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。     

旋转作用下水平轴风力机气动性能分析

为研究水平轴风力机在大气边界层近地面非定常来流作用下气动耦合特性,建立基于剪切应力传输(SST)湍流模型的计算流体力学(CFD)模型和静力结构模型。为模拟风轮在近地面的气动状态,通过单向流固耦合方法对流场均匀入流风速和旋转效应作用下不同工况进行数值耦合计算,求解风力机流场中的速度场、压力场、结构响应状态以及输出功率,分析对比流场不同方向风力机周围速度变化、表面压力分布、结构应力应变规律、整体变形情况和功率变化。结果表明：在均匀来流和旋转共同作用下,流速和压力主要沿风轮径向变化,沿叶片展向至叶尖速度逐渐增大;整机结构附近有明显的气流扰动变化;停机工况和旋转工况(考虑旋转效应)塔影效应干扰下叶片变形在上下风区波动较大;入流风速大小对风力机输出功率有显著影响。     

高温机械密封用焊接金属波纹管失弹特性分析

利用ANSYS软件对高温条件下机械密封焊接金属波纹管进行了失弹分析,分别考虑了轴向端面压力、组合力、温度以及力热总载荷对波纹管弹性性能的影响.分析结果表明,各类力载荷及热载荷分布对波纹管弹性性能均产生影响,不同作用载荷下得到的允许压缩位移值不同;压差等载荷引起的应力强度对波纹管的影响程度与压缩位移有关.在设计和使用过程中应综合评定各操作条件下的波纹管性能,为高温机械密封波纹管工程应用及结构优化设计提供参考.     

露天潜孔钻机钻架-平台耦合振动特性分析

潜孔钻机在大风环境下工作受周期性冲击载荷和风载荷共同作用,动力学行为与钻架和平台结构耦合振动特性密切相关,直接影响钻机工作可靠性.对国产某型潜孔钻机进行改进设计,建立钻架-平台结构耦合动力学模型,采用ANSYS软件对周期性冲击载荷与平行风载(与车身方向平行)或正交风载(与车身方向正交)联合作用下结构耦合振动特性进行仿真分析.结果表明:耦合振动的前十阶模态频率分布在3~28Hz范围内,在14.46~25.32Hz之间存在一个较宽的模态间隔频带,位移幅频特性和动应力幅频特性均存在一个低幅响应区.风载荷相对于机身的作用方向对幅频特性影响很大.该钻机在平行风载下钻架顶端观察点振动位移幅明显低于正交风载下振动位移幅.平行风向载荷下钻机结构最大动应力幅值低于正交风向载荷下钻机结构最大动应力幅值.钻架-平台结构耦合振动特性为钻机结构动态优化设计提供理论依据.     

瓦斯爆炸对地下巷道破坏效应的 数值模拟分析

为了研究瓦斯爆炸对地下巷道壁面结构的冲击作用规律以及瓦斯爆炸与巷道壁面耦合效应,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立管道物理模型,数值模拟了耦合和解耦合条件下管道内瓦斯爆炸压力变化、压力等值线分布、能量变化及管道等效应力的变化情况.模拟结果表明:(1)耦合效应下对爆炸流场内部的冲击超压大小的影响基本上可以忽略;(2)解耦合条件下,管道的应力等压线分布呈现较规则同心环,而耦合条件下,在整个传播过程管道内等压线分布处于紊乱状态,可知在耦合效应下瓦斯爆炸流场在巷道中会变得更加复杂;(3)等效应力分布导致管道多次轻微变形,但第1次变形破坏最为有效,可知瓦斯爆炸时应力波是随着时间的推移逐渐减少.研究结果能够对地下巷道的设计提供一定的理论指导,对减小瓦斯爆炸的损失也具有重要的现实意义.     

斜拉跨越结构的风载影响分析

利用有限元分析软件对木龙河斜拉索跨越结构在风载荷作用下的动静态力学特性进行了分析.静态分析表明,风力小于3级时桥的最大位移和最大应力随风力变化不大.风力大于3级时两者随风力的增大而显著增加.通过模态分析得到了跨越结构的前10阶振型和频率,并分析了8级动态风载下管桥中部和端部两个关键节点的位移和拉应力的时间历程响应及某一时刻跨越结构的应力、位移分布情况,最后得到了动态风载荷下风力与最大应力和最大位移之间的关系,得出的结论与静态一致,但在大于3级的风力情况下,动态风载引起的最大位移和最大应力比静态风载约大2倍.     

跨路门风载作用的ANSYS有限元分析

对跨路门的主要外载荷进行分析，得出风载荷是跨路门的主要外载，运用有限元法原理，使用ANSYS软件对跨路门在风载作用下进行分析，得出结构位移和应力图，结果表明在风载荷作用下跨路门最大位移发生在纵向。     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

风载对某传输塔影响的研究

首先通过MARC软件建立传输塔模型,并对其进行模态分析,求出结构的基本自振周期;然后,利用MARC软件求出传输塔在只承受自重和电缆载荷情况下的应力和位移,并找出危险点;最后,将传输塔分层,根据风载荷的计算机理和有限元理论,用MARC软件对传输塔在各级风载荷作用下的情况进行静力分析.根据应力、变形情况观察危险点,并将在各级风载作用下的结果与无风载荷时进行比较,得出结论.     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

横风作用下货车篷布结构强度计算

采用基于CFD和CSD的准静态耦合方法对横风作用下货车篷布结构强度进行分析。首先建立横风作用下货车篷布数值模拟计算模型,得到不同运行工况下货车篷布表面压力分布;随后建立篷布索膜结构强度计算模型,以篷布表面压力分布为加载载荷,运用非线性有限元分析方法对不同运行工况下的篷布强度进行数值模拟计算。研究结果表明:货车以速度120 km/h在大风地区运行,当横风风速小于41.4 m/s时,采用双层焊接结构的无网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力;当横风风速小于54 m/s时,采用双层焊接结构的有防风网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力,满足篷布安全运行要求;篷布顶面和篷布网眼位置的最大位移和最大主应力随着货车运行速度和横风风速的增加而增大,横风风速对篷布最大位移和最大主应力的影响大于货车速度对其的影响。     

基于流固耦合的高温泵叶轮应力有限元分析

根据高温泵零件二维图,应用Pro/E软件对高温泵内叶轮结构模型及整机水体模型进行实体建模,采用CFX软件对高温泵内部流场进行数值模拟,分析了泵内部的压力随不同工况的变化情况,基于流固耦合利用Ansys软件对叶轮施加静力载荷,进行应力应变分析,揭示了整个叶轮的变形情况及应力分布.结果表明:首级结构的对称性使其变形较为均匀,应力应变分布较为规律;水泵叶片根部两侧存在明显的集中应力,并且应力逐渐向叶片外侧扩散,叶片外缘所受到的应力值很小,应力集中点为次级叶片与轮毂相交处靠近进口的位置;在不同工况下叶轮最大静应力随着高温泵轴功率的增大而降低,且线性关系较差.     

突变风与列车风耦合气动载荷下风屏障的强度分析

自然风与列车风的耦合气动作用是铁路风屏障产生弯曲、扭转等变形的主要原因。建立了列车-风屏障耦合的三维气动仿真模型,对风屏障在突变风与列车风耦合作用下压力分布规律进行了分析。建立了风屏障固体结构分析模型,对风屏障进行了模态分析,采用流固耦合的方法分析了风屏障在不同工况下的应力及变形量,据此对风屏障进行了强度校核。结果表明：风屏障自振频率最小为6.11Hz,风屏障自振频率与列车风的振动频率相差较多,不会产生共振现象。在突变风与列车风耦合下,突变风的作用效果对风屏障的位移以及应力变化起决定性作用。在1.59s时,风屏障在突变风与列车风耦合作用下产生最大位移,其中最大负位移达到1.42mm,最大正位移达到0.605mm。H型钢立柱产生最大的Mises应力,达到83.79Mpa,比列车风单独作用时增加了152.8%。可见突变风与列车风耦合会加剧风屏障的动力响应。     

沧州铁狮子结构现状数值模拟分析

应用逆向工程CAD建模技术建立了沧州铁狮子结构的力学仿真模型;对铁狮子在风荷载作用下的流场分布进行了研究;通过施加自重、风荷载以及温度作用对铁狮子结构的应力、应变以及位移进行了分析,初步得出铁狮子目前处于安全状态的结论.     

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。     

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。     

圆柱薄壳与横向绕流场的流固耦合模型

针对弹性圆柱薄壳与横向绕流场的流固耦合问题.采用相容拉格朗日-欧拉法,建立了问题的模型及理论分析方程组,着重求解壳体发生弯曲大变形时的法向位移和流体表面压力系数.结果表明:在横向绕流场作用下,壳体横截面由圆形变形为近似椭圆形,同时,壳体变形也对壳体表面流场压力产生了影响.通过算例,讨论有关参数对壳体法向位移和表面流体压力系数的影响.研究成果可供利用相容拉格朗日-欧拉法解决弹性弹性圆柱薄壳与粘性流体相互作用问题时参考.     

多旋翼对舰船甲板流场影响数值研究

为了研究多架直升机同时悬停时对舰船甲板流场特性的影响,采用Fluent软件对直升机多旋翼结构和舰船耦合流场进行数值模拟,分析了不同风向工况下的流场结构、螺旋度分布以及湍动能.结果表明:各旋翼周围的流场参数相互耦合、相互影响;侧风的加入使得流场结构更加紊乱,形成来流、多旋翼与上层建筑之间的混合流场;湍动能超限区域覆盖了整个甲板流场,这对于直升机的起降是非常不利的.     

考虑声固耦合作用的光面胎滚动数值模拟

利用ABAQUS软件建立了考虑声固耦合作用的光面胎滚动有限元模型,并对其进行滚动工况下Mises应力、接地性能以及振动模态等力学性能分析。从动力学分析结果中提取光面胎结构有限元模型的表面振动加速度,导入LMS Virtual.Lab Acoustics软件,采用声学边界元法分析光面胎滚动噪声;探讨了接地印痕、载荷、胎压和下沉量之间的关系,并对近场噪声仿真值与实验测量值进行了比较。研究结果表明：考虑声固耦合作用的光面胎Mises应力、接地压力、接地印痕呈对称分布,接触印痕、载荷、胎压随下沉量的增加而增大;考虑声固耦合的光面胎滚动噪声主要分布于50~375 Hz低频段,且内胎气体在滚动工况下产生了稳定声压（8 dB（A））。     

人字形骨架路基护坡模型试验及数值模拟

为了掌握人字形骨架公路路基护坡结构的力学响应分布规律,选择最佳护坡结构类型,修建了砂浆底加预制块面人字形骨架防护边坡实体模型,完成了分级加载条件下的位移、应变测试;同时在ANSYS软件中建立了三种不同的人字形护坡结构三维模型,进行了数值模拟与对比分析。模型试验与数值模拟结果一致表明,人字形护坡结构坡脚处为全局应力最不利位置,坡顶为竖向位移最不利位置。对不同结构的数值模拟以及对比分析表明,浆砌片石底加预制块面护坡结构在载荷作用下平均位移最小即抵抗变形能力最好,而砂浆底加预制块面结构在相同载荷下平均应力最小即应力分布最佳。