屏蔽式核主泵飞轮裂纹寿命评估

针对结构、受力复杂的双金属屏蔽式核主泵飞轮,提出了新的裂纹寿命评估方法.建立了存在裂纹的三维飞轮模型,应用有限元法计算飞轮裂纹的应力强度因子,揭示了应力强度因子随转速、裂纹深度和长度的变化规律,利用所得规律修正应力强度因子的计算公式,并结合Paris公式对飞轮裂纹进行寿命评估,解决了以往研究方法中存在的适用性问题.     

飞轮储能转子强度和模态有限元分析

高速飞轮储能系统需要解决的关键问题之一是飞轮高速运行过程中飞轮转子的强度、振动等问题.为了对比金属飞轮和碳纤维飞轮在材料方面的影响，基于ANSYS Workbench仿真平台，采用有限元方法对功率为75 kW、转速为28 000 r/min的飞轮储能内嵌式永磁电机转子进行静强度分析；并对转子进行模态分析，分析转子的主要振型，绘制Campbell图，计算临界转速，结果表明：所设计的两种材料的飞轮储能系统转子满足强度要求，其工作转速在安全范围内，与金属飞轮转子相比，碳纤维飞轮转子强度安全系数和转速安全裕量高，为飞轮储能系统转子设计和安全运行提供了理论依据.     

基于飞轮储能的动态电压恢复器补偿电压暂升的研究

本文对基于飞轮储能的动态电压恢复器（DVR）在补偿电压暂升时可能引起直流母线电压泵升的问题进行了研究。首先分析了传统控制策略的局限性,继而提出了一种整体协调控制策略,该策略根据飞轮额定充电功率与DVR吸收功率的关系以及飞轮转速的影响,自动调整飞轮的充电控制策略和DVR的补偿策略,使得直流母线电压保持恒定。最后,利用仿真结果对该策略的实用性和有效性进行了验证。     

基于Pro/E和ANSYS的发电机转子横截面的应力分析

出口越南的某卧式水轮发电机组,其单机容量为额定功率6 750kW,额定转速1 000r/min.针对其单机容量、转速高等特点,在简要介绍转子部件结构特征的基础上,重点通过对机组额定与飞逸工况下,发电机转子横截面结构应力分析的实例,介绍了Pro/E模型的导入以及有限元分析方法,最后对计算结果进行分析总结.分析过程中实现了Pro/E建模和ANSYS的仿真相互集成,通过软件各自的优势完成了模型建立和有限元分析.分析结果表明,主轴及磁极的结构达到了设计要求,与传统计算方法相比,其精度更能满足工程要求,且效率高.     

定子铁心采用非晶与硅钢的电动汽车用永磁同步电机温度场分析

永磁同步电动机因具有功率密度高,噪声低及效率高等优点在电动汽车中占据了较大的市场份额.将低铁损的非晶材料应用于定子铁心时可使电机效率进一步提升,但高功率密度伴随而来电机发热问题不可忽视.通过对两台相同结构,定子铁心分别采用硅钢和非晶的永磁同步电机进行电热耦合数值分析,对比研究两台电机在额定工况和峰值工况以及高转速下的温度场分布特性.结果表明,在额定转速下非晶电机温升高于硅钢电机,但高速下硅钢电机温升远高于非晶电机.最后对两台样机进行温升实验,将电热耦合结果与实验数据进行对比.     

复合材料单层飞轮转子模态分析

临界转速是衡量转子构件设计水平的一个重要指标,与转子的固有频率有关,因此正确设计飞轮转子基于强度的极限转速,并使之与临界转速保持协调显得非常关键。需要在其静力分析的基础上通过有限元软件ANSYS对高速旋转的单层复合材料飞轮转子进行有预应力的模态分析,检验复合材料飞轮转子在工作过程中是否会引起共振.     

轴向柱塞液压电机泵内部流场的分析

提出了一种新型的轴向柱塞液压电机泵,简要介绍了其结构和特点。运用计算流体动力学的方法对轴向柱塞液压电机泵内部流场进行数值计算与分析。主要分析了在转子转速不同情况以及转子转过不同角度时流道内的压力、速度等分布情况;研究结果表明,随着转子转速的增大,柱塞腔内的压力明显减小,但压力损失有所增加,因此在设计时该泵的转速不宜选取过高。通过对流场的对比分析能够判断流道设计的是否合理从而为流道结构的优化设计提供有效参考。     

永磁转子偏转式三自由度电机热特性分析

针对新型永磁转子偏转式三自由度电机实用化设计中的热安全性及热稳定性问题,对该电机进行了发热特性分析。利用有限元分析软件对该新型电机在额定及过载大电流工作情况下的生热情况进行温度场仿真计算,得出电机在不同工作状态下的温度分布云图。研究结果验证了该新型电机结构设计的合理性,为该类电机结构的优化及性能指标的提升提供了借鉴和参考。     

轴流铅铋泵的设计及其水力性能分析

为了研究铅铋合金泵合适的优化设计方案,基于叶片速度三角形和圆柱层无关性假设理论,设计了不同转速的轴流铅铋泵模型。利用Ansys CFX软件,构建了不同转速包含导叶的铅铋泵水力模型和无导叶的铅铋泵水力模型,通过SSTk-ω湍流模型模拟对比不同的转速以及有无导叶轮设计对轴流铅铋泵水力性能的影响。模拟结果表明:导叶轮是铅铋泵低流速设计的一个重要构件,可将转速为420r/min铅铋泵的叶轮出口冷却剂流速由4m/s降低到1.8m/s;泵内冷却剂和壁面间相对速度最高区域分布在叶片前缘泵壳侧,该流速会随泵轴转速的减小而降低;在低负荷条件下高转速铅铋泵比低转速铅铋泵拥有更好的流量扬程和效率性能,但是在0.8～1.2倍额定流量的高负荷工况条件下低转速铅铋泵比高转速铅铋泵拥有更高的效率和扬程性能。此项研究可为铅冷快堆的主泵设计优化提供一定的参考。     

永磁电机自然散热及水冷系统分析

本文以一台110 kW永磁同步电机为研究对象,在有限元软件中计算了电机在额定工况下各部分的损耗,并求出对应的生热率.在有限元软件中计算了自然散热情况下电机的温升.在实验平台上进行电机的温升实验,将仿真与实验结果进行对比,证明有限元软件计算的准确性.在原电机模型基础上设置水冷结构,分析在有水冷情况下电机的散热情况.将自然散热和水冷散热进行对比,仿真结果表明水冷散热能够大幅降低电机稳定运行的温度,对今后研究降低大功率电机温升的方法提供经验和参考.     

三维中心裂纹板中J积分的计算及分析

利用大型有限元软件ANSYS ,对受单向拉伸的中心穿透裂纹板进行了三维弹塑性断裂计算和分析 ,分别得出屈服应力、切线模量、裂纹深度及板的厚度的不同引起J积分值的变化 ,为防断裂设计的选材和结构完整性评价分析提供了理论依据。     

经编机摆动臂有限元分析及优化设计

以有限元分析与优化设计理论为基础,结合UG NASTRAN有限元分析软件,建立了经编机槽针床摆动臂结构的有限元分析模型,对其结构进行了静力学应力分析,利用应力分析结果作为优化设计的强度和刚度约束条件,建立了经编机槽针床摆动臂的数学模型,并对其进行优化。结果表明,在保证零件强度和刚度的前提下,通过改变主要设计尺寸参数,使结构的质量减轻了7.6%,从而有效提高了机构的运行速度。     

多舱组合预制拼装预应力地下综合管廊地震响应分析研究

为了探究多舱组合预制拼装预应力地下综合管廊在地震作用下的响应和表现,对其进行了“土-结构”相互作用的有限元分析。分析以四舱综合管廊为例,采用有限元动力时程分析的方法,对不同拼装形式的装配式综合管廊进行了对比分析,同时也对有无预应力钢绞线的拼装结构的应力和变形进行了研究。有限元分析结果表明：无预应力钢绞线的拼装结构在地震作用下的加速度和位移响应均大于整体结构;增设预应力钢绞线的左右拼装结构可以消除左右两结构之间的相对位移,同时也可以减少上下拼装结构之间的相对位移,有效增加了结构的整体性。分析对预应力装配式综合管廊在地震下的结构安全提供了研究依据,对地下综合管廊的进一步的发展应用提供了参考。     

张骥《关学宗传》的学术史意义

为了提高拓扑优化在实际工程应用中的速度,将一种基于拓扑灵敏度的拓扑优化算法与免组装有限元法结合,对汽车悬架控制臂进行多工况拓扑优化.该方法使用一致的体素单元划分网格,用压缩共轭梯度法(DCG)加速有限元的求解,得到结构的应力和应变场,从而获得拓扑灵敏度场,用来控制结构拓扑变化.通过添加多工况优化以及加工约束功能,使该方法更符合工程应用的要求.通过对比,该方法和商用软件能够获得性能接近、形状相似的优化结构,而整个优化过程的速度有显著提高.     

快速列车制动盘安全评定与寿命预测模型

为分析含缺陷制动盘的结构完整性,应用断裂力学理论对快速列车制动盘进行了系统的寿命评估研究。根据对制动盘失效情况的调查和盘体应力变化规律计算结果,确定了制动盘失效机制,进而建立了制动盘安全评定与寿命预测模型,从工作断面、工作应力、断裂参量、计算方法、判别准则和评定步骤等方面对预测模型的理论与方法进行了阐述。结果表明:在残余拉应力和热压应力组成的疲劳应力循环驱动下,盘体内部的初始缺陷处引发裂纹并扩展至表面是导致制动盘失效的主要原因。研究结果可以为制动盘的结构设计、产品验收,以及运行大修期的确定提供参考依据,对于高速列车及其他车辆和机械的制动盘安全评定与寿命预测具有一定的指导意义。     

单层平面索网幕墙结构非线性分析

针对单层平面索网幕墙结构静力分析的特点,提出了二节点直线杆单元有限元模型。建立了非线性有限元基本方程,利用Newton-Raphson法进行计算,编写了相应的有限元程序。结合实例对索网结构的位移和应力进行了计算分析,并与ANSYS软件计算结果进行了对比,二者吻合较好。分析结果表明此单元模型有较好的精度,能适用于单层平面索网幕墙结构的非线性分析。     

压气机动应力测试的叶-盘耦合分析方法

为评估发动机压气机转子叶片的振动特性和工作可靠性,基于循环对称结构模态分析基本理论,建立了大叶片在轮盘装配条件下的耦合振动特性分析方法。以压气机某级为研究对象通过循环对称建立叶-盘耦合结构有限元模型,得到叶-盘系统在静态和工作转速下的模态及应力分布,并通过与实验结果的对比验证了该方法的可靠性。利用Campbell图确定了叶片的危险转速,并评估特定转速下系统频率裕度,为压气机工作叶片动应力测量提供数值仿真技术支撑。     

某型发动机压气机叶-盘结构优化分析

为快速提高后续批次发动机推重比,针对压气机转子叶-盘-鼓基本结构单元,基于通用有限元软件优化设计平台和循环对称结构静应力分析方法,在不改变叶片气动外形、盘鼓连接半径等强约束条件下,通过合理预设需优化位置的形状和尺寸设计变量,建立从榫头-榫槽连接式叶盘结构到整体叶盘结构的两步优化方法,缩减了优化迭代过程中结构静应力计算用的三维有限元模型规模,提高了优化效率。运用该法对某发动机高压压气机第三级叶盘结构进行优化设计,将最大转速下叶、盘、鼓的离心和气动载荷施加到优化迭代过程中、结构静应力计算用的有限元模型上,同时设置既可线性求解又能计入接触面上真实应力状态的叶、盘、鼓间的接触,贴合承载和接触实际。采用一阶方法进行优化求解,得到满足约束条件的尺寸设计变量解。对比分析优化前后结构的应力分布,证实该法有效,在保证结构可靠性的前提下,获得了较好减重效果。     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.