多室输液软袋受压过程的流固耦合仿真和实验验证

背景多室输液袋是一种安全、高效、方便、耐用的肠外营养输液设备,但是在实际运输和使用过程中,液体腔室间'虚焊'的提前破裂使产品不再可用。目的为了获得腔室边缘'虚焊'位置破裂时的撕裂应力,并探索液体腔室在不同长、宽、高情况下的撕裂应力变化规律,以期获得最优的多腔室尺寸组合方案,本文建立了模拟输液软袋在受压变形的仿真模型。方法通过SOLIDWORKS建立不同尺寸输液软袋的曲面模型,使用ABAQUS软件中基于表面的流体腔方法,对该薄膜流体耦合问题进行有限元计算,提取腔室边缘应力对应的受压载荷,并通过实验验证向应力计算结果的准确性。结果流体腔模型实现了输液软袋的受压直至破裂仿真,输液软袋破裂时的压力载荷与实验结果有较好吻合,同时获得受压载荷随腔室的长、宽、高的变化规律曲线。结论本文结果从力学的角度给出了多室输液软袋的结构优化方案,袋体越长、宽越、越低,其抗压能力越强。同时,文中方法对包装、食品、医学等行业中的薄膜流体耦合问题具有一定参考价值。

固体火箭发动机点火过程流固耦合仿真研究综述

介绍了流固耦合的相关理论,分析了流固耦合实现的过程,综述了国外基于流固藕合方法的固体火箭发动机点火过程仿真研究现状及其主要成果。

基于双向流固耦合仿真分析的喷嘴挡板电液伺服阀弹簧管应力研究

弹簧管是喷嘴挡板电液伺服阀的关键受力部件,容易出现疲劳破裂的现象。在对某型电液伺服阀弹簧管的受力情况进行理论分析的基础上,通过双向流固耦合对弹簧管的应力状态进行了仿真计算,探索了弹簧管各个结构参数对其应力大小的影响。研究表明:为降低弹簧管应力应增大薄壁段外径和圆角半径,或减小内孔直径和大端直径,并基于此结论提出了不影响伺服阀性能的弹簧管优化设计方法。

二尖瓣运动的流固耦合仿真

目的 建立包含左心和血液的二尖瓣理想模型,用流固耦合仿真研究二尖瓣在血流中的运动特性。方法 基于解剖学参数建立二尖瓣、左心和血液模型,流固耦合仿真采用有限元结合浸没边界法,使用有限元软件LS-DYNA模拟二尖瓣运动,获取形态学、力学和血液动力学参数,并与结构仿真结果进行对比。结果 两种仿真下二尖瓣形态学结果差异较大,流固耦合结果与超声影像吻合。流固耦合仿真和结构仿真的瓣叶应力分布结果一致,最大第一主应力分别为1.48、1.53 MPa,相对误差为3.27%。左心流场有较为复杂的涡旋结构,舒张期二尖瓣最大流速为1.02 m/s,与健康人体生理数据(0.89±0.15) m/s相吻合。结论 二尖瓣流固耦合仿真可以获取更贴近于生理的形态学结果;流固耦合仿真可以提供临床诊断不可或缺的流场参数信息;单研究瓣叶应力分布问题时,结构仿真更高效。

流固耦合仿真技术与基于拓扑的自动切分技术在燃油质量特性分析中的应用

介绍了流固耦合仿真技术与基于拓扑的自动切分技术在飞机燃油质量特性分析中的应用。首先对两种方法的技术原理进行阐述,然后分别采用基于上述两种技术的FLOW3D和FPC软件,对某型飞机1号油箱进行了燃油质量特性分析。根据两种软件的计算结果对比,可以看出两种软件在燃油质量特性分析工作中的应用特点。

基于流固热耦合仿真的微型空压机风冷系统

为解决微型空压机缸盖处过热问题,基于流固耦合传热理论,建立了微型空压机内部流场和温度场以及轴流式风扇的数值计算模型.数值仿真结果表明,原空压机流道设计不合理,冷却空气在机架处回流严重,影响缸盖散热.通过改变轴流式风扇的吹风方向解决了冷却空气在机架处回流的问题,通过优化出风口尺寸以及风扇参数,提高了冷却空气的流量,从而使微型空压机冷却空气流量由13.55 g/s增加至23.51 g/s,缸盖处温度由388.9 K降低至362.9 K,解决了缸盖处过热的问题.

内燃机排气歧管瞬态热流体-热应力耦合仿真的研究

采用直接耦合法对内燃机排气歧管进行瞬态热流体-热应力的耦合仿真。详细研究了仿真过程中瞬态温度加载、高阶单元生成及中间节点温度插值等问题的处理方法,分析了网格疏密、时间步长对计算精度、计算时间的影响。排气歧管瞬态热流场的仿真结果得到了试验的验证,同时比较了瞬态与稳态热流体-热应力计算结果的差异,从而证明了进行排气歧管瞬态热流体-热应力耦合仿真的必要性和有效性。

基于流固耦合的轴流风机结构分析与优化

针对轴流风机出口流量过小,风机效率过低问题,基于计算流体力学理论和Fluent软件,建立轴流风机内部流场数值仿真模型,实验测试与仿真计算值误差为4.3%,验证了数值模型的正确性,为后续优化设计提供了依据.数值仿真结果表明:原风机结构的轴流风扇及导叶设计不合理,气流迹线杂乱,沿程损失大,影响了风机性能.通过优化轴流风扇结构参数,将直导叶变为弯曲导叶,并采用正交试验设计方法对导叶进行了匹配优化设计,优化后的风机气流迹线平稳,出口流量由0.167 7 kg/s增加至0.192 8 kg/s,效率由33.2%提高至51.7%.最后基于流固耦合理论计算了轴流风扇在旋转工作时的应力及位移值,结果表明,风扇强度满足要求.

盾尾密封结构流固耦合分析及压力控制方案

为了获得确保盾尾密封装置安全运行的压力控制方案,通过密封结构原理按照实际工程比例建立了一个有限元仿真分析模型,并将通过实验获得的材料参数带入到分析软件中进行流固耦合仿真,针对仿真分析结果提出了盾构机盾尾密封结构安全合理的压差控制范围。该系统的压差控制方案可以为盾尾密封油膜承载特性分析等系统安全性研究提供重要的数值基础。

基于涡致振动压电俘能结构的仿真研究

针对水下传感器稳定持续供能问题,对柔性圆管内置压电悬臂梁的压电俘能结构进行仿真分析.实验对单俘能结构、前置柔性和刚性阻流体时的俘能结构分别进行流固耦合仿真,并对前置阻流体的俘能结构进行压电耦合和收集电路的仿真分析.实验结果表明:前置刚性阻流体俘能结构的振幅响应大于前置柔性阻流体和单俘能结构的,当流速为1.1 m/s、阻流体和俘能结构之间的距离与阻流体直径的比为3~4时,产生的振幅响应和电压幅值分别为0.9 mm和85 V,此时频率为9 Hz,能量收集效率为36.18%,为涡致振动压电能量收集结构的最佳形式.实验结果证明了柔性圆管内置压电悬臂梁压电俘能结构的可行性,为水下传感器持续稳定的供能提供了一种解决方案.

地热电采暖房间升温过程有限元仿真

研究优化控制地热采暖系统问题,为科学有效地确定地热电采暖系统中的电缆芯线参数和铺设路径,应用有限元仿真中的流固耦合仿真方法对室内地面及空气的温升过程进行了仿真计算,得到了加热后不同时间的室内温度场、压力场云图以及空气流动矢量图。从仿真结果分析得知,在不同的时间,温度场的总体分布一直呈现底部中间最高,沿纵向和横向逐渐降低的趋势。室内空气的流动在初始阶段内中心部分的上升速度较大,而到后期,四周空气的流动速度逐渐升高。随着加热时间的延长,房间内的温度渐趋于均匀,空气流动速度下降。仿真结果数据对地热电采暖系统的设计和施工具有重要的参考价值。

磁流变液静压轴承设计与仿真

为了提高静压轴承的承载能力和回转精度,提出一种基于磁流变液(Magnetorheological Fluid, MRF)润滑的静压轴承。对磁流变液静压轴承进行结构设计,并对其承载力和油膜刚度进行了计算;通过Maxwell仿真分析不同轴承材料、不同电流对静压轴承性能的影响规律;采用CFX流体仿真分析不同间隙对静压轴承承载力的影响。通过仿真分析,选择磁感应强度最大的铸铁作为轴承材料,以适应更大的负载变化,选择半径间隙为20μm以增大承载能力。通过ANSYS流固耦合仿真,验证设计的磁流变液静压轴承的优越性,相比普通静压轴承其承载力提高了11.6%,回转精度提高了17.4%。

水下爆炸载荷下多层金字塔夹芯板动态响应研究

研究金属夹芯板在水下爆炸冲击下的动态响应规律和抗冲击性能,对提升舰船防护能力有重要意义.利用等效水下爆炸冲击加载实验装置对双层金字塔点阵夹芯板进行实验,得到了其动态响应规律;结合ABAQUS流固耦合仿真对实验进行模拟,结果与实验误差较小,验证了仿真的有效性.针对不同参数的多层夹芯板,利用仿真分析了其不同的响应规律,结果表明:多层夹芯板比单层夹芯板有更强的抗冲击性能;夹芯板面板总厚度一定时,拥有较薄前面板和较厚后面板的夹芯板抗冲击性能更强;对于三层夹芯板,其密度排列顺序为BAC和ABC时后面板变形更小,CBA排列的夹芯板抗冲击性能最弱.

循环工况下变矩器叶片角设计空间的性能优化

为解决整机循环工况与液力变矩器的匹配问题,并建立变矩器设计参数与整机工况的动力学映射关系,本文提出循环工况条件下变矩器叶片角设计空间的性能优化方法。该方法在整机物理实验条件下,以其变矩器的统计循环工况加权效率为评价目标,利用变矩器一元束流理论及其流固耦合仿真结果构建变矩器性能模型,对变矩器叶片角设计变量进行优化。优化过程中以整机V型和T型典型工况及双涡轮变矩器为研究对象,在变矩器流固耦合仿真精度得到台架实验验证的前提下,证明优化后变矩器统计循环工况加权效率分别提升2.64%和2.48%。该方法简易性地建立了整机与变矩器叶片角设计参数间的一体化动力学匹配关系,对同类面向主机的配件定制化设计具有工程化指导价值。

1140 V/200 kW矿用变频器结构设计分析

为保障变频器的持续稳定运行,矿用变频器通常设置在隔爆壳体中,再加上井下环境温度较高、空气不流通,导致矿用变频器在应用中经常出现温度过高等故障。因此,本文介绍了一种适用于煤矿井下环境的1140 V/200 kW矿用变频器结构设计,可解决矿用变频器散热问题,保障变频器的持续稳定运行,具有一定的现实意义。矿用变频器结构设计主要包括IGBT模块、吸收电容、直流母线电容选择、整流器、散热器等内容。为验证矿用变频器散热系统是否满足井下生产中的散热需求,采用仿真分析方法,从水冷散热器温度场、水冷散热器流体场、流固热耦合3个角度开展变频器散热系统仿真分析,进而根据仿真分析结果确认矿用变频器散热器性能的影响因素,指出对应的改进措施。

火箭发动机涡轮叶片动态响应计算及方法

随着可重复使用发动机的研制,必须对涡轮叶片的高周疲劳问题开展深入研究。提出了一种针对局部进气冲击式涡轮在气流激振力作用下的动态响应理论计算模型,将叶片简化为悬臂梁结构,同时考虑离心力及阻尼的影响,建立其受迫振动微分方程及求解方法,同时提出了一种局部进气涡轮叶片气流激振力的简化模型。以某发动机涡轮叶片为研究对象,分别采用理论模型及三维流固耦合仿真的方法对叶片进行动态响应分析,通过两种方法的结果对比来验证理论模型的正确性。结果表明,与三维仿真结果相比,采用理论模型方法计算得到的叶片根部平均动应力低3.39%,响应频率高1.62%,响应最大幅值低11.4%。从而验证了理论模型的准确性,可以采用该方法开展火箭发动机涡轮叶片高周疲劳设计。

捕蝇草运动机理及其仿生驱动器的仿真和实验研究

捕蝇草的叶片运动具备动作迅速、可逆、控制方便、结构简单等优点。本文从捕蝇草的快速运动中获得灵感,从微观和宏观层面上研究捕蝇草的基本结构和运动学特性。微观层面上,使用植物切片法和组织透明技术观察分析叶片的脉管系统结构、细胞尺寸及横向、纵向上细胞的排布规律。宏观层面上,利用高速摄像机和Kinovea图像分析软件分析叶片边缘的水平位移、速度、加速度、张开角度等的变化规律,采用非接触全场应变测量系统获得捕蝇草叶片闭合过程中外表面的应变情况;基于多孔介质模型,研究水分传输引起的细胞膨胀变形运动的规律,以及在流体作用下仿生柔性叶片的弯曲变形规律;最后使用3D打印技术制备仿生柔性叶片驱动器,进行实验验证。研究表明,本文提出的仿生柔性叶片驱动器通过流固耦合仿真技术能够在2 MPa的液压下在1 s内完成弯曲变形,最大弯曲角度为32.27°。同时,制备的仿生柔性叶片驱动器样机的实验结果与仿真结果基本吻合,验证了流固耦合仿真技术的可行性与正确性,完成了对捕蝇草叶片快速闭合运动的复现,闭合过程中实现了叶片的快速弯曲。

基于FISH语言的地质模型联合导入技术与实现

针对FLAC3D非完全可视化的建模方式难以便捷地完成复杂地质模型的生成,提出一种基于FISH语言的地质模型联合导入技术。分析了国内FLAC3D复杂模型导入技术,同时考虑通过提取某油藏数值模拟软件*.grdecl文件的角点网格格式,利用Fish语言编写了复杂地质模型转换为FLAC3D可识别格式的接口程序。将该技术应用在地下含水层储库储层地层压力变化规律及盖层岩体的稳定性数值模拟分析中,结果表明:这种方式在数值模拟中可以实现,对复杂地质模型的FLAC3D导入技术有参考价值。

基于有限元法车辆油箱防浪板性能分析与优化

鉴于车辆油箱内矩形防浪板受到燃油的冲击后易发生断裂,设计了一种拱形防浪板,在保证油箱内燃油晃动减小的基础上防浪板力学性能大幅提高。通过Solid Works对油箱及内部防浪板进行三维建模,在尺寸相同的油箱中使用横截面积相同、材料相同的防浪板,利用ANSYS进行液晃、流固耦合、模态仿真。对比结果发现:2种防浪板都能达到减缓燃油晃动的效果,拱形防浪板具有更好的抗压性能。在相同材质和工艺条件下,将拱形防浪板取代矩形防浪板能达到更好的力学性能,从而避免断裂。

气吸式排种器吸附性能参数优化与试验

气吸式排种器的吸附性能是决定分子技术自动化育种设备能否顺利排种的关键,文章利用ANSYS Workbench软件对影响吸附性能的吸嘴孔径、真空度、吸嘴锥角、种子与吸嘴距离等4个因素的敏感性和相互影响作用进行仿真优化分析,根据仿真结果改进吸嘴吸附性能,并在试验样机上以黄豆为吸附对象对结果进行验证。结果表明:吸嘴的吸附性能对种子与吸嘴的距离和吸嘴孔径两因素比较敏感,真空度、吸嘴倾角对吸附性能的影响次之;适当减小种子距吸嘴的距离,扩大吸孔半径,减小出口压强有利于提高吸嘴吸附性能。