静压式机械密封流固耦合的理论分析

针对一种收敛间隙静压式机械密封,建立了机械密封流固耦合模型,采用有限元方法求解不可压缩Reynolds方程,得到密封间隙流体压力分布,采用ANSYS有限元软件计算密封组件的弹性变形,利用两者之间自动迭代计算实现流固耦合分析。结果表明,高压工况下,静压式机械密封间隙的压力分布受到密封端面变形的影响,同时又会影响到端面的变形。该流固耦合分析考虑了密封组件之间的接触摩擦和预紧作用,能够准确反映高压流体和密封结构的相互影响。计算得到的泄漏量与实验值吻合,对特殊工况下静压式机械密封的流固耦合研究具有参考意义。     

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%。     

基于双向流固耦合的锥阀阀芯位移可靠性分析

传统的阀芯位移稳定性是在系统参数确定的前提下进行的,然而,在实际生产的使用过程中,各种系统参数具有不确定性.针对此问题,建立了一个锥阀工作动态过程的有限元分析模型,采用双向流固耦合和重叠网格方法分析求解压力入口下锥阀的动态响应过程.考虑参数随机性的影响,以阀芯稳定后位移是否超过许用位移量为衡量标准建立阀芯位移波动的极限状态方程,通过Monte-Carlo仿真和Kriging方法,对阀芯稳定后位移的波动情况进行了可靠性分析.研究发现,阀芯稳定位移波动范围小于理论值的19%,阀芯稳定位移的可靠度随着入口压力的增大而降低.     

基于流固耦合的风力发电机结构特性分析

风力机结构尺寸的增大会导致气动载荷效应的作用更加明显,因此,采用流固耦合分析技术来研究气动载荷效应对风力发电机结构的影响。采用ANSYS Workbench软件搭建了流固耦合分析系统,经过流固耦合分析得到了不同风速下风力机周围气流分布规律、风力机表面压力分布规律、风力机变形和应力分布规律、风速与风力机叶片应力和变形之间的波动规律;仿真分析了考虑流固耦合与不考虑流固耦合两种情况下风力机的模态振型,为风力发电机的结构设计提供一定的理论参考。     

周向波度机械密封的流固耦合

以波度密封为例,建立了考虑静环倾斜时流体动压型机械密封的流固耦合三维性能分析模型,研究了静环倾斜量、密封环弹性变形对端面压强分布、密封性能的影响规律;同时改变结构参数和操作参数,研究其对端面弹性变形的影响规律。结果表明：弹性变形及静环的倾斜对端面的压强分布、密封性能影响显著,使端面间隙由外径向内径形成收敛型,周向波度及...     

基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算

在考虑膨胀土的非饱和土特性基础上,基于有效应力原理的单变量理论推导非饱和膨胀士弹塑性本构模型,选用适用的土-水特征曲线方程和非饱和土渗透系数方程,根据流崮耦合力学的理论与方法,将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程,建立渗流-变形耦合分析模型.该模型考虑流固耦合作用引起的孔隙比和渗透系数变化(包括有效应力的影响),并根据边界孔隙水压(或基质吸力)的变化模拟膨胀土体的吸水和失水过程.通过对膨胀土样室内有荷膨胀试验的渗流、变形过程的仿真模拟验证仿真计算模型的有效性和正确性.研究结果表明:采用该仿真计算模型对膨胀土的变形(膨胀或收缩)进行计算和预测可取得较好结果.     

基于流固耦合的新拌混凝土流动及变形仿真方法

为了能更好地评估新拌混凝土的流变特性,通过流固耦合的方法对新拌混凝土进行建模和仿真.针对混凝土拌合物无自由边界和大变形的特点,采用ALE方法描述新拌混凝土拌合物,拉格朗日方法描述装盛混凝土的容器结构,结合罚函数法实现液态混凝土与结构间的耦合作用.分别对高性能混凝土和自密实混凝土的坍落度试验进行了模拟计算,通过与实测及已有文献的计算结果相比较,验证了该方法的有效性.     

上游泵送机械密封热-流固耦合建模与性能分析

上游泵送机械密封具有低泄漏、低摩擦、长寿命的优点。基于密封端面流体域流场和能量方程,固体域弹性力学和热传导方程,将多物理场进行耦合求解,建立了上游泵送机械密封热-流固耦合仿真模型。基于该耦合模型对八字槽上游泵送机械密封进行了性能分析,揭示出机械密封在高转速下的温升和变形对上游泵送能力的削弱效应。进而获得了在不同几何和工况参数条件下,上游泵送机械密封的泄漏率、温升、变形等的变化规律,可应用于上游泵送机械密封工作机理研究和设计优化。     

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。     

基于ANSYS Workbench的双向流固耦合振动仿真方法

介绍一种易于应用到工程实际中的ANSYS Workbench仿真方法。以CFM56-5B发动机扇级叶片的振动特性分析为例,通过Mechanical模块和CFX模块的耦合计算,详细阐述了ANSYS双向流固耦合振动仿真的方法以及在仿真过程中需要注意的事项,为分析复杂的非对称翼型截面的预扭叶片及其接近工程实际的流体场动力学振动问题提供理论参考。     

Simulation on Dynamic Bending Features of Fabric Based on Fluid-Solid Interaction Technique

This paper is devoted to the two-dimensional nonlinear modeling of the fluid-solid interaction (FSI) between fabric and air flow, which is based on the Automatic Incremental Dynamic Nonlinear Analysis (AIDNA)-FSI program in order to study the dynamic bending features of fabrics in a specific air flow filed. The computational fluid dynamics (CFD) model for flow and the finite element model (FEM) for fabric was set up to constitute an FSI model in which the geometric nonlinear behavior and the dynamic stress-strain variation of the relatively soft fabric material were taken into account. Several FSI cases with different time-dependent wind load and the model frequency analysis for fabric were carried out. The dynamic response of fabric and the distribution of fluid variables were investigated. The results of numerical simulation and experiments fit quite well. Hence, this work contributes to the research of modeling the dynamic bending behavior of fabrics in air field.     

液固互动作用下突水模拟分析

以开采过程中的煤矿突水为例,应用液固互动理论,采用有限元分析软件ADINA针对二种突水模式分别建立几何模型,进行数值模拟。在利用软件进行三维有限元建模时,分为结构模型和流体模型两种。针对不同的突水模式,探讨在流固耦合作用下的煤矿渗透突水过程中,地层与场地的变形特征。结果表明：对于断层突水模式中,接近45°的断层倾角对地层和场地的影响较大,因此在煤层开采中应该特别注意倾向于开采工作面的小倾角断层;在裂隙突水模式中,较大的渗透系数对突水速度和突水量影响显著,可以通过选择合适的开采区域尽量避免突水事故的发生。     

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.     

rGFM方法在流-固界面问题数值模拟中的应用

rGFM(real Ghost Fluid Method)方法已经成功应用于气-水界面的数值模拟,体现了界面计算准确,守恒误差小等优点。结合Hydro-elasto-plastic固体模型,将rGFM方法推广于对流-固界面的数值计算。通过在界面处构造并求解Riemann问题,得到界面处流体的准确的流动状态。以此状态来定义界面边界条件,从而多介质流动问题转化为单介质流动问题来求解。数值结果表明,该方法可以用于流-固界面的数值计算,界面和其它间断计算准确。     

单叶式主动脉瓣流固耦合仿真与力学性能分析

目前,单叶式主动脉瓣(Unicuspid Aortic Valve, UAV)的研究大多集中在对患者的相关疾病进行统计分析,而对其力学性能的研究较少。本文通过COMSOL有限元软件,建立了基于任意拉格朗日-欧拉法的三维UAV流固耦合模型,分析了不同条件下的UAV在整个收缩期的血流动力学特征。首先,通过对Poiseuille流和圆柱体后弹性梁流致振动的仿真,验证了所建立模型和算法的有效性。随后,对UAV问题进行了流固耦合仿真和较为深入地力学性能分析。结果显示,UAV相较于正常主动脉瓣表现为狭窄,具有过高的跨瓣压差以及流体剪切应力;低血流流量下的UAV在具有低血流速度和低跨瓣压差的同时表现为狭窄;钙化程度的加剧会造成UAV再狭窄,形成一个恶性循环。     

新型双向旋球阀工作过程动力学仿真分析

针对具有双向硬密封功能的新型旋球阀的工作过程建立了动力学模型,采用Gear预估-校正算法对新型双向硬密封旋球阀工作过程动力学模型进行了求解和分析.结果表明,由于阀板的偏心结构,新型双向硬密封旋球阀开启时所需要的扭矩比关闭时所需要的扭矩要小;在水流为5 m/s的情况下,新型双向硬密封旋球阀开启时施加在轴上的扭矩不得大于5 500 N.m,关闭时施加在轴上的力不得大于4 650 N.m,否则引起水锤现象.     

柴油机气门导管新型密封结构研究

针对柴油机气门导管的漏油和磨损问题,提出了一种气门导管仅加工密封槽但不安装密封圈的新型密封结构,从理论上对该新型密封结构的作用机理进行了分析,并通过部件和整机试验,证明此新型密封结构既能减少进入进,排气道的机油量,又能减轻轻气门杆和气门导管的磨损。     

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。     

椭圆-抛物方程描述液体-固体的相互作用

讨论一维液体-固体相互作用的简单模型。波在液体中传播,满足一维椭圆-抛物型方程。液体中漂浮着一质点固体,固体在波的传播的影响下随波漂流,固体的速度和它所在的位置处的波的传播速度相同。利用Banach不动点原理和算子半群理论得到这一液体-固体相互作用的系统的解是整体存在、唯一的。而且,利用能量估计,得到系统的解的长时间性态,以及在质点固体两侧液体对它的压力渐近消失。