考虑流固耦合作用的气膜建筑力学性能分析

本文以气承式半圆柱形气膜结构为研究对象,通过数值计算分析的手段,研究了气膜结构在风场流固耦合作用下的影响。其中,选用基于雷诺平均法的RNG k-ε 两方程涡粘模型进行风场模拟,采用弱流固耦合分析方法模拟流固耦合风荷载效应。根据0°和30°两种风向角度,在风荷载对结构的静力工况和考虑流固耦合作用工况下,讨论研究对象处于12m/s、15m/s、18m/s不同外界风速及200Pa、230Pa、260Pa不同空气内压条件下的应力值和位移值,分析气膜结构的流固耦合效应的作用机制和影响系数。结果表明,考虑流固耦合时,气膜的位移和应力最大值要高于静力工况,得到结构流固耦合作用相比于静力工况对气膜位移、应力数值的放大系数;且流固耦合作用对气膜位移的影响系数均随内压和风速呈负相关性,而0°风向角时,应力影响系数随气膜内压与风速呈正相关性,30°风向角时,与之相反。     

单钢管避雷针高柔结构横风向风致响应研究

单钢管避雷针结构横截面为圆形且基频较低，在运营过程中容易发生风振现象，采用双向流固耦合方法对其进行3维数值风洞模拟，探讨7种风速下钢管避雷针结构受力性能及风振响应，并与现行的国家规范条文对比。分析结果表明：在典型风速下避雷针结构两侧所受横风向风压力最大为1.03 kPa,是顺风向风压力的1.72倍，且在不同节段钢管连接处风压力突变现象显著；当风速大于10 m/s时，避雷针结构所受横风向风压大于规范提供的风荷载标准值，两者相差42%,且结构顶端位移相差30.6%;当风速大于20 m/s时，避雷针结构横风向振动频率与避雷针结构高阶自振频率接近，避雷针结构易发生高阶弯曲振动，存在安全隐患。     

单塔和双塔情况下大型冷却塔的表面风压研究

针对大型冷却塔在单塔和双塔情况下的表面风压分布,应用风洞试验方法进行研究,采用增加模型表面粗糙度的方法来补偿模型试验的雷诺数效应,通过与以往成果的比较以确定合理的粗糙度,进行变风向角和塔间距工况的双塔干扰试验.研究表明:模型表面粗糙度对冷却塔外表面风压系数有较大影响;双塔串列时前塔对后塔的影响远大于后塔对前塔的影响;斜列时可根据前塔对后塔的干扰程度并按风向角划分为3个区域.同时给出典型塔间距下考虑风向角因素的后塔体型系数包络线,供设计参考.     

考虑脉动风速的悬索跨越管桥涡激振动响应及疲劳分析

对悬索跨越管桥涡激振动响应及疲劳进行分析.考虑风速的脉动特性,利用Morison方程推导涡激耦合力,将动力载荷传递到管桥节点对结构动力响应进行分析:依据Miner理论对不同工况下管道和钢丝绳疲劳寿命进行计算.研究结果表明:考虑脉动风速时,随风速变化而变频变幅的涡激载荷力对结构振动的影响有限,并起到抑振的效果:结构的振动响应在4.0,8.0,9.5和11.5 m/s时出现峰值,最大竖向和横向振动幅值分别发生在风向攻角为00和90.时:管道结构的疲劳寿命随风速的增加明显缩短.     

一种基于光点位置敏感器件的风速风向测试系统设计

以二维位置敏感检测器(PSD)为核心器件设计了二维风速风向测试系统,系统采用激光作为光源,光源射在PSD上的位置反映了环境风速和风向的大小.简要介绍了PSD的原理和特点,分析了测试系统的工作原理,利用矢量计算给出了风速和风向的计算方法.制作了测试系统,并对PSD位置定位和风速风向的关系进行了测试.该系统的风速测量范围在0～30 m/s,未经放大处理时,分辨率可达0.15 mV/(m·s-1),风向测试的平均误差小于7°.该传感系统结构简单,测试方便,受环境温度影响小.选择合适的风敏竿,可以进一步增加测试灵敏度和拓宽测量量程.     

风电机组旋转风轮对机舱测风影响的分析

为机舱测风更加准确,采用计算流体力学仿真方法,以5 MW风力发电机组为例,仿真分析了额定风速10.5m/s,风轮额定转速11.34r/min情况下,对比带与不带T型阻流板不同叶片结构对风力发电机组的外流场分布的影响,以及对机舱顶部风速风向仪测量精度的影响。计算结果表明带T型阻流板叶片对于机舱顶部风速仪、风向仪测量精度产生较大影响,建议将风速风向仪位置相对于原位置向前移动0.3m升高1m,使风速风向测量精度达到设计要求。     

基于浸没边界和格子玻尔兹曼的流固耦合算法

为将格子玻尔兹曼方法(LBM)用于土木工程结构的气动弹性计算,提出了一种基于浸没边界-格子玻尔兹曼(IB-LB)方法的流固耦合算法.该算法在多松弛时间格式的格子玻尔兹曼框架下构造大涡模拟作为流场求解器;采用龙格-库塔法求解结构运动方程.为满足流固耦合面的无滑移性并提高算法的计算精度,采用一种迭代格式的浸没边界实施流固耦合面的数据交换.基于流固耦合算法编制分析程序对矩形断面的横向风振和福斯桥的颤振等气动弹性问题进行了模拟.与现有试验及数值结论的对比分析表明:本文算法可以较准确地预测矩形断面的涡振锁定风速、驰振临界风速及福斯桥的颤振临界风速.     

张拉膜结构风振响应的数值风洞模拟

膜结构作为一种风敏感结构,其风致振动需考虑流固耦合效应.建立膜结构风振响应的数值模拟平台,该平台调用已有的结构计算模块ANSYS以及流场求解模块CFX,并开发了大位移边界下的动态网格更新以及流固耦合边界的自匹配功能,从而实现了膜结构风振响应的数值模拟计算.利用该平台对工程应用较为广泛的典型张拉膜结构进行了初步风致振动响应研究.数值模拟结果显示:张拉膜结构的风振是由结构多个模态的耦合叠加所组成,其风振响应体现了结构较强的几何非线性特征;来流的风速大小、风向角以及张拉膜的预张力、矢跨比等因素都会对结构的风振响应产生一定的影响.     

输电塔线耦合体系的风振疲劳时域分析

风荷载作用下的输电塔线结构属于非线性耦合振动体系,自然风的脉动分量使体系中的构件处于交替受力状态,从而可能导致构件的疲劳破坏.文中以某直流线路的一段塔线体系为例,提出了输电塔线体系的风振疲劳时域分析方法;采用AR模型产生了随机风场,对输电塔线耦合体系进行了非线性风振时程分析;建立了考虑风向和风速分布等因素影响的疲劳累积损伤计算公式;确定了输电塔结构中疲劳损伤的关键部位,针对关键部位进行了应力分析,并采用线性累积损伤理论对构件的风振疲劳寿命进行了评估.结果表明,文中提出的时域分析方法可有效估算输电塔结构在风振作用下的剩余寿命.     

桥塔尾流区长吊索风振特性及其影响因素分析

针对悬索桥近塔处吊索突出的风振问题,开展桥塔尾流区长吊索风振特性及其影响因素研究.基于嵌套网格技术,建立桥塔尾流区长吊索计算流体动力学分析模型,开展了长吊索风振特性分析,并研究了吊索与桥塔距离、吊索阻尼比、折算风速等因素对桥塔尾流区吊索风振响应的影响.研究结果表明,桥塔截面尺寸较大,旋涡脱落频率低,易使长吊索发生大幅振动,且横风向振动尤为显著;塔后吊索横风向振幅随距桥塔的距离呈现先增加后减小的规律;增加阻尼比可有效抑制桥塔尾流区吊索振动响应,对横风向振动的抑振效果比顺风向振动更为明显;主塔尾流引起的长吊索风振响应随折算风速的增加呈现先增大后减小的规律,且当折算风速在4.5～5.5之间时振动最为显著.     

新型中低速磁浮车辆振动传递特性研究

随着磁悬浮技术的飞速发展,一系列问题随之而来,其中磁悬浮车辆的振动问题是无法忽视。为了优化某新型中低速磁悬浮车辆的振动传递问题,本文建立了新型中低速磁悬浮车辆刚柔耦合模型;考虑车体弹性模态,采用扫频激励法,研究了磁浮车辆在不同激励模式下,在不同的振动传递路径下,车辆悬挂参数以及车下设备悬挂参数对振动传递的影响,以及有源设备振动对车体振动的影响,并分析了新型中低速磁浮车辆的动力学表现;结果表明,新型中低速磁悬浮车辆主要振动频率有2.6 Hz, 9.2 Hz、12.1 Hz和17.4 Hz等;优化垂向减振器阻尼等悬挂参数能够较好地抑制车体振动以及获得更好的动力学性能表现,减小车下设备悬挂刚度可以抑制车下有源设备的振动传递。     

船用中速柴油机轴系的扭纵耦合振动

用作者等提出的柴油机轴系耦合振动理论计算了某船用大功率中速柴油机轴第泊强烈的耦合振动，计算与实测结果的对比分析表明作者等提出的耦合理论不但适用于长行程低速大功率机而且适用于中速柴油机，进一步证实了耦合机理的正确性，还提出了避免轴系强耦合振动的措施。     

高产气井油管柱双重非线性流致振动模型研究

针对高产气井流体流动诱发油管柱振动引起的破坏问题,采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立油管柱纵横向耦合非线性流致振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,建立油套管非线性接触碰撞模型,并将其引入流致振动模型中,得到高产气井油管柱双重非线性流致振动模型.采用有限元法和Newmark-β法求解油管柱的双重非线性流致振动模型,...     

水平井完井管柱振动特性实验研究

为探索气体作用下完井管柱振动响应机理，开展了水平井完井管柱在开井工况下振动相似实验。实验采用PE管模拟完井管柱油管，采用透明的亚克力管模拟完井套管，并采用Froude相似准则进行尺寸缩放；基于应变片测试技术采集气体作用下完井管柱油管在水平和垂直方向的振动，并采用模态分析法分析了管柱应变、位移响应及振动模态。通过有限元分析管柱固有频率并与实验振动频率对比发现，管柱振动频率接近三阶固有频率，且会发生共振；实验管柱系统在弯曲段响应应力、位移量较大，振动较为剧烈；管柱在水平方向与垂直方向振动频率与模态一致，水平方向振动剧烈。     

高速公路桥梁动力响应统计分析

车辆行驶引起的桥梁振动的动力响应数据是车桥耦合振动分析中重要参数。采用超声波测速仪、录像机及桥梁动态测试仪同人工记录相结合的方法,对高速公路交通荷载各要素进行24h连续、全面调查,记录的数据包括车型、车速、行驶车道、车辆到达时间以及每辆过桥车辆引起的桥梁动力响应数据。本调查采集了8片梁的5 650单车过桥的动响应数据,研究了交通荷载调查样本中不同梁体的动力响应数据的统计规律,全面分析了高速公路交通荷载车辆过桥引起的桥梁动力响应的时空分布规律。研究结论能够给车桥耦合振动研究及相关研究提供有益的理论指导和数据支持。     

惯性积对光电设备减振性能的影响

在机动平台上一般采用被动减振系统来保护光电设备,设备的惯性积直接影响着减振系统的动力学特性和幅频响应特性,引起对应两角振动的耦合。为了定量确定惯性积的影响,根据动力学理论建立了系统的六自由度动力学模型并简化为两自由度模型,利用无量纲化方法,推导了固有频率与惯性积之间的数学关系,分析了在不同惯性积下系统的幅频响应。结果表明,系统的两阶固有频率随惯性积分别单调递增和单调递减,并且在惯性积为零处差值最小;系统对应的两阶固有频率差值随惯性积单调递增,在惯性积为零处最小;在低阶模态方向,惯性耦合系统的减振性能优于无耦合系统。     

船舶动力设备振动三维加速度传感器设计

三维加速度传感器能够监测船舶动力设备三维振动状况,为动力设备运行提供参考数据和故障诊断依据,是一种重要的检测元件.以弹性体应变作为检测对象,设计一个由弹性体、质量块、壳体和盖板组成的三维加速度传感器.讨论了传感器弹性体面临冲突的改善方案,即利用减薄铰的方法使弹性体对重力加速度引起的载荷更敏感.对传感器的强度、屈曲、模态进行分析,发现传感器工作状态可靠.最后,给出了三维传感器应变片贴片方式,并给出振动信号处理算法.     

岩样应力应变全程中的渗透性表征与试验研究

通过岩样应力应变全过程体积应变和渗透率的试验研究，分析了应力水平、孔隙率等对多孔介质岩体渗透率的影响规律；理论研究分析了岩样全应力应变过程渗透率的变化规律，提出了岩石应力应变全过程中渗透率的表征关系式，其可作为研究多孔介质岩体流固耦合的一个重要耦合关系式，并对今后低渗透性油气田煤层气、天然气的开发有现实的指导意义。     

天然气气化炉内介质乙二醇非稳态耦合热流场研究

目的 在天然气工业化应用中,液化天然气的高效气化是关键影响因素,为了在国家能源改革的大背景下, 尽可能提升现有气化设备的运行效能,采用 ANSYS Fluent 软件对一种采用乙二醇作为中间载热介质的天然气气 化炉内非稳态耦合热流场进行数值模拟。 方法 通过深入研究天然气气化炉传热传质机理,在总结前人研究仅考虑 对流换热情况不足的情况下,将辐射换热加以考虑,构建出大空间非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合传热模 型,通过天然气加热、传热流动试验装置,对边界条件进行实验校准,验证数值分析模型的正确性。 结果 中间载热 介质为乙二醇的气化炉运行时长达到 2. 0 h 后,传热量趋于稳定,内部热流场不再发生明显扰动,表明气化炉进入 稳定运行阶段,此时炉内整体加热效率仅为 87. 35%,其中介质参与性辐射占总传热量的 27. 01%,气化炉底部形 了范围较小的低温带,表明该工况下其内部运行存在难以消除的流动死角。 结论 在本文设置的工况下 成 ,大筒体天 然气气化炉内部流场分布情况不佳,气化炉的加热效率和启动时间有待进一步优化,炉内主要换热形式仍是自然 对流,但不可忽略介质参与性辐射对总传热的贡献。     

整体齿轮增速式离心压缩机振动耦合动力特性研究

以一台在役的六级整体齿轮增速式离心压缩机为研究对象,基于转子动力学和齿轮动力学理论,建立了全自由度齿轮-轴承-转子耦合系统有限元模型。计算了考虑齿轮啮合接触的转子系统固有频率、模态振型和不平衡响应,得出了这种复杂轴系的模态特征与振动传递特性。在此基础上,研究了不同支撑型式下转子振动响应特性,并探讨了齿轮螺旋角对转子振动的影响。研究结果表明,耦合轴系的固有频率和不平衡响应峰值都有所增大;转子系统在可倾瓦轴承支撑下,无论过临界还是工作转速振动幅值均较低;当齿轮螺旋角为15°时,转子振动幅值最小。