.节段模型风洞试验和全桥模型风洞试验结果显示,下稳定板是开口桥梁断面颤振的有效气动抑振措施.     

双叉式叶尖结构对风力机气动噪声的影响

为降低风力机的气动噪声,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,在风洞实验室开展了风力机外特性测试与气动噪声试验.试验结果表明:双叉式叶尖结构在3～9m/s的低风速段和中风速段能提高风力机的输出功率;双叉式叶尖结构可降低风力机风轮旋转基频所对应的最大声压级与叶尖涡脱落频率所对应的声压级.由此可知双叉式叶尖结构能有效降低风力机的气动噪声,其中叶尖夹角为90°的双叉式叶尖结构降噪性能最优.     

两种改善汽车风洞轴向静压系数的方法

改善轴向静压系数对提高汽车风洞实验段流场品质具有重要意义.实验与数值模拟均发现,增加收集口角度或增加收集口喉部间隙都能有效改善汽车风洞实验段轴向静压系数,而且收集口角度越大或喉部间隙越大,轴向静压系数改善效果越明显.另外,实验还比较了单独增加收集口角度、收集口喉部间隙以及收集口角度和喉部间隙组合后对轴向静压系数的影响,旨在为全尺寸汽车风洞改善轴向静压系数提供依据.