铁道车辆焊接结构疲劳强度网格灵敏度与可视化研究

铁道车辆承载结构在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,在满足结构功能性要求的前期下,实现承载结构的轻量化设计具有极高的难度。以某铁道车辆转向架构架为研究对象,选取构架疲劳失效的典型部位,分别采用8节点六面体实体单元和10节点四面体实体单元对构架对称区域进行网格划分;基于UIC 615-4、EN 13749、TB/T 2368—2005标准和车辆的实际运行条件,确定构架疲劳强度的计算载荷和载荷工况;根据欧盟关于铁道车辆的标准(ORE B12/RP17)给出的多轴应力转化为单轴应力的方法,分析其疲劳强度;采用C#与Fortran混合编程技术,直接对ANSYS的二进制结果文件进行操作,实现构架疲劳强度分析结果的可视化。分析结果表明:对于薄板焊接结构,在焊缝区域,采用四面体实体单元进行网格划分的节点最大材料利用度是对应节点采用六面体实体单元结果的1.8倍左右。直接对ANSYS的二进制结果文件进行操作,能够显著提高结构疲劳强度分析效率,同时实现疲劳强度分析结果的最大应力、最小应力、平均应力、应力幅、安全系数和材料利用度的可视化,提高了疲劳分析结果的可视性。

渡船螺旋桨水动力性能的数值预报

采用计算流体力学(CFD)方法对某渡船螺旋桨的水动力性能进行数值预报。先用DTMB P5168桨验证数值模型和方法的准确性与可信性,数值计算其推力系数、力矩系数和敞水效率。整个计算域网格划分均采用全六面体形式,分别采用三种湍流模型进行计算。计算结果与实验的比较表明,SST模型和雷诺应力模型有近乎相同的计算精度,但SST模型的计算速度更快;推力系数误差最大5.8%,力矩系数误差最大为1.7%,敞水效率误差最大为4.3%。然后,将此方法运用到渡船螺旋桨,通过对渡船螺旋桨的网格灵敏度、尺度作用以及相关的流场分析,证明该方法能实现对螺旋桨敞水粘性流场的模拟,以及其敞水性能的预报。