筒式液阻减振器动态特性模拟分析技术的发展

为总结和分析汽车筒式液阻减振器的各类建模方法,将各类减振器模型归纳为物理参数模型、等效参数化模型以及非参数化模型等,分别阐述了其基本原理和关键问题。油液与弹性结构之间的非线性动力学耦合是物理参数建模方法的难点,采用结构有限元分析、计算流体动力学和流固耦合动力学等方法能够有效提高模型精度并减少对实验测试的依赖程度;等效参数化模型使用较少的模型参数,关键在于物理元件及其力学特性参数的选取;以恢复力曲线方法为代表的非参数化建模方法改进了减振器特性的传统表达方式,其难点是如何提高实验测试数据的利用率。建议中国应加强相关的理论探讨和应用研究。     

基坑开挖降水的三维流-固耦合分析

简要介绍了FLAC3D分析流-固耦合问题的模型特性和基本理论。建立基坑开挖模型,将基坑分步开挖降水划分为三个阶段,运用数值模拟软件FLAC3D对基坑模型的开挖降水过程进行三维流-固耦合计算。分析并得到了基坑开挖过程中孔隙水压力的变化规律、稳定流状态下的渗流场速度特征以及降水分析过程中地面沉降量和基坑底部隆起量的变化规律,并分析讨论了孔隙水压力与土体变形的相互作用,这些结论对工程设计和施工具有一定的参考价值。     

气田高压注水过程中井身应力分布特征的流-固耦合分析

套管对于维持井壁稳定有十分重要的作用。但是在高压注水井中,日益严重的油田套管损坏现象使得套管损坏机理研究已经成为当前油气田注水急需解决的问题。以四川盆地中部气田水回注井的井筒为分析对象,建立了考虑注水压力、岩石孔隙压力及三维地应力的仿真模型,将井筒分解为由地层、水泥环、套管和射孔段组成的整体系统,在不同注水压力条件下,分别对套管、水泥环、地层岩石的应力场分布进行了流-固耦合体的有限元模拟计算。根据计算结果,可分析各组成部份的应力变化特征,从而得出注水井的安全注入压力,对于防止套损及水泥环、地层破裂现象具有重要指导意义。     

用于跨/超声速壁板颤振精确分析的流-固耦合有限元算法

为了精确和定量分析超声速与跨声速壁板的颤振特性,提出了一种基于有限元方法的流-固耦合算法,并用其研究了二维壁板颤振问题。首先,给出了壁板的von Kármán几何大变形运动方程,以及高速气流的欧拉控制方程。然后,采用标准有限元方法对壁板方程进行空间离散,而对流动控制方程的离散则运用双时间步长推进的特征线分裂有限元方法,从而有效地消除了流场数值解的振荡问题。随后,采取松耦合算法实现了流体与固体间的数据传递。最后,运用所提出的算法对超声速和跨声速气流作用下壁板的气动弹性特性进行了分析,考察了归一化动压、预紧力和厚度比对系统特性的影响,并将该算法的分析结果与采用线性/非线性活塞理论和线性化势流理论的经典壁板颤振结果进行了对比,证明该算法可以在较宽广的马赫数范围内给出气动力的精确描述,尤其适合于分析跨声速气流下的壁板气动弹性响应。     

基于流-固耦合的测量耙设计

在设计某型涡扇发动机外涵出口测量耙时,发现原有的强度计算方法中载荷施加方法与实际发动机流场受力条件相差较大,无法模拟测量耙在发动机流道中所受的真实载荷。为解决上述问题,提出采用单向流-固耦合的方法开展该测量耙的静强度分析和模态特性分析。发现采用单向流-固耦合方法计算得到的测量耙载荷更加接近测量耙真实装机状态所受载荷。经过计算,与传统方法相比,采用单向流-固耦合方法得到的静应力由248.69 MPa减小为51.49 MPa,变形由0.81 mm减小为0.16 mm;测量耙前六阶固有频率均增长超过7%,成功避开了发动机转子固有频率。流-固耦合设计方法可以为提高现有的测量耙设计能力提供参考,同时应用于后续测量耙设计及校核计算中。     

带环形弹性顶盖圆柱形储液罐的流-固耦合特性

研究带有环形弹性顶盖的刚性圆柱罐在充满液体时的流-固耦合振动特性.将液体域分割成一个圆柱形子域和一个圆环柱形子域,从而保证在2个子域内的液体速度势函数为C1类连续函数并具有连续的边界条件.利用分离变量法和叠加原理求得各子域内液体速度势的解析解,利用环形顶盖的干模态来展开环形顶盖的湿模态.对液体子域间的界面连接条件和自由表面波条件作级数展开:沿液体深度方向作Fourier展开,沿径向作Bessel展开.截断级数得到环形顶盖与液体耦合振动的特征方程.比较了数值结果与有限元法结果,显示出很好的一致性.     

烟气脱硫吸收塔考虑固液耦合的动力特性分析

烟气脱硫吸收塔结构形式复杂,掌握其动力特性是进行该类结构设计的重要基础.根据有限元理论,对带有高塔的烟气脱硫吸收塔,从如何考虑浆液影响的角度建立不同的有限元模型,对其进行动力特性分析,且考虑了内部浆液对吸收塔结构固有频率的影响.分析结果表明,浆液的存在对吸收塔高阶频率影响较大,对低阶频率,尤其是基频影响很小,偏差在1%以内,当要了解吸收塔的低阶频率时,为简化计算,可以不考虑浆液的影响.     

混凝土搅拌车罐体及拌合物的流-固耦合数值分析

利用Pro/E建立了混凝土搅拌车罐体的简化模型,导入有限元软件ABAQUS进行数值分析,模拟搅拌时的流场和流速的空间分布以及罐体外壳及搅拌叶片的应力分布.通过CEL(耦合欧拉-拉格朗日)分析,模拟了搅拌车进料、搅拌、出料三种动态过程.研究表明,在常规运输情况下,叶片的搅拌速度能够保证混凝土的均匀性,但罐体外壳和搅拌叶片...     

深部复杂应力环境下巷道破坏固-流耦合数值模拟分析

石嘴山一矿38区 600m轨道巷的稳定情况是影响矿井下组煤正常生产的潜在问题,本文基于岩石力学实验与现场工程调查的结果,对该巷道变形机理与破坏过程及规律进行固-流耦合数值模拟分析,得出注浆锚杆(索)与喷射混凝土联合支护方式是可行的,为巷道支护设计提供了理论依据。     

汽车油箱流-固耦合模态及对外辐射噪声的仿真分析

以某款SUV车用油箱为研究对象,采用流-固耦合有限元和边界元分析方法,在Virtual.Lab仿真平台上分别对油箱的干模态、湿模态以及装满燃油时的流-固耦合模态进行仿真计算,得到3种情况下的油箱模态频率变化规律,并给油箱施加一定频率范围的激励力,研究其对外辐射噪声水平。结果表明,油箱干模态和湿模态的频率相差不大,而装入燃油后油箱的耦合模态频率大幅降低,油箱对外辐射噪声的高频成分得到很大衰减,但低频噪声成分有所增加。     

基于ALE有限元方法的充液刚体耦合动力学仿真

假设液体是不可压缩的粘性液体,用Jourdain形式的普遍动力学原理建立充液系统的动力学控制方程,并采用交替积分法求解此数值计算模型.液体模块采用Lagrange-Euler描述方法建立有限元计算模型;充液刚体模块利用二阶显式Runge-Kutta格式离散的常微分方程组.在刚-液耦合界面将传递系统质心、转动惯量、晃动力、晃动力矩以及惯性力等耦合物理量.计算结果表明该方法能正确地反映充液耦合系统的运动学特征.与假设液面未扰充液系统的响应结果相比,耦合计算获得的结果具有较大幅度的角速度响应.     

激光冲击波驱动悬臂梁的流-固耦合动力学分析

提出采用激光冲击波驱动液体介质中悬臂梁使其产生运动的驱动方式.为了解激光冲击波驱动悬臂梁的运动特性,在统一考虑结构与液体性质的基础上,采用有限元方法,比较了单脉冲激光冲击波驱动真空中和水中悬臂梁的振动输出,并对多脉冲激光冲击波驱动悬臂梁进行了有限元仿真.结果表明:液态介质使悬臂梁振动频率大大降低,衰减加快;在多脉冲作用下,悬臂梁振动幅值在第一个脉冲后有所增大,增幅可达到40%.分析结果显示:在激光冲击波作用下,悬臂梁在其安全范围内可以获得较大的变形量,这表明用激光冲击波驱动悬臂梁可实现符合要求的的运动.     

基于流-固耦合的压裂裂缝形态影响因素分析

压裂裂缝形态易受储层物性、地应力、施工参数及压裂液黏度的影响.基于多孔介质流-固耦合的基本方程,根据损伤力学基本理论,利用cohesive黏结单元模拟压裂过程中裂缝起裂、扩展造成的损伤,以此建立水力压裂垂直裂缝扩展的三维有限元模型.模型可以对垂直缝扩展进行动态模拟,定量描述压裂过程中裂缝长度、高度、宽度.通过模拟发现:①储隔层弹性模量差值较小、施工排量过大、储隔层最小水平主应力差值较小均可能造成泥岩穿层,裂缝长度急剧下降,严重影响压裂效率;②渗透率对裂缝长度的影响最大,高弹性模量、低渗透的储层容易造长缝,但是高弹性模量、高渗透或高滤失的储层裂缝长度较短;③弹性模量对裂缝宽度的影响最大.     

油页岩原位注蒸汽开发的固-流-热-化学耦合数学模型研究

针对目前传统地面干馏油页岩技术中存在的高成本、高污染问题,提出了对油页岩进行原位注蒸汽开发的新方法.并利用太原理工大学研制的高温高压干馏釜对油页岩进行了高温高压蒸汽作用下油页岩干馏渗透实验.结果表明:高温高压蒸汽作用下油页岩会产生大量的孔隙、裂隙,从根本上提高了油页岩的渗透性;主要利用对流传热的方式,高效率地加热了油页岩并带走页岩油.同时,在复杂理论分析的基础上建立了油页岩原位注蒸汽开发过程中的固、流、热、化学耦合数学模型,包含了众多的耦合项作用,为分析解决油页岩原位注蒸汽开发过程中的复杂物理化学过程提供了理论依据.     

基于热-流-固耦合的航空发动机尾气采样装置设计

为满足当前国际社会对于航空发动机排气污染物的严格要求,需要在航空发动机高温、高速尾流场中采集排气污染物并进行组分浓度测量。在使用地面试车台开展某新型低冰点燃料尾气排放特性测量试验时,针对所用发动机排气温度较高的问题,设计了三种带水冷的尾气采样装置方案,并通过热-流-固耦合方法对三种方案的冷却效果和结构强度进行分析。计算结果表明,冷却水进口压力为0.3 MPa时,方案1采样装置表面最高温度超过1600 K,冷却效果无法满足设计要求;方案2采样装置最高温度约840 K,方案3最高温度约1240 K,冷却效果均能满足要求。对方案3进行静强度分析,其静强度安全系数为3.34,具有足够的安全裕度。使用所设计的采样装置成功完成该型燃料尾气成分测量试验,验证了所采用的设计方法的可靠性,可以为提高现有尾气采样装置设计能力提供参考。     

基于ADAMS的双横臂式前悬架K&C特性的仿真分析

悬架的K&C特性直接影响操纵稳定性等汽车使用性能,文章利用软件ADAMS/CAR模块建立某开发车型的双横臂式前悬架多体动力学模型,通过对车轮分别施加位移和力约束进行悬架运动学分析和弹性运动学分析,从而获得车轮定位参数在2种特性下的变化,为该车前悬架及整车性能的改进提供指导依据。     

热-流-固耦合非饱和渗流的物理描述和数学模型

研究了热-流-固耦合非饱和渗流的物理和数学模型.其中非饱和渗流部分考虑到水的蒸发-凝结这种相变过程,这是气液两相渗流.液相中含有溶解的空气,气相中含有空气和水蒸气,蒸汽在空气中作扩散运动.基于线化的湿-热弹性理论,建立了热-流-固耦合的本构方程、水和气体的渗流微分方程,以及能量方程.该完整的方程组可很容易推广到热-流-固耦合油-气-水多相渗流情形.     

含气地层不均匀沉降对盾构隧道结构影响的固-液-气耦合分析

为掌握含气地层中盾构隧道渗漏气引起的地层变形对隧道结构的影响,以苏通气体绝缘金属封闭输电线路(gas-in-sulated metal enclosed transmission line,GIL)项目中江底富含高压浅层气地层为研究对象,利用自主开发的有限元程序,并采用非饱和弹塑性本构模型,对含气地层不均匀沉降对盾构隧...     

汽-液-固三相循环流化床蒸发器的可视化分析

在热模条件下,采用电荷耦合器件图像测量和处理系统,对汽-液-固三相循环流化床蒸发器内固体颗粒的运动、分布及相应的传热特性,进行了可视化研究．热通量的变化范围为3150～5 825 w·m~(-2),固体颗粒含率的变化范围为O％～2％．研究中定性地分析了由启动到正常运行的不同阶段,汽-液-固三相循环流化床蒸发器内的流动和传热特性．结果表明,汽-液-固三相循环流化床蒸发器的启动阶段是一个非稳态过程;在汽-液-固三相循环流化床蒸发器的稳态操作过程中,加热管可分为液-固两相段和汽-液-固三相段;固体颗粒的加入,增加了沸腾段的高度,并且对产生的汽泡有破碎作用;加热管中固体颗粒平均轴向运动速度低于循环管,而固含率高于循环管．