低温环境下橡胶O形圈密封性能的流固耦合分析

为探究温度、表面形貌特征、材料性能对橡胶密封圈的密封性能影响,通过实验获得不同温度下橡胶材料的力学性能参数;基于ABAQUS软件建立橡胶密封件的有限元仿真模型,对O形圈加压降温过程进行顺序耦合的固热分析,得到O形圈与密封界面处的接触应力分布;基于Kalker提出的接触变分原理,使用傅里叶变换进行接触力学分析,建立了接触应力与表面微观形貌的数值关系;采用Persson的渗流理论计算了O形圈密封件的泄漏率。结果表明:随着环境温度的降低,接触压力曲线发生明显变化,接触宽度减小;当温度降低至橡胶材料玻璃化转变温度附近,弹性模量陡增,橡胶材料失去回弹性能,O形圈密封性能降低,发生泄漏。

流固耦合分析下的船体高速入水冲击数值模拟

为船体入水受冲击研究提供有效手段,提出流固耦合分析下的船体高速入水冲击数值模拟方法。该方法使用ALE算法对船体高速入水冲击展开流固耦合分析,并将船体看作圆筒形,建立船体有限元数值模拟模型,通过设置船体高速入水条件后,利用流固耦合分析方法获得船体高速入水冲击数值模拟结果。实验结果表明,船体高速入水瞬间,会产生巨大的加速度并传递到船体结构上,在加速度冲击作用下,船体结构排开水面,水介质受到船体结构挤压水平面会上升并产生水花飞溅现象,并在船体结构入水后形成超空泡;船体结构接触到水面时,其承受的冲击荷载最大,加速度曲线呈直线上升趋势。

基于流固耦合分析的矿用干式变压器温度场仿真

壁面对流换热系数是影响干式变压器换热分析和温度场计算结果准确与否的关键因素,但其值很难精确测量。为了更准确地计算壁面对流换热系数,提出了一种基于FEM的干式变压器流固耦合数学分析模型,同时采用Fluent对干变的3D温度场和流体场进行了仿真计算,分析了干变内部温度场的分布情况,并与解析结果进行了比较。在此基础上,分析了谐波、负载系数对干变谐波损耗及温升的影响,得到谐波损耗及温升与谐波次数、负载系数的关系。结果表明,考虑空气流场的流固耦合模型能准确分析变压器运行中的温升问题,同时指出干变谐波损耗和温升随谐波次数的增加而增大,并逐渐趋于平缓,且随负载系数的增大而急剧增大。这为变压器的定点监测提供了参考依据,有助于减少变压器的损耗,延长使用寿命,保证变压器的安全稳定运行。

固体火箭发动机快速升压过程的流固耦合分析

固体火箭发动机快速升压过程是一个非常典型的非稳态流固耦合问题。通过流固耦合软件MPCC I将FLUENT和ABAQUS连接,对气流流动与药柱结构完整性进行了耦合分析,确定了该过程中药柱的应力、应变情况及燃烧室的流场变化情况。仿真结果表明,在气流进入燃烧室时,可看到压力峰由前向后的传播过程,药柱随之变形,但同一时刻流场压力的最大处与药柱应变的最大处并不在同一位置。

基于ANSYS Workbench的风力机流固耦合分析

利用ANSYS Workbench软件对2kW的风力机进行流固耦合分析,得到风场风速、叶片所受风压、叶片变形、应力应变等有限元分析结果。同时对叶片本身、叶片在风场中静止及旋转情况下进行模态分析,并进行比较。ANSYS已将流体软件CFX整合到Workbench中,利用Work-bench对风机进行流固耦合分析可在软件内部完成多物理场数据传递,方便实用。得到的风场信息、叶片应力云图及叶片的模态分析为叶片的优化设计及研发工作提供直接数据,从而减少产品开发周期,降低开发成本。

高速船垂向振动流固耦合分析(英文)

本文建立了一种二维实用模型 ,结构部分采用二维有限元法计算 ,流体部分采用考虑两种不同边界条件(线性自由表面条件和采用高频极限近似自由表面条件)的二维边界元法计算 ,应用改进的行列式搜索法以及交叉迭代法求解特征值及对应的特征向量 ,解决流固耦合问题。通过采用不同的附加质量计算方法以及不同的模型(杆 -膜或梁 -膜模型)分别进行计算 ,并对结果进行了比较分析。实船计算表明 ,本文所编制的程序计算结果可靠 ,具有较强的工程实用价值。

泥石流作用下拦挡坝的流固耦合分析

为探究泥石流浆体与防治工程之间的耦合作用关系,将大型通用有限元软件集成平台ANSYS Workbench下的计算流体动力学分析软件CFX与结构静力分析模块Static Structural相结合,对泥石流灾害防治工程中广泛应用的重力式拦挡坝进行空库过流条件下的单向流固耦合分析,并且在分析过程中特别引入了水利水电工程拱坝体型设计中的柔度系数.结果表明,流动状态稳定后的泥石流浆体总压力符合液体压强沿深度方向上小下大的层状分布规律;外流场分析得到的泥石流冲击力与规范公式计算值十分接近,二者误差不超过5%;建议以流动状态稳定后的浆体动压力作为泥石流流体作用下的最不利荷载;如果重力式拦挡坝的柔度系数超过15,则在力学上属于平面应变问题.

基于流固耦合分析的超高速微切削空气静压电主轴支承结构优化

借助有限元分析软件ANSYS对具有不同支承结构的超高速微切削空气静压电主轴进行全参数三维实体建模,运用流固耦合的有限元方法分析电主轴的各种结构方案,并进行承载特性分析对比,优选出空气静压电主轴的支承结构。结果表明,前支承对电主轴的承载影响最大,主轴悬跨段的设置对提高承载性能的贡献较小,为加强主轴刚性,可以选择主轴前段采用多排孔轴承的支承结构。

黄河大堤丁坝流固耦合分析研究

将黄河大堤丁坝概化为三维地质模型,考虑坝体建成后水位保持施工期水位和坝体建成后水位升至设计水位2种工况,对坝体和渗流的相互作用进行了耦合分析。结果表明:在第一种工况下丁坝最大沉降量为5.2 cm,在第二种工况下丁坝最大沉降量为2.14 cm;丁坝内部应力以压应力为主,在丁坝裹石台阶边缘存在拉应力,在台阶内侧存在应力集中现象。

风载荷作用下球形储罐的流固耦合分析

以某石化企业的丙烷球形储罐为研究对象,在ANSYS Workbench平台上充分考虑球罐的几何完整性和风载荷分布不均匀性,进行流固耦合计算分析。具体方法是先对球形储罐的外部空气流场进行三维数值模拟得到绕流流场分布,然后将流场计算结果加载到球形储罐外表面,进行结构静力学分析。结果表明:风在球形储罐附近发生绕流时,流速先增大后减小,并在球壳和支柱背风面形成漩涡,流动分离的位置随风速增大向后推迟;风流在球形储罐迎风面形成正压区,在非迎风面形成负压区,球壳迎风面风压呈同心圆环形对称分布,由中心向边缘风压逐渐减小;球形储罐在风载荷作用下的应力较设计工况下的显著增大,经应力线性化分析和强度校核,该球形储罐满足标准要求。

2.0MW风力发电机叶片的流固耦合分析

利用Profili翼型软件和UG获得了2.0MW风力发电机叶片的三维模型,并将叶片模型导入ANSYS Workbench进行流固耦合分析,得到叶片在流场中应力、应变和变形等有限元分析结果。通过结果分析,得出叶片最大应力在叶根处附近,最大变形量发生在叶尖处,叶片在流固耦合条件下,其主要变形集中在靠近叶梢的中上部,且越向叶梢变形越大,并成非线性分布。这些分析结果为叶片的优化设计及研发工作提供了相关数据,从而减少了产品开发周期,降低了开发成本。

T型槽干气密封流固耦合分析

T型槽干气密封(T-DGS)在非接触运转过程中,气膜流动和密封环变形之间是相互耦合作用的。即流场,固体变形场,温度场的相互作用,形成一种综合的情形。使用SolidWorks软件建立流固耦合模型,采用Ansys Workbench的流固耦合模型对T型槽干气密封的气膜流场和静环固体场的相互影响进行分析。

基于调研对泥石流拦挡坝双向流固耦合分析

对甘肃省南部地区泥石流防治结构进行了现场调研,分析总结了现有防治结构存在的几点问题。在合理建立模型、确定计算参数的基础上,运用分析软件CFX、ANSYS对中小规模泥石流逐渐淤积至满库工况下的泥石流拦挡坝进行双向流固耦合分析,得到了泥石流流体在坝后的运动规律及坝体的应力、应变、位移等参数,为后续的工程治理提供参考和建议。

基于多物理场的管道强度与模态分析(一) 充液异径管的流固耦合分析

一、引言 异径管又称大小头，主要用于连接两种不同的管径。根据结构不同，异径管又分为同心异径管和偏心异径管。在工业生产中，异径管的工况非常恶劣，常发生失效事故。本又以同心异径管为例，应用ADZNA软件对充液异径管进行流固耦合分析，研究了不同流体速度下管道的力学性能。

简谐激振下含腐蚀缺陷弯管的流固耦合分析

为了研究简谐激振作用下含腐蚀缺陷弯管内部输送流体的流动状态以及弯管自身的力学行为,建立含有腐蚀缺陷的三维直角弯管有限元模型及其相应的流场模型,对腐蚀弯管及其内部输送流体进行双向流固耦合分析。三种简谐激振振幅(0m、0.01m和0.03m)和两种流体入口速度(2m/s和4m/s)交互组合,分析简谐激振振幅和流体入口速度对腐蚀弯管的力学行为及其内部输送流体流动状态的影响。结果发现:输送流体在直角弯管内侧的腐蚀缺陷处产生旋涡,旋涡生长之后向弯管出口端扩散,外部的简谐激振载荷会促进旋涡的产生,并加速其扩散,这种现象随着简谐激振振幅的增大或入口流速的增大而变得愈加显著。在漩涡的萌生、生长及扩散的过程中,弯管响应的最大等效Von-Mises应力的位置主要位于弯管内侧的腐蚀缺陷处,但随着旋涡扩散的加速而逐渐移向弯管进口端的直管段。

混流风机整机数值模拟及流固耦合分析（英文）

为了改进叶型设计方法、提升SWF型号风机的通风效率,运用数值模拟的方法,并结合fluent软件分析了该混流式风机整机的内部流场状态,获得了风机内部压力场和速度场等有价值的信息,再运用流固耦合的原理,借助Ansys workbench平台将所得到的风机流场内部的表压添加到风机固体模型上,得出了风机运行时的应力和位移结果。最后通过改变流速,得到了多组不一样的全压和效率值,利用Matlab软件可以拟合出风机的效率曲线。结果表明:应力从叶根位置到叶顶位置逐渐减小,叶根位置的应力值为最大值;位移从叶根位置到叶顶位置逐渐变大,最大的位移值出现在叶顶位置。同时得出了风机的运行工况在流速为6-8时的效率最高。

轴向迷宫密封性能的流固耦合分析

以往轴向迷宫密封设计时多借鉴旋转迷宫密封的研究成果,而对于轴向迷宫密封,其内部流体变化形式存在较大区别。为探讨轴向迷宫密封流场分布和泄漏特性,对某型号迷宫压缩机活塞气缸部位采用的齿形轴向迷宫密封结构进行研究。建立该轴向迷宫密封结构的三维模型,对迷宫密封泄漏特性进行流固耦合分析,分析迷宫密封流体域内压力分布、流场分布及结构变形量的变化规律。结果表明:该轴向迷宫密封齿形结构的设计,能够有效地将流体压力能转换为湍动能,通过逐级能量损耗而实现密封;迷宫密封结构在入口处发生最大变形,流体出口处活塞气缸总变形量降低。将该轴向迷宫密封结构应用于压缩机进行实验测试,表明气缸与活塞之间的密封性能良好,为轴向迷宫密封的结构设计与应用提供理论支撑。

基于ANSYS Workbench的螺旋槽干气密封流固耦合分析

采用Solid Works软件建立螺旋槽干气密封的动环和气膜的三维模型,用ANSYS Workbench对模型进行单向流固耦合分析,得到动环密封端面的应力和应变分布情况,并研究动环转速和介质气体压力对动环密封端面应力和应变的影响。结果表明,动环密封端面应力和应变主要集中在螺旋槽区域,在螺旋槽根部出现应力和应变的最大值,体现出螺旋槽干气密封很好的动压效应;动环转速和介质气体压力对动环密封端面应力和应变均有较大影响,并且动环密封端面最大应力、最小应力及最大应变和最小应变均随着动环转速和介质气体压力的增大而增加。

大型风力机三维建模及流固耦合分析

以2MW风力发电机为研究对象,通过翼型设计软件Profili及Matlab推导出叶片翼型三维坐标。利用UG将此三维坐标拟合成叶片截面样条曲线,扫掠曲线得到叶片三维模型,然后在UG中建立塔架和机舱模型并完成风力机模型的整体装配。应用ANSYS对风力机进行流固耦合分析,得到了风力机在空气流场作用下的压力分布情况,将此压力加载到风力机上进行静力学分析,得出风力机在空气流场下的应力、应变分布情况并结合实际应用对仿真结果进行了详细的分析。研究成果对大型风力机的结构优化设计有重要的参考意义。

人工生物瓣膜流固耦合分析

该文构建一种人工生物瓣膜模型和血液流体模型,利用罚函数法建立瓣膜与血液间的耦合,利用ANSYS软件分析心循环下人工生物瓣膜力学特性。分析结果表明,应力集中于缝合边与结合边交界处,此种瓣膜应力分布均匀。同时,瓣膜完全开启时间与实际测量数据吻合,血液流速峰值在生理范围内。该模型为提供更加真实心循环下瓣膜力学特性打下基础,为下一步优化设计人工生物瓣膜提供便利。