液压衬套集总参数模型动态特性液-固耦合有限元分析

以车辆底盘系统中应用最为广泛的新型隔振元件——径向型液压衬套为研究对象,采用双向液-固耦合非线性有限元分析技术辨识液压衬套动力学性能分析的集总参数模型中的主要物理参数,并结合集总参数模型和非线性有限元法计算分析了液压衬套的动态特性。计算结果与实验结果及数值预测结果对比分析表明,有限元分析技术在液压衬套集总参数识别及动力学性能分析方面的可行性和准确性。对于液压阻尼特征产品设计优化,有限元技术是一种高效经济的开发手段。

基于液-固耦合有限元分析方法的气-液型减振器补偿阀性能研究

通过实验和有限元模拟,对比分析了轿车悬架双筒式气-液型减振器的两种典型结构的油液补偿阀工作性能的差异。利用ADINA有限元分析软件分别建立了两种补偿阀的结构动力学模型和流体动力学模型,进行了油液补偿阀的液-固耦合动态响应计算分析,得到了两种补偿阀的非线性节流特性、流场特性以及补偿阀阀片的动态响应特性。分析表明,两种补偿阀的节流孔结构不同,导致二者的补偿能力具有较大的差异,从而使得此二种减振器的空程性畸变临界速度点具有较大差异。当流量较大时,节流孔的节流作用对补偿阀的性能影响较大,通过合理设计节流孔结构,可以有效地提高双筒式气-液型减振器的空程性畸变临界速度点,提高减振器的高速工作性能。

基于固-气-液耦合的气垫船水下辐射噪声数值分析

气垫船水下声辐射是复杂的船体结构-气垫-周围水体三类介质声振耦合过程,其声传递特性是气垫船声学分析中的难点。本文以某全垫升气垫船为研究对象,结合声固耦合有限元法与解析法,探究气垫船水下辐射噪声传递特性。通过建立固-气-液声固耦合有限元模型,计算机械激励与垫升风机声激励,并以试验固有频率修正数值模型;通过声透射解析公式计算空气螺旋桨、燃气轮机等设备声激励辐射的水下噪声。采用距离左、右舷1 m处线上各点的总声压级作为评价指标。结果表明:气垫船水下辐射噪声为宽带噪声;有限元法计算的水下辐射噪声在低频时集中分布于气垫-周围水体耦合面附近,随着频率的升高,水下噪声增大并逐渐呈不规则干涉状分布;空气螺旋桨等声激励直接辐射水下噪声主要为近场低频噪声,在设备声激励辐射范围内声压平均占比约为40%。本文揭示的水下辐射噪声传递特性对气垫船减振降噪具有重要指导意义。

月面手动插旗过程的离散元-有限元耦合分析

在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化设计以提高其稳固性;最后,提出三种不同的插旗方式并讨论不同插旗方式下旗杆的动力特性.研究结果表明,离散元G有限元耦合算法对月面插旗过程的模拟是有效的;底部尖锐度及稳定支架开叉角度的合理设计有利于增大旗杆的入壤深度和旗杆的稳固性;增大直接插入法中轴向力、提高敲击插入法中敲击力和敲击频率均可以增加旗杆的入壤深度;旋转插入法中旋转速度和旋转频率对插入过程影响较小.以上研究可为月面手动插旗提供有效的方案和理论参考.

基于ANSYS的电力耐张线夹监测装置热-结构耦合有限元分析

耐张线夹是架空输电线路的重要组成部件之一,其损坏导致电力系统安全运行成本的增加,因此需要大量相关监测装置。设计了一款耐张线夹监测装置,用于耐张线夹运行状况的监测。利用ANSYS对装置进行环境载荷下的热-结构耦合的有限元分析,记录监测装置在不同安装接触情况下各部位的应力和变形,所得结果表明面接触安装方式优于点接触和线接触。选取面接触安装方式与NY400型耐张线夹三维模型完成装配,进行引流板接触位置180℃情况下的瞬态热有限元分析,获取监测装置对引流板接触位置温度变化的响应情况。

液-固耦合的熔铸装药颗粒运动特性

为了研究熔铸装药凝固过程中颗粒运动特性,以含铝的DNAN基混合炸药为对象,基于欧拉-拉格朗日方法建立了三维非稳态液-固两相流模型,分析了铝粉颗粒在熔融态炸药中的运动规律,研究了熔融态炸药表观黏度和铝粉颗粒大小对颗粒运动的影响。结果表明,凝固过程初期铝粉颗粒整体保持向下运动趋势,随着熔融态炸药内部形成温度梯度以及环流的产生,在受冷凝固区域会形成中部颗粒上浮、四周颗粒下沉的运动现象,而在未受冷区域会形成中部颗粒下沉、四周颗粒向上的运动现象,最终导致颗粒分布不均,影响成型炸药的组分均匀性;同时发现铝粉颗粒直径越大,熔融态炸药表观黏度对颗粒运动速度影响越大,随着颗粒变小,表观黏度的影响减弱。说明对于含铝DNAN基炸药,根据炸药黏度范围合理匹配铝粉颗粒大小会有效防止发生铝粉颗粒沉降现象。

基于流-热-固耦合分析的数值模拟及结构优化

为解决等径T型管路应力过大问题,提出一种基于流-热-固耦合分析方法的优化方法对等径T型管结构进行优化。首先,基于流、固力学理论建立T型管多场耦合的数学模型和物理模型,对T型管内流体的速度温度变化情况和管路的等效应力的分布情况进行仿真模拟,在仿真结果的基础上对管路进行结构优化。仿真结果表明:冷热流体的压力差会导致流体产生逆流现象,从而导致管路的上游区等效应力值增大。等径T型管的最大等效应力值出现在主支管交汇的下游内壁面处。优化后管路内壁面最大等效应力值下降约14%,可以有效地延长管路的使用寿命。该方法对提高气体管路设计的可靠性具有一定的实践意义。

固体-液固两相饱和介质耦合动力有限元分析

基于固体介质和液固两相饱和介质动力学方程,采用有限元方法模拟脉冲荷载作用下介质耦合对结构动力响应的影响,并采用黏弹性人工边界模拟地震波的远域能量逸散效应。计算结果表明:介质耦合对地震波的传播有一定的影响;黏弹性人工边界可以削弱地震波在固定边界处产生的反射现象,较固定边界计算结果更符合实际情况。

行程敏感式液阻减振器动力学特性的三维流-固耦合有限元仿真分析

建立了缸壁槽形行程敏感式减振器较精细的三维流-固耦合动力学仿真分析模型,利用基于ALE流-固耦合、滑移网格流-流耦合的同步化迭代流-固耦合计算方法及动网格控制方法求解减振器内部的稳态及瞬态流-固耦合动力学响应,进行了部分实验验证。量化分析了缸壁槽形行程敏感式减振器的高速阻尼特性、冲击阻尼特性和活塞偏置、缸壁槽通流面积及结构变化对阻尼特性的影响,结果表明:活塞沿压缩行程方向偏置后的阻尼特性是有利的,而沿伸张行程方向偏置的状态是不利的;缸壁槽的附加泄流作用可削减减振器在地面冲击激励下阻尼力的瞬间冲击峰值;多缸壁槽形行程敏感式减振器的阻尼特性表现出单条缸壁槽作用结果的叠加效应;缸壁槽对阻尼力的减弱比例随活塞速度幅值的减小而增大;缸壁槽在高速工况下被开启及关闭的瞬态过程中伴随有阻尼力波动现象,可通过适当延长缸壁槽端部收缩段加以改善。这些分析结论对于此类液阻减振器的变阻尼特性匹配设计具有重要的价值。

基于声学灵敏度的汽车噪声声-固耦合有限元分析

车身结构声辐射的预测对于噪声的控制和降低有着重要的意义。首先推导了声—固耦合有限元的控制方程,并得到模态参与因子和板块声学贡献量的计算方法;然后以某商务车为研究对象,应用虚拟试验场技术,建立声—固耦合有限元模型,包括车身与汽车室内空腔的有限元模型;选择车身与底盘的连接点作为声学灵敏度分析的激励点,采用声—固耦合有限元法,计算得到各悬置点至驾驶员耳旁的声学灵敏度;从声学灵敏度分析结果中发现,车身模态在共振峰70、138、200Hz处均存在较大的峰值;研究这三个峰值的频率点及其结构,并计算结构模态和声学模态参与因子以及车身板块的声学贡献量,最终得出对车内声学响应影响最大的板块和结构模态。

液-固挤压复合材料管材成形过程中温度场的有限元分析

建立了液-固挤压复合材料管材成形过程的非稳态温度场的有限元数学模型,开发了相应的模拟软件．对复合材料管材成形过程的温度场进行了模拟研究,得到了成形全过程的温度场分布图,依据该图可以预测管材成形质量,结合实验分析了影响管材成形质量的内在原因,模拟结果与实验结果吻合较好,为深入了解金属的流动规律和合理选择工艺参数奠定了理论基础。

基于液固耦合有限元分析的驾驶室液压悬置结构参数

通过材料试验确定了所研究驾驶室液压悬置橡胶材料的本构模型。分别建立了液压悬置的固体模型和液体模型,将其导入有限元分析软件中建立了液固耦合模型。利用准静态分析方法计算了液压悬置的静刚度,并与试验数据进行了比较。在动刚度分析中,液体流动参数采用K-Epsilon RNG紊流模型,计算了液压悬置的动刚度和相位角,并与试验数据比较。经过试验验证,表明所建立的驾驶室悬置液固耦合有限元模型是正确的。利用所建立的有限元模型分析了悬置主要结构参数对其动特性的影响。

液-管耦合空间管路系统振动噪声的有限元分析方法

以包含设备和辅件在内、可具有分支结构的实际管路系统为研究对象,考虑内部流体介质和管路结构的相互作用,建立了液-管耦合振动噪声动力学分析的一体化有限元模型。给出了管路系统有限元模型的理论基础和典型有限元刚度矩阵单元的解析表达式,以及将管路隔振和消声器件阻抗试验数据引入有限元分析的转换方法。通过较为复杂的算例,分别对消声压力筒和管路挠性元件的噪声、振动衰减作用进行了研究。

液体输送管道固液耦合振动的有限元分析

针对在工程中常见的液体输送管道 ,根据Hamilton原理 ,使用有限元法推导了管道的固液耦合振动方程。通过求解振动方程组的特征值得到管道的固有频率及临界流速 ,并讨论了液体的流速、压力变化对管道固有频率的影响。计算结果表明 ,管道的固有频率随流速的增大而降低 ,当流速等于或大于临界流速时 ,管道将发生静力失稳。

基于液—固耦合有限元仿真的液阻悬置集总参数模型动特性分析

探讨应用非线性固体有限元和液—固耦合非线性有限元仿真方法预测与识别液阻悬置集总参数模型的主要参数 (如上液室的体积刚度和等效活塞面积、惯性通道中的液体和解耦板及其附连液体的惯性系数与流量阻尼系数等 )的分析方法。在此基础上 ,利用集总参数分析模型对一种轿车用液阻悬置的动特性进行计算分析。数值预测结果与实测结果或近似解析计算结果的对比分析表明 ,基于液—固耦合有限元仿真方法的液阻悬置集总参数模型动特性分析技术是可行、有效的 ,其预测结果精度特性满足工程要求。应用这种方法 ,可以在液阻悬置的设计开发阶段较精确地预测产品的性能和进行优化设计 ,有利于提高产品设计质量。

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。

流-固耦合问题的ALE有限元分析

基于任意Lagrange-Euler描述(ALE),建立了分析流-固耦合问题的预报-更正算法。采用ALE描述下的Galerkin/最小二乘有限元法,完成了对具有运动边界的不可压缩粘性流的数值模拟;并提出基于更新Lagrange列式的伪弹性体法来计算网格运动;通过在耦合界面上对流体和固体分别施加Dirichlet和Neumann边界条件,建立了流-固耦合关系,并数值模拟了流道中与流速垂直的悬臂梁的流-固耦合过程,数值算例的结果验证了本文方法的有效性。

考虑固体域几何非线性的固液耦合系统瞬态有限元分析

本文基于理想可压缩流体压力传输方程及增量型ＴｏｔａＩＬａｇｒａｎｇｉａｎ列式，建立了考虑固体域几何非线性的固液耦合系统有限元方程，并开展了非线性分析工作。本文的方法可用于流体域远大于固体域，从而可仅仅研究固体域非线性响应的情况。由于流体域每个节点仅有一个未知量（压力），故流体域的计算规模得以大大减缩。同时，因为本文方法仅需对固体域进行非线性分析，故显著地简化了固液耦合非线性问题的求解工作。本文的方法亦可用于三维分析。

孔隙气压对核废物地质处置热-流-固耦合影响的有限元分析

为考察孔隙气体压力对高放废物地质处置中的热-流-固耦合过程的影响,借用Leiws等建立的可变形孔隙介质中非等温空气流和水流模型,在其水连续性方程中加入了温度梯度引起的水分扩散项,研制出相应的热-水-气-应力耦合弹塑性二维有限元程序。针对一个假定的高放废物地质处置库模型,在相同的初始温度、孔隙水压力和岩体应力条件下,取3种缓冲层中的初始孔隙气体压力,通过数值模拟考察了处置库近场的主应力、饱和度、气和水的流速、温度和孔隙压力的分布与变化。结果显示,当缓冲层中的初始孔隙气压力较高时,其对围岩中应力影响较大。

基于CEL法的故障齿轮热流固耦合有限元分析

为探究风电机组传动系统中齿轮不同故障热流固耦合下应力演化规律,利用ABAQUS软件,采用CEL有限元法对啮合齿轮进行数值模拟。研究了温度场对齿轮啮合最大接触应力的影响以及热流固耦合下不同损坏程度齿轮在齿宽、齿厚方向最大接触应力值的演化规律。结果表明:引入温度场后不同阶段啮合齿轮的最大接触应力分别增长了20.63%,41.28%,6.13%,说明热力场的介入对应力结果有重要影响;点蚀孔边缘接触应力明显大于正常部位且会扩展,损坏程度越大接触应力值越大;断齿故障在断裂位置接触应力会激增,并且越靠近断裂端接触应力越大且断裂深度越大,最大接触应力也越大;在不同断齿工况下,沿齿厚方向的应力变化趋势一致,断裂程度与齿厚方向上整体应力值呈正相关。CEL有限元法适用于齿轮热流固耦合分析,可以较好地模拟故障齿轮运行状态,为齿轮模拟仿真提供借鉴与指导。