滑阀阀芯凹角结构CFD仿真分析与优化设计

液压滑阀作为基础的液压放大元件之一,广泛应用于液压伺服系统。液压滑阀通过节流原理实现对流量或压力的控制,同时阀口节流作用会导致能量损失和剧烈漩涡,影响液压系统的工作性能。以液压滑阀阀芯为研究对象,采用有限元分析软件Fluent研究阀芯凹角结构对滑阀内部流场流动特性和能量损失特性的影响,其次基于粒子群算法对阀芯凹角结构参数进行智能寻优。研究结果表明:“斜边+弧边”形结构阀芯可以有效平缓流场,抑制阀口处漩涡的发生,当阀芯凹角斜线角度为57.4°,圆弧半径为1.14 mm,阀口处最大湍流动能较常规滑阀降低25%。研究成果将为液压阀阀芯结构的设计和优化提供思路。

基于代理模型的方形凹角截面超高层建筑气动外形优化

采用CFD数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究方形凹角截面超高层建筑在多参数设计空间内的平面外形气动优化问题。首先,选取凹角率、凹角角度和凹角个数作为设计参数并考虑风向角的影响,基于最优拉丁超立方设计和非定常RANS方法获得初始样本点的气动力系数;其次,基于遗传算法(GA)和广义回归神经网络(GRNN)方法构建能准确预测设计参数与气动力系数之间复杂关系的代理模型;再次,以最小气动力系数为目标,利用GA-GRNN代理模型及其更新策略和非支配排序遗传算法在整个设计空间内寻优,确定全风向角下方形凹角截面的最优气动外形;最后,探讨凹角修正对截面气动性能的影响机理。结果表明,基于GA-GRNN代理模型的优化方法在气动外形优化方面具有较高的预测精度和计算效率;全风向角下的最优气动外形截面的凹角率为18.5%、凹角角度为70.4°、凹角个数为5,相比方形截面,该截面可使平均阻力系数和均方根升力系数最多分别减小53.4%和70.5%。该方法可为建筑结构气动外形优化及相关研究提供重要参考。

一般宏观应力状态下凹角蜂窝结构的屈曲性能分析

基于凹角蜂窝的负Poisson比拉胀效应,对其屈曲力学性能进行了有限元仿真分析,得出区别于传统正六边形蜂窝结构的两种屈曲模态.为了研究这两种屈曲模态的屈曲强度以及产生机理,采用梁柱理论对其进行了理论分析.根据梁-柱方程和平衡关系建立包含杆端弯矩和杆端转角的方程组,利用屈曲临界条件建立稳定方程,得到屈曲强度的解析表达式.采用增材制造技术打印凹角蜂窝试件,对其屈曲性能进行实验验证.结果表明,双轴加载条件的不同会引起屈曲模态的显著变化;区别于传统蜂窝结构,凹角蜂窝的负Poisson比拉胀效应使其在双轴受拉状态下发生屈曲失稳;双轴应力状态下的屈曲失效界面分析获得了典型的屈曲分岔现象.这项研究对凹角蜂窝因失稳而破坏以及利用凹角蜂窝失稳实现特殊力学性能的研究具有一定的指导意义.

凹角对方形截面高层建筑基底气动力系数的影响研究

利用高频天平技术,在两类不同风场中对14个角部进行凹角处理的方形截面高层建筑模型进行测力风洞试验,分析风场湍流和凹角大小对典型风向角下气动基底弯矩和扭矩系数的均值及均方根值的影响规律。试验结果表明,两类凹角处理对气动基底弯矩和扭矩系数有较大的影响,凹角的尺寸为边长的7.5%时能够最大程度地减小基底气动力系数。基于试验数据,拟合得到不同凹角率下方形截面高层建筑的基底气动力系数经验公式,为荷载规范的修订和补充提供参考。

凹角豆芫菁的特征特性及对稻蝗的捕食作用

描述了凹角豆芫菁的形态特征和生物学特性;其对中华稻蝗卵的捕食率达34.2%,可起到较好的控制作用。

带凹角矩形截面高层建筑风荷载体型系数研究

采用CFD技术,对典型带凹角矩形截面高层建筑在群体建筑干扰环境下的平均风荷载进行数值模拟研究。首先对CAARC标准模型进行了数值模拟,以验证本文计算方法及参数设置等的合理性。然后基于两个风向角下的数值模拟结果,分析了该建筑物主塔楼表面上各区域体型系数的分布特征,并与我国荷载规范和文献中风洞试验给出的值进行了比较;同时,还计算了顺风向风荷载。研究发现,迎风侧凹角处的体型系数会出现较大的负值,与规范取值差别较大,这也将使得计算出的结构顺风向风荷载明显降低,造成该结果的主要原因是在迎风侧凹角处产生了较强烈的分离流和漩涡。除了气动外形以外,周边建筑的干扰也会对体型系数分布造成不可忽视的影响。

凹角堤段前波高增幅的整体模型研究

由于入射波与斜向反射波的叠加或两个堤段的反射波斜交 ,在凹角堤段前将形成复杂的短峰波系 ,这种波浪形态引起的波能集中使堤前波高可能增幅 .利用整体模型实测了凹角为 15 2°的条件下不同入射波向对应的波高值 ,同时根据实测资料推求了等效反射系数 ,从而得到规则波或不规则波条件下的入射波高放大系数 ,为带凹角形状的防波堤设计提供了依据 .实测凹角堤趾前的波浪底流速也明显增大 。

无穷凹角型区域椭圆边值问题的非重叠区域分解算法

研究无穷凹角型区域椭圆边值问题的一种非重叠型区域分解算法.构造其算法并讨论相应的离散化问题的收敛性,最后给出了数值例子以说明方法的有效性.

油气管道无凹角凹陷计算模型研究

管道机械损伤中最常见的类型是凹陷,这些缺陷是导致管道失效的主要原因,为深入研究其对管道安全的影响,建立符合实际工况的计算模型是有必要的。前人通过棍压模型和球压模型重点对有凹角的凹陷进行了较为全面的分析研究。本文在给出有凹角和无凹角凹陷的尺寸判别方法后,分析管道上实际检测数据发现无凹角凹陷在管道上分布较多,提出无凹角凹陷的计算模型—环向棍压模型。通过有限元软件模拟检测的凹陷尺寸验证了模型的准确性。最后,分析环向棍参数对模拟凹陷的尺寸影响,结果表明:同一深度的凹陷,可以通过改变环向棍的曲率半径去改变凹陷的长宽尺寸,以满足对实际工况中随机尺寸凹陷的模拟;进一步研究发现,无凹角凹陷对管道安全的影响有着不可忽视的作用。

凹角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段优化设计

对凹角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段结构分别用迁移矩阵法及有限元方法进行了应力分析,对比了2种计算方法所求结果的差别。用迁移矩阵法对舱段结构的主要参数进行了强度优化,并分析了各参数对舱段最大表面应力的影响。用迁移矩阵法对凹角设舱壁与凸角设舱壁的凹凸角舱段分别优化,对优化后两舱段的应力控制、所需材料的最大厚度及重量进行对比分析,开创了一条用迁移矩阵法对潜艇结构进行优化计算的新路。

凹角型区域上双曲型外问题的人工边界条件

研究凹角型区域上双曲型外问题的人工边界条件.利用构造法获得了圆形人工边界上精确的和近似的人工边界条件.利用新得的人工边界条件,用有限差分方法求解相应问题的数值解.最后给出数值例子以示文中所得的人工边界条件的有效性.

凹角形区域上抛物型外问题的人工边界条件

研究凹角形区域上抛物型外问题的人工边界条件。利用构造法获得了圆形人工边界上的精确的和近似的人工边界条件。利用所得的人工边界条件,用有限差分方法求解相应问题的数值解。最后给出数值例子以示文中所得的人工边界条件的有效性。

凹角域上本征值有限元外推

H.Blum和R.Rannacher在完全合理的光滑性假设下,证明了凹角域上线性有限元本征值外推可达o(h2)精度阶。在此B-R方案基础上本文给出了一个新方案:1在粗网格上求一个逼λ的本征值λH:2在细网格上求一个线性代数方程组的解uhs,计算uhs的Rayleigh商:3外推。理论分析和数值实验都表明新方案达到了B-R方案的精度阶o(h2),且计算量成倍减少,更重要的是实施起来十分容易。工程力学界常常致需求最小本征值,这时本文方案的优越性特别明显。

凹角域上离散导数Green函数的一个估计

运用权函数思想及通过正则导数Green函数的性质证明了离散导数Green函数在凹角域Ω上的一个估计:︱zGhz︱1.p≤{ch-2+2/plnh5/2chβm-1-ε,2/(βm+1<p<2,1≤p≤2/(βm+1),■ε>0)通过这个结果就可以导出凹角域上的有限元逼近的一系列结论.

凹角域上离散导数Green函数有限元超收敛的一个估计

运用权函数思想及通过正则导数Green函数的性质证明了离散导数Green函数在凹角域Ω上的一个估计,|GZhZ|1,p≤Ch-2+2/p|lnh|5/2,2/(βM+1)<p<2 ChβM-1-ε,1≤p≤2/(βM+1),ε>0,其中C为与h无关的常数,βM=π/αM,αM为Ω的最大内角。通过这个结果就可以导出凹角域上的有限元逼近的一系列结论.

面内冲击荷载下半凹角蜂窝的抗冲击特性

半凹角蜂窝结构因其零泊松比特征,具有独特的变形方式。将其与传统正泊松比(正六边形)蜂窝以及负泊松比(凹角)蜂窝在面内冲击荷载作用下的抗冲击性能进行对比分析,揭示出零泊松比效应对动力学性能的影响。在给定胞元几何参数(长细比)的情况下,分析了3种蜂窝构型在不同冲击速度下的变形特征,得出半凹角蜂窝的零泊松比特性使结构的局部变形带以"Ⅰ"型为主。根据一维冲击波理论,推导出半凹角蜂窝的平均抗压强度理论公式,与有限元结果进行对比,验证了该方法的有效性。数值结果表明,半凹角蜂窝的抗冲击性能介于正六边形蜂窝和凹角蜂窝之间。通过在半凹角蜂窝内部增加直杆,设计出一种新型零泊松比蜂窝,进一步提高了蜂窝结构的抗冲击性能,可为其他结构优化设计提供一定的理论参考。

梯形凹角台阶式溢洪道水力特性

台阶式溢洪道中凹角水流的循环及能量交换是泄洪消能的关键因素之一,目前台阶式溢洪道的研究多集中在台阶的坡度、尺寸以及与宽尾墩等联合运用方面,鲜有对台阶凹角几何形状进行研究。通过水工模型试验和数值模拟计算,对传统三角形凹角台阶和新型梯形凹角台阶的流态、掺气浓度、压强、流速等水力特性进行研究,结果表明:梯形凹角台阶与三角形凹角台阶水流水力特性分布规律相同,但由于梯形凹角台阶改变了旋涡脱落的形状,漩涡脱落进入主流中,促进水流湍动,使得初始掺气点位置略微前移,增加主流区断面平均掺气浓度,提高虚拟底板处总压强波动强度,降低台阶沿程流速,有利于提高台阶抗空化空蚀能力和促进台阶消能。

凹角区域双曲外问题的精确人工边界条件

研究一类凹角区域双曲型外问题的数值方法.先用Newmark方法对时间进行离散化,在每个时间步求解一个椭圆外问题.然后引入人工边界,并获得精确的人工边界条件.给出半离散化问题的变分问题,证明了变分问题的适定性,并给出了误差估计.最后给出数值例子,以示该方法的可行性与有效性.

凹角蜂窝结构的面内低速冲击力学性能分析

针对一种典型的负泊松比结构材料-凹角蜂窝结构,研究了在低速冲击载荷下的吸能特性和应力-应变关系.具体是在低速冲击载荷(0.4m/s)的作用下,分别研究了胞元凹角、胞元横纵比、以及胞元壁厚对凹角蜂窝结构的负泊松比值、能量吸收和应力-应变关系的影响规律.得出了以下结论:胞元凹角的增大和胞元壁厚的减小会增大凹角蜂窝结构的负泊松比,胞元横纵比的改变不会改变凹角蜂窝结构的负泊松比;胞元凹角的减小和胞元壁厚的增加会同时增加凹角蜂窝结构的总能量吸收效果和相对能量吸收效果;而胞元纵横比的增加对凹角蜂窝结构总能量的吸收改变不大,横纵比向加载力方向增加时,会增加相对能量吸收效果;胞元凹角、胞元纵横比、以及胞元壁厚与凹角蜂窝结构的平均应变-应力关系没有明显关系;凹角蜂窝结构的负泊松比与能量吸收以及平均应力-应变关系没有明显的关联.

凹角区域泊松方程边值问题的CEFE与NBE耦合法求解

基于自然边界归化原理,给出了曲边有限元与自然边界元耦合法.利用耦合法求解凹角区域上泊松方程的边值问题,得到了近似解的误差估计和收敛性.数值实例验证了耦合法的优越性.