矩形储液箱在流固耦合下的静强度及模态分析

以某矩形储液箱为研究对象,在ANSYS软件中建立了三维有限元模型,对其在静水压作用下的强度进行了计算。同时,模拟了流体对于箱体的作用,对矩形储液箱进行了在空载和流固耦合下的模态分析,提取了前5阶固有频率和振型,为矩形储液箱的设计提供了可靠的数值依据。     

水深对刚架桥深水墩抗震性能影响的数值模拟

随着深水桥墩使用的逐渐增加,其抗震性能也得到了越来越多的关注。本文以刚构桥深水桥墩为研究对象,采用有限元软件ANSYS,通过考虑桥墩与水的流固耦合,对各种水深下桥墩的振动模态进行了分析。通过分析认为,有水环境下桥墩的振动模态与无水环境有着显著的差别,说明水环境对桥墩振动模态有着较大的影响,并且通过算例与规范进行对比,对水深的影响进行了深入分析。     

固着液滴的流固耦合模态仿真分析

为解决固着液滴仿真模态分析的建模与求解问题,开展了基于流固耦合作用下的固着液滴有限元建模仿真及对比分析。采用流固耦合分离建模方法,将流体的表面张力等效成类薄膜结构,建立了固着液滴的有限元仿真模型,给定已知的结构约束和耦合,模拟实际工况条件。同时对固有频率、特征振型和质心最大改变量的理论计算值和仿真值进行分析比较。结果表明:固着液滴2～5阶的仿真固有频率均大于根据Rayleigh理论计算得到的结果,与现有文献的理论证明结果相符;有限元仿真得到的固着液滴四阶振型谱图与现有文献得到的实验振型谱吻合;液滴质心振动最大位移仿真值与理论计算值的相对误差不超过25%。     

多级离心泵转子部件有限元分析

使用ANSYS软件对一台多级离心泵的转子部件进行有限元分析,建立了转子部件的实体模型和有限元模型,对转子部件进行静力及模态分析.用两种方法对模型进行网格划分,对比研究了转子部件的无阻尼自由振动的固有频率和振型.初步探讨了流固耦合作用力对振动频率的影响,为多级泵的结构设计及校核提供依据.     

盾构隧道竖井内油气管道流固耦合振动特性分析

对某盾构隧道竖井内的油气管道,基于ANSYS Workbench平台建立流固耦合振动有限元模型,采用直接耦合方法对油气管道进行结构模态特性计算。仿真模拟考虑了内部流体和外部静水与管道耦合作用、管道固定导向支座约束、管道壁厚以及流体介质密度对油气管道固有频率和振型的影响。结果表明:流固耦合作用和固定导向支座约束都会降低管道的固有频率,其中外部静水对管道固有频率的影响较大,不可忽略;管道的固有频率随壁厚增大而增大,随流体介质密度增大而减小;管道的低阶模态属于梁式振动形态,高阶模态属于壳式振动形态,流固耦合作用对管道的振型没有影响。     

套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统横向振动特性分析

振动固井工程中利用激振器对套管柱进行激励使其达到共振效果,以此来提高固井质量,这就需要对套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统进行模态和振动特性分析。针对这一问题,建立了套管柱-钻井液-水泥浆流固耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态分析和振动响应分析,采用单因素分析法对其固有频率影响因素进行仿真分析。结果表明,套管柱在流固耦合状态下各阶固有频率低于无耦合时的情况,相同阶数下,模态振型基本相似;耦合系统横向振动频率随长度的增加而减小,随钻井液密度和水泥浆密度的变化较小,随温度的升高而降低;在较大激振力下,底端振幅较大。实际固井作业中,可以发挥大激振力和低频组合方式产生的共振效果,来提高固井质量。     

纤维—混凝土复合管的流固耦合振动模态分析

为研究玻璃纤维-混凝土复合管的振动特性，分析了该管的结构，建立了流固耦合仿真模型，形成了该管的单向流固耦合分析方法，继而对该管进行了谐响应分析.结果表明，该管道在流固耦合状态下，形变大于自由状态时的形变，固有频率会有所降低，管道因振动产生破坏的可能性大幅提升；而谐响应分析结果更清晰地证明了管道在低阶振动模态容易发生破坏.     

基于APDL的浮动舱室有限元参数化声学建模与分析

运用APDL语言开发参数化计算模块程序,完成某船浮动舱室的三维声学建模,根据实际工作情况选取约束条件,在ANSYS环境下对整体舱室进行有限元模态分析,对比分析不同防火等级情况下舱室低阶振动频率.编制流固耦合声学计算程序并进行谐波声场分析,验证不同厚度防火岩棉对舱室声学性能的影响.将参数化设计与有限元分析相结合,实现复杂模型的结构参数调整、自动生成实体模型并完成有限元分析,对优化船舶舱室声学设计具有重要作用.     

基于FSI效应AP1000屏蔽厂房重力水箱的模态分析

为了研究AP1000屏蔽厂房PCS重力水箱中考虑水体与结构相互作用时水箱结构固有特性,基于液固耦合理论分析方法,首先针对重力水箱特殊的结构形式分别建立不同水位高度下的理论分析模型和FEM数值模型,对比分析不同方法同水位高度下PCS重力水箱中水的晃动频率的差异性,然后对不同水位高度下水箱中水体的晃动模态进行分析,最后对水箱耦合系统结构振动模态变化进行探究。研究结果得出:等效圆柱水箱和等效环形水箱计算得到的晃动频率相差不大,且FEM法得到的水的晃动频率比理论方法小;水晃动频率随着水位升高而增大,结构的振动频率则相反。     

一种内贴片式压电泵的结构设计与理论分析

针对无阀压电泵的输出压力小的问题,提出了一种内贴片式无阀压电泵.压电泵采用螺纹配合结构,由压电振子和螺杆组成,其中压电振予包括金属基体和压电陶瓷片.压电振子通过交流电信号形成旋转弯曲运动,与外部衬套配合形成可移动空腔运输液体.首先进行了模态理论分析,构建了水环境下的流固耦合运动方程.接着利用有限元软件对压电振子进行了模态分析.结合频率一致性和相邻干扰模态设计要求,对压电振子的结构参数进行优选.对压电振子的湿模态进行了仿真分析.结果 表明:与空气条件下相比,水环境下的振动频率较低,下降了343.7 Hz和326.4 Hz,并且频率一致性更差,这为后续压电泵研究分析打下了基础.     

Numerical Simulation of the Slit-Trap Dam Based on Fluid-Structure Interaction

Debris flow can cause serious damage,and it is a part of the study of fluid-structure interaction(FSI).FSI analysis was established on the interaction between unsteady flow and the slit-trap dam's vibration,with a coupling bench which can transfer fluid pressure and structure displacement.Debris flow can be seen as the Bingham body of incompressible.Based on ANSYS and CFX softwares,unidirectional and bidirectional coupling methods were used to study the transient interaction between debris flow and dam.The comparison between lateral fluid pressure states under different velocities and the equivalent stresses of the dam under different coupling conditions was made.The result shows that fluid-structure coupling becomes stronger with the increase of flow velocity.The maximum equivalent stress appears at the dam foundation,while the minimum equivalent stress appears at the dam abutment.With the increase of height,the fluid pressure decreases.The fluid pressure based on unidirectional FSI analysis is larger than that based on bidirectional FSI analysis and the maximum appears on the joint of the dam foundation and channel.The maximum equivalent stress of the dam based on the former is less than that based on the latter.     

LNG储罐外墙模态分析

以某大型LNG(液化天然气)储罐结构为例,考虑到贮液条件下储罐与液体的相互作用与影响,即液体与结构的耦合问题,采用有限元方法对储罐结构进行了模态分析.结果表明:空罐,前三阶频率为6.376、6.376、6.468Hz,内罐贮液,前三阶频率0.102、0.102、0.137 Hz,内罐泄漏后,前三阶频率0.093、0.093、0.136 Hz,内罐贮液与内罐泄漏后储罐外罐的频率相差不大,但比空罐时的频率降低很多.说明了液体对储罐系统自振特性的影响是很大的,相当于储罐内部增加了液体的约束.     

有限液深下弹性侧壁液舱内晃荡共振特性实验研究

对有限液深下,弹性侧壁矩形液舱内液体晃荡的共振特性进行了物理模型实验研究.通过扫频实验给出了不同液深和激励振幅下舱内液体的最低阶固有频率.自由液面形状和高度经由影像采集与分析系统得到,通过压力和应变采集系统分别得到作用在舱壁上的晃荡压力和舱壁的应变.对有限液深下弹性侧壁液舱内自由液面波形进行了描述,同时在时域和频域范围内对自由液面高度、晃荡压力和结构应变的共振变化特性进行了分析,并且对弹性侧壁液舱内结构应变的时间变化特性和空间分布特性做了进一步的研究和讨论.结果表明:晃荡压力和结构应变波峰处均出现双峰,压力和应变频谱受双峰的影响较大;在顶盖舱壁上,距顶角不远位置处更容易出现较大的应变.     

气液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状 ,阐述了气液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法 ,并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题 ,预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

晃动分量对储罐地震响应的影响研究

基于Haroun模型,考虑罐壁液固耦联及罐体的平动和转动,将储罐体系简化为三质点体系力学模型,罐内液体质量等效为对流质量、脉冲质量和刚性质量,通过时程分析法计算储罐的地震响应,并与不考虑液体晃动分量影响的两质点体系的地震响应进行对比,分析晃动质量对储罐抗震的影响。以系列储罐为例,分析两种体系不同场地储罐的地震响应。结果表明：通过两质点体系模型计算的基底剪力和基底弯矩与三质点体系的计算结果相差不大,实际工程中,可以按照两质点进行计算分析;按照三质点体系模型进行计算能够得出液体的晃动波高,利于分析液体晃动对浮顶产生的影响,因此在进行储罐抗震计算时,将储罐简化为考虑液体晃动分量的三质点体系力学模型便于分析晃动效应。     

16万方LNG储罐的动特性分析

以16×104m3LNG储罐为例,应用ADINA有限元软件中的Lanczos特征值算法,考虑液固耦合效应研究其动力特性参数。结果表明：内罐液固耦合基本振动频率较低,振动形式以cosnθ型梁式振动为主,液体晃动为低频的振动;外罐基本振动频率较高,振动形式也以cosnθ型梁式振动为主。内罐的液固耦合前三阶频率分别为1.979,4.766,6.491 Hz;液体晃动前三阶频率分别为0.104,0.185,0.235 Hz;外罐前三阶频率分别为6.509,12.37,22.16 Hz。     

求Cassini贮箱内液体小幅晃动频率的解析方法

为得到航天器上燃料晃动频率,针对Cassini贮箱内液体小幅晃动,将贮箱的柱段近似为非常扁长的椭球,建立了原点位于与箱内静液面接触线处相切的圆锥顶点的球坐标系,用高斯超几何级数解析表达速度势和波高的模态函数,采用伽辽金方法将变分方程转变为一个标准的特征值问题形式的频率方程,求解了不同尺寸比例的旋转椭球形贮箱和Cassini贮箱在不同的充液比和不同的Bond数情况下液体小幅晃动的基频,并与已有的理论和实验结果进行对照.结果表明,本文方法用于求解旋转椭球形贮箱和Cassini贮箱内液体小幅晃动频率是可行的.     

储液罐在地震作用下的“象足”失稳分析

推导了在应变的非线性项中除考虑壳体法向位移外还考虑切向位移的几何关系。根据建立的非线性几何关系和线性本构关系推导了初应力刚阵。应用振型分析法和参变振动知识建立了动力稳定性的分析方法。运用该法对1976年唐山地震中发生“象足”屈曲的1000m~3储油罐进行了分析,表明:这些储油罐在1976年的唐山地震中某些圆形振型处于非动力稳定状态,可见动力失稳是“象足”屈曲的原因之一。     

充液管道流固耦合对称方程的振型分解法

基于作者建立的充液管道流固耦合的对称模型及所证明的振型正交性,给出了充液管道中考虑流体和固体相互作用问题的振型分解法.本文的工作为直接按固体力学的振动方法求解流固耦合问题开辟了新的道路.文章最后给出了一个例子说明本方法的应用.     

埋地管线轴向振动特性的行波方法分析

考虑管-土及管-液间的相互作用,建立了埋地管线轴向振动的行波分析模型.由实验验证了行波方法的有效性,由数值算例研究了泊松耦合、连接耦合及土质条件对埋地管线振动特性的影响.算例结果表明,泊松耦合作用使系统在低频处出现了较多共振峰,忽略流体作用或仅将其视为固体填充物不能反映系统的该振动特性,系统频率的降低增大了系统在低频荷载作用下的危险性;由于流体边界的改变,连接耦合使系统各阶固有频率降低;随土体剪切刚度的增加,系统固有频率增大;土体阻尼可使系统振幅降低,但对系统频率影响不大.