电化学放电加工高速旋转电极的流固耦合分析

电化学放电加工(Electrochemical Discharge Machining,ECDM)为近年来较受关注的非传统制造技术之一,既可以加工非金属材料,也可以加工金属材料。以有限元软件对工具电极高速旋转电化学放电加工加工状态进行了仿真分析,研究了工具电极旋转速度及工具电极与微小孔之间的偏心程度对工具电极变形及工具电极应力的影响。计算结果表明,随着工具电极旋转速度增加,工具电极最大变形及工具电极最大应力增加;随着工具电极与微小孔偏心量的增加,工具电极最大变形及工具电极最大应力增加。     

深基坑工程流固耦合分析

深基坑工程是一个系统工程。由于深基坑的降水、开挖、支护,改变了土体中原有的渗流场和应力场,而渗流场和应力场共同作用,控制着基坑的变形。本文对渗流场进行了有限元分析,并将渗流场的水力作用与应力场耦合进行分析。     

基于流固耦合的管道机器人清淤装置

为验证管道机器人的清淤能力,对其清淤装置进行旋转条件下的流固耦合研究。对管道机器人的清淤装置进行简化处理,利用ANSYS Workbench软件,通过添加流体域,获得基于流固耦合的模型;通过mesh模块进行网格划分,得到基于有限元分析的高精度模型,在逆流条件下分别设置固体的转速1.6、0.3 r/s,顺流条件下设置固体的转速1.6 r/s,设置流体的流速和前进速度均为2.5 m/s,进行流固单向耦合计算;得到流体基于速度和压力的运动状态示意图,进行对比分析。结果表明:在逆流高转速条件时,清淤装置清淤效果显著,具有刮削-搅拌-过滤-推进-自流冲刷五位一体清淤作业能力,并为管道机器人的控制提供理论依据。     

基于流固耦合的防滑差速器内部流场数值分析与优化

为研究某款防滑差速器内部流场分布规律,在流固耦合理论指导下,采用软件仿真的方式对该款差速器内部流场规律进行了研究。首先根据防滑差速器内部结构建立其三维流体域的简化模型,并利用Xflow软件对不同转速、不同油液浸没深度对其内部油液速度稳态波动时间的影响进行了仿真;其次以内部流场先达到稳态平衡为优化目标,以流体域润滑油体积和达到速度稳态平衡所需时间为评价指标,对防滑差速器内部流场分布最优时的浸油深度进行预测,结果显示润滑油浸油深度在-0.03 m时,差速器内部流场分布最优。     

螺旋桨的流固耦合动力分析

采用２０节点三维等参元离散系统，在结构表现上布置源汇，应用Ｇｒｅｅｎ函数的边界积分法计算流体－结构的相互影响，用湿模态法对螺旋桨在水中的动力特性进行了计算；比试验验证表明，计算结果与试验结果吻合良好。     

冲击作用下水力驱动装置流固耦合动力学

研究反应堆控制棒水力驱动装置在冲击作用下的流固耦合动力学问题。针对系统受向上和向下冲击两种情况,以及系统不同的设计参数,采用商用软件MSC.DYTRAN计算了系统计算模型的动力学响应。计算结果表明水力驱动装置在冲击载荷下的响应与冲击方向、步进缸水柱长短有关。向下冲击比向上冲击使系统产生更大的响应;在同样的冲击下,步进缸水柱越长响应幅值越大。此分析结果可用来评估系统的抗冲击能力。     

流固耦合作用下控制阀的稳压分析与设计

研究钢厂废煤气流场作用下大型压力控制阀的稳压问题,分析了影响压力稳定的结构因素,利用Pro/E建立了控制阀的几何模型,采用CFX进行流场计算,ANSYS进行结构计算,并利用两者间的数据交互平台传递流场压力载荷和结构位移数据,实现了流固耦合数值仿真计算。计算结果表明,阀芯结构及开度是影响压降的重要因素,且外接管与控制阀通径之比越大时阀前阀后压降越小。研究结果为控制阀结构的优化设计和测试分析提供了重要依据。     

基于流固耦合的砾石泵内部流场数值分析与试验研究

为研究砾石泵内部流场分布规律,在流固耦合理论的指导下,本文采用软件仿真的方式对某砾石泵内部流场规律进行了研究。文中首先根据砾石泵内部结构建立其三维流体域的简化模型,其次以单相清水为介质,进行砾石泵外特性试验与仿真并进行对比,结果显示:试验值与仿真值误差在6%以内,有效验证了砾石泵流体仿真模型的正确性;再次利用xflow软件对砾石泵进行流固耦合分析,得到了砾石泵内部流体压力与速度分布规律,并预测了内部涡流现象的发生。这为砾石砂泵内部机构的优化设计提供了一定的理论依据。     

流固耦合相似材料模拟实验及技术

为了研究煤层开采中的流固耦合问题,在"固-液-气"三相模拟实验台的基础上进一步完善了流固耦合模拟实验平台的应力、位移、渗流测试系统及测试技术。针对富水风积沙层下采煤进行了模拟,实验中的矿压显现规律和潜水渗流规律与实际相吻合,证明了实验过程可信、结论可靠。实验设备和技术的完善突破了传统的单一固体模拟,为地下工程中流固耦合相似模拟实验取得了新进展。     

用ANSYS软件分析流固耦合问题

目前,ANSYS作为一款通用的有限元分析软件,在工程上得到了普遍的应用.但由于流固耦合问题本身的复杂性,ANSYS在解决该问题的时候一直没有取得什么进展.本文以模拟海洋立管涡激振动的实验为基础,采用弱耦合方法,对其数学物理模型进行分析,提取得到附加阻尼,附加刚度,与有限元方法相结合,应用ANSYS软件建立模型以求得其固有模态.     

平板流固耦合振动的数值分析

采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对流场与柔性平板之间的耦合运动进行了数值模拟.流场部分通过有限体积法求解任意拉格朗日 欧拉描述下的不可压缩N-S方程,而结构则由有限元法离散求解拉格朗日坐标下的弹性动力学方程.在一个时间步内,流场与结构计算区域的交界面上进行多次的数据传递和插值,以保证满足耦合面边界条件.计算了在静止流场中弹性板的自由振动和方柱后部平板的涡激振动现象,监测了平板的振幅和频率以及水动力载荷.通过与前人结果的比较,验证了所采用的流固耦合算法的可靠性.同时,分析了不同的材料参数对于平板耦合运动的影响.流体黏性越大对平板振动的阻尼作用越明显,而流体密度的增加会加速振动的衰减,并降低振动的频率.对于具有较低固有频率的结构,在耦合运动中的振动幅度和频率也较小.
     

轴流式叶片的流固耦合振动特性分析

采用流固耦合技术，求解流体与固体的耦合方程，对轴流式叶片进行了振动特性分析，分别计算了叶片在空气中和水中的固有频率；并比较了轴流式叶片在空气中与水中固有频率的变化，分析了叶片在水中的振型。结果表明，叶片在水中的各阶固有频率较其在空气中均有所降低，且其降低程度具有非线性的特点。通过对轴流式叶片在水中八阶模态图的分析，表明了轴流式叶片外部靠近出水边的地方较为敏感。     

考虑流固耦合的轴流式叶片强度分析

以轴流式水轮机全流道三维湍流数值计算结果为基础,分析水轮机的压力脉动;采用弹性力学非稳态有限元法分析轴流式叶片的强度;利用弱耦合技术,对固体域和流体域进行顺序迭代,并进行了水轮机的流固耦合分析.结果表明,在水压力作用下,叶片变形的最大位移发生在叶片出水边靠近叶片外缘处,最大应力出现在叶片上端面和法兰相接处,叶片变形对压力脉动的幅值影响明显.     

基于流固耦合的轴流泵叶片结构分析

为了准确分析YQH-100油气混输泵的叶片所受应力分布情况,运用Fluent软件与ANSYS软件协同仿真的方法对油气混输泵单级压缩级流道进行三维流动计算,将Fluent流场数据通过Workbench流固耦合技术传输给叶轮结构,再对叶轮叶片进行应力分析,通过数值分析确定叶片的应力及变形集中区域,得出叶片的应力及变形分布规律,并且可以看出运用流固耦合和不运用流固耦合时含气率对扬程和效率有较小的影响.     

高压注水地层的流固耦合有限元分析

注水驱油是石油工程中提高石油采收率行之有效的一种方法,在注水方法上采用的是高压注采的形式,由于注水压力的控制不当往往会造成地层的膨胀变形,从而导致油水井的套管破损,而在储油层段的破坏是愈加明显的.在流固耦合理论的基础上,使用大型有限元分析软件ADINA对高压注采条件下的地层建立有限元模型,分析了高压注水下的地层变化形式,并且通过不同储层的不同渗透系数进行了对比分析,进而针对不同储层结构,合理控制注水压差,为预防和减少地层变形、油水井套管损坏等提供了依据.     

基于流固耦合的风力机预应力模态分析

以某1.5 MW水平轴风力机风轮为研究对象,考虑风轮旋转气动力和结构的流固耦合效应,运用ANSYS Workbench有限元分析软件,计算出不同风速时风轮旋转气动力与结构流固耦合作用下的压力.将压力作为输入载荷对风轮结构进行静力学分析,进而转换为预应力条件下的模态分析.结果表明:风力机运行时,叶尖处的变形最大,叶片上距离叶根3/4段处和叶根部有明显的应力集中;最大应力在额定风速以前随着风速的增大而增大,额定风速以后变化较小;叶片最大变形量随着风速的增大而增大;旋转效应使得风轮各阶模态所对应的频率增大.     

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%。     

内嵌晃荡液体减振的流固耦合分析

在考虑流体黏性及表面张力作用的情况下,采用分离求解器交错迭代隐式耦合的方法建立了内嵌晃荡减振器的弹性悬臂梁做自由衰减振动或受迫振动的流固耦合物理模型,并对悬臂梁晃荡减振过程进行了瞬态数值计算;结合计算结果与减振理论,分析了内嵌流体导致梁振动衰减的主要原因,认为悬臂梁振动过程中液体受迫晃荡受自由晃荡的影响,其相对位移滞后于梁的振动位移,液体对梁的阻碍冲量大于激励冲量。由此,提出了以振动频率与驻波频率的比值γ来表征自由晃荡,并采用数值模拟方法比较了不同γ下方形容器受迫摇晃的液体作用力,以及晃荡减振器在悬臂梁自由衰减振动中的减振性能。结果表明,γ值越大,单位质量液体的减振效果越明显。该结果可为优化晃荡减振器研究提供参考。     

基于流固耦合的尾矿库三维失稳形态及稳定性分析

针对尾矿库实例,根据尾矿库几何特征建立了尾矿库的三维数值分析模型,实现了尾矿库基于流固耦合—强度折减的三维稳定性分析,分析了尾矿坝滑移面的形成过程,得出尾矿坝内三维滑移面空间分布:该滑移面在尾矿坝坝面上表现为一个封闭的塑性带,塑性带分布范围与尾矿库地形相关;该滑移面在尾矿坝的纵剖面上表现为近似圆弧的曲线,且其埋深与库区地形相关,对尾矿库三维破坏区合理分析有利于确定尾矿库可能溃坝范围,为尾矿库风险分析提供依据.最后对三维强度折减法和二维极限平衡法进行了比较分析,结果表明尾矿坝临界滑移面位置和安全系数与三维地形相关,建议采用二维分析时计算剖面选取应考虑地形影响.     

一种发酵机搅拌装置的流固耦合有限元仿真研究

针对高黏度物料多层搅拌发酵机搅拌轴承载设计问题,基于有限元进行计算流体动力学和流固耦合分析,研究物料不同黏度下搅拌装置转矩、变形和受力情况.由搅拌装置转矩受力情况,计算出物料安全黏度极值和范围,并分析物料不同填充高度下搅拌装置的转矩.结果表明:正常工况下,搅拌装置第一层桨所受转矩最大,第六层桨末端变形最大,应力最大处在短轴上联接第一层桨的轴段上;物料强度安全黏度极值为205 Pa·s;物料填充高度对搅拌装置转矩影响不大,物料最佳填充高度范围为物料面距离搅拌槽内顶100~150 mm.