高温高压冶金用热水循环泵模态分析

为获得冶金用热水循环泵实际工作状态下的振动特性,对泵转动部件与静止部件进行了实体造型,并基于ANSYS Workbench平台对无预应力模态进行了计算,分析了温度不同导致的材料性质变化对2部件模态性能的影响.以泵外特性试验为基础,应用流固耦合技术,对常温常压与高温高压2种环境下的有预应力模态进行计算,对比了不同环境下转动部件与静止部件的各阶固有频率及振幅.从临界转速方面校核了转子系统的刚度,并给出了2部件前6阶模态下的振型.结果表明:冶金用热水循环泵零件结构和材料性质是决定其各阶固有频率的主要因素,而预应力对各阶固有频率的影响很小;不同条件下,转动部件与静止部件各阶模态的振幅几乎没有变化,零件结构形状决定了其各阶模态下的振幅;该泵的转子是一个稳定的刚性系统.     

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.     

高强度弯曲零件回弹模拟分析

以一汽车高强度弯曲零件为研究对象,应用Dynaform软件对弯曲零件的冲压成形过程进行数值模拟,分析常温与热冲压成形后零件的回弹情况,研究热冲压成形过程中板料初始温度、冲压成形速度对零件回弹的影响规律.结果表明:在常温条件下零件成形无缺陷,但最大回弹量较大,为1.48 mm,零件尺寸精密度得不到保证;采用热成形方法后,零件回弹得到较大改善,板料预热温度对零件回弹影响复杂,随冲压成形速度的增加,回弹量减小.     

低温条件下铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的应力特性的数值模拟

基于热-弹性理论,建立了铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的热结构应力分析模型.采用热-结构耦合的方法,模拟分析了铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的应力分布.结果表明,等效热应力、等效结构应力和等效应力均在钎焊结构的钎焊接头处产生应力集中,这主要是由于钎焊接头处母材和钎焊层材料性能的不完全匹配和钎焊接头处的结构具有不连续性造成的.等效热应力、等效结构应力和等效应力沿典型路径在钎焊接头处的分布主要受正应力的影响.在热-结构耦合作用下,等效应力主要受等效热应力的影响.因此,热边界的选取对模拟结果的影响是非常重要的.     

客车车架各行驶工况性能研究

将客车在静止和行驶状态下的力学工况分为四种工况。应用ANSYS软件对各工况进行了计算,得出了车架的应力分布和位移变化,全面掌握了车架的结构强度及刚度薄弱部位。得出对客车车架影响最大的行驶状态。得出车架应力分布比重,用以判定车架材料的利用率,为车架优化改进设计提供重要理论数据。     

基于等效热-力载荷的20Cr2Ni4预应力车削残余应力模拟及实验

为快速准确预测20Cr₂Ni₄合金钢预应力车削表面残余应力的分布,基于等效热-力载荷建立三维有限元仿真模型,通过切削热-力模型确定等效热-力载荷的分布形状和强度,将切削过程等效为接触正应力、接触剪应力和热流通量在已加工表面的循环作用.模拟的残余应力分布趋势与测量结果基本吻合.基于上述模型研究了切削速度、进给量和预应力大小对残余应力分布的影响.结果表明,切削速度对残余应力分布影响不明显,减小进给量能使表面残余拉应力和最大残余压应力减弱,增加预应力能够有效地减小表面残余拉应力和增大最大残余压应力.      

基于热固耦合的压裂泵泵头体工作特性研究

压裂泵泵头体是压裂工艺装备中的重要组成部分,其承载能力对压裂工艺技术的发展具有较大影响。针对泵流体吸入排出运动特性分析,建立了柱塞以及输出流量的运动规律曲线,完成了泵头体的热传递以及热变形分析。基于workbench软件热固耦合方法,获得了泵头体内腔的温度场以及应力应变分布场。结果表明:内腔温度场沿水平方向热传导速率最快;泵头体内部结构之间的相互约束及结构的应力集中性是导致温度场热应力产生原因,主要分布在内腔表面以及沿表层内侧厚度60 mm范围内;热应力的存在提高了整个内腔壁面的应力,但对相贯线处应力有一定改善作用。从热固耦合角度研究泵头体正常工况下承载性能,为泵头体的设计提供新思路。     

基于热流固耦合的热水循环泵转子强度分析

基于Workbench平台,采用热-流-固耦合方法对热水循环泵内的转子系统施加温度和压力载荷进行计算,得到基圆直径D3=214 mm、D3=216 mm和D3=218 mm下转子系统的热流密度及等效应力的分布,讨论了不同蜗壳基圆直径对转子系统结构强度的影响规律,同时对转子系统进行模态分析.研究结果表明,泵轴与轮毂配合段的配合面以及叶轮螺母与叶轮的配合面上出现了热流密度最大值;基圆直径的改变对叶轮螺母上的热流密度以及最大等效应力影响很小;转子系统在第三阶模态下由轴线沿径向振动,最大变形出现在距中心轴线最远的叶轮外缘.     

基于COSMOS的轻烃外输泵泵轴危险点的有限元分析

利用Solid/Works的COSMOS软件,对轻烃外输泵泵轴的危险点,在静态状态下,进行了有限元分析与强度校核。得出了不同工况条件下,泵轴三向应力图。通过分析计算,确定零流量工况时,泵轴在安装叶轮的轴肩处应力值最大,为整个泵轴的危险点。实践应用表明,有限元分析的结果是正确的。     

铸轧温度和辊套厚度对辊套应力场的影响

针对铸轧辊套在复杂工况下承受较大的耦合应力时容易产生疲劳磨损和表面开裂问题,应用AN-SYS软件建立了铸轧辊辊套二维模型,得到了辊套的温度分布规律;通过间接法将热分析结果导入结构模型中,得到了辊套在热应力、过盈装配应力和铸轧力共同作用下的应力分布规律,以及不同的铸轧温度和辊套厚度对辊套应力值大小的影响。结果表明:辊套厚度大于25mm和温度为500℃的工况对延长辊套寿命有利。     

复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析

该文针对火炮发射时高温高压火药气体瞬态冲击作用对复合材料身管的影响,进行复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析.基于有限元分析方法(FEM),建立了复合材料身管三维有限元模型;采用直接耦合法进行求解,获得复合材料身管在发射条件下温度场和身管动态应力的变化规律.分析结果表明:高温高压的火药气体引起较大的瞬间热应力,这种瞬间热冲击对身管金属内衬的强度影响很大.     

热-结构耦合的高炉炉壳静强度及疲劳强度分析

通过工程传热分析计算出冷却模块内冷却水与水管内壁的对流换热系数以及炉壳外表面的综合换热系数,并根据还原炉的工作流程,确定了3种载荷工况;然后借助大型通用有限元分析软件ANSYS,采用热-结构耦合的方法计算了高温状态下炉壳的温度分布、热-结构耦合应力场。模拟计算结果表明,在工况载荷作用下,炉壳各部位最大Von mises应力均远远小于材料的屈服极限,炉壳静强度满足要求。对各节点按Goodman-Smith疲劳极限图进行疲劳评定,炉壳的疲劳强度也满足要求。     

某型火箭发动机涡轮转子流热固耦合强度及疲劳寿命分析

针对某国产型号液体火箭发动机涡轮泵在试车时转子叶片产生裂纹的问题，采用ANSYS流热固耦合方法，对叶片进行三维有限元仿真计算，提出了叶片顶部加围带的改型设计方案。对原始模型进行强度计算时考虑了启停工况各关键时间点的流动、传热、瞬态温度场、转速的影响，计算出叶片运行过程中的应力分布，确定产生裂纹的原因是启动过程中部分进气的气流冲击应力过高，且叶片型底前缘应力集中区域的高周疲劳安全系数过低。对改型设计方案进行仿真计算，结果表明：稳态综合加载时改型方案叶片最大等效应力比原模型下降了2 MPa,位置是叶片的型底背弧处；启动0.35 s时改进模型叶片最大等效应力下降2.73%,停机过程中最大等效应力降幅为0.53%;改型方案叶片高周疲劳安全系数均大于1.4的要求，叶片低周疲劳循环次数为22次，与原始模型相比降低了1次，仍满足要求。改型后发动机已安全飞行数次，证明改型方案符合设计要求。     

海水淡化轴向柱塞泵的虚拟样机技术研究

为了研制反渗透海水淡化用高压轴向柱塞泵,采用虚拟样机技术对其机械动力学和压力流量特性进行了预测.泵的三维几何模型基于结构设计得到：通过施加运动学约束和对关键零件进行进行柔性化处理建立了泵的机械模型;通过对泵内动态压力和流量分析得到了泵的流体模型;联合机械模型与流体模型建立了泵的虚拟样机模型.通过运行泵虚拟样机模型获得了主要零件的运动学和动力学规律、泵出口的动态流量和压力规律及关键零件的动态等效应力等数据,仿真结果表明：泵的主要性能达到了设计要求,关键零件具有较大的强度裕度,可以在更高的压力等级下运行.     

大口径闸阀阀体强度分析与结构优化

利用有限元软件对楔式闸阀阀体强度进行计算和分析,找出应力集中点,以应力集中处的最大等效应力作为目标函数,以阀座凸台处基本尺寸作为设计变量进行优化设计.得到理论最优的结构尺寸,提高阀体的强度,使阀体的应力分布更加均匀.优化前后结果对比表明优化后的阀体最大等效应力减少16.7%,优化后的阀体性能得到较大改善.     

长输管道输油鲁尔泵内部流场特性研究

为了探究输油鲁尔泵的叶轮—导流器动静干涉特征,保证其稳定运行,采用基于SST 湍流模型对鲁尔泵内部非定常流场进行数值分析,在不同流量工况下探讨了鲁尔泵内的压力分布规律和各过流部件的内部流场特性。研究结果表明：流体静压呈现从叶轮中心随叶片方向不断增大的趋势,在叶轮出口达到最大值。导流器中静压分布较为均匀,在叶片根部存在低压区,对此处的焊接结构造成了不利影响。需对导流器结构优化从而延长部件寿命。流体绝对速度从叶轮中心随流道不断提升,在叶轮出口达到最大值。在低流量工况时,叶轮中速度梯度过大,并且导流器中出现了大量湍流区域,造成了十分严重的冲击损失与水力损失,在实际工作中,工作流量的设置不应过度偏移额定流量。     

剖分式卡箍的强度分析与结构优化

通过卡箍危险截面处结构模型,得到卡箍应力计算公式,并在ANSYS Workbench集成开发平台环境下,对卡箍参数化建模,进行优化分析,得到各参数对应力值影响的曲线图,分析各参数对应力值影响程度的大小,使得应力分布更加合理,优化后将卡箍最大等效应力控制在允许范围内.     

基于ANSYS的轴流泵转子系统有限元分析

为了研究预应力对便携式轴流泵叶片的应力及应变的影响,基于有限元理论,在Workbench平台上,采用ANSYS CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构进行耦合求解.其中流场计算选用以雷诺平均方程为基础的SST k-ω湍流模型.结构计算采用弹性体结构动力学方程,对叶轮叶片在不同流量工况下的变形和应力分布以及各阶模态变化进行了计算.结果表明:在水体作用力和旋转离心力作用下,轴流泵叶片的最大变形发生在叶片进口轮缘处,且从轮毂到轮缘的径向方向上,变形程度逐渐变大;在叶轮压力面靠近轮毂附近区域出现应力集中,各工况最大应力值均远小于最大拉应力,能够满足强度要求;有无预应力对转子系统的各阶模态影响很小,且不同流量工况下各阶模态的变化也很小.     

大跨度钢拱桥有限元模型计算分析

以东平大桥为背景,采用桥梁专用有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥空间模型. 对各种工况进行计算,得出各种工况下的挠度值、应力值,评估其结构的安全性. 计算结果表明:该桥在设计荷载下的最大挠度值均小于规范规定值,在荷载组合下的最大应力未超过材料的屈服强度,并具有一定的应力安全储备.     

爆炸冲击下煤矿救生舱抗爆能力有限元分析

目前对救生舱的结构安全性能爆炸测试还较困难,借助有限元分析方法可以降低爆炸冲击实验成本并达到结构安全性分析的目的.基于弹塑性有限元理论和LS-DYNA软件对不同爆炸冲击条件下某型号救生舱结构的变形和应力分布进行了有限元分析.分析结果表明:相同冲击载荷条件下侧面比正面受的变形和应力大;加强筋和外层钢板的等效应力较大,容易产生失效.当冲击载荷为1.5MPa时,舱体整体基本处于弹性变形状态;当冲击载荷为2.0MPa时,侧面的最大等效应力约为283MPa,此时加强筋将发生微小的塑性变形,但等效应力远小于抗拉强度.