基于致动线/BPM模型结合的风力机气动噪声研究

结合致动线模型和BPM半经验模型为声学扰动方程提供声源,计算NREL5MWRef风力机的声场传播。为提高效率采用声场与流场混合求解方法,对声场基于带有声源项的声学扰动方程进行微分计算,模拟点声源扩散并与声学理论对比,验证模型及方法的正确性。基于致动线模型进行风力机流场及声场的模拟计算,该模型建模与网格划分简单,并通过在声学扰动方程中添加基于BPM半经验模型的翼型自噪声源,来弥补致动线模型缺失翼型自噪声声源的不足。结果表明,结合致动线模型和BPM半经验模型,基于声学扰动方程计算风力机声场的方法正确、高效。

基于颗粒离散元模型的花岗岩压缩试验模拟研究

基于颗粒流理论,以黄岛国家石油储备库地下洞库的花岗岩室内试验测试为背景,借助PFC2D(particle flow code)的黏结颗粒模型(bonded particle model,BPM)建立双轴压缩模型。以花岗岩室内试验的宏观力学参数和破坏形态为参照,通过"试错法"得出黏结颗粒模型相对应的细观物理力学性质参数。模拟试验的弹性模量、泊松比与室内试验值吻合较好,BPM模型由于选用圆形颗粒导致黏聚力和内摩擦角与室内试验值相比有一定偏差。模拟试验与室内试验的试件破坏形态均以单斜面剪切破坏为主。采用校准的细观物理力学性质参数,应用BPM模型再现花岗岩压缩试验全过程,深入分析微裂纹萌生演化及能量变化规律。研究表明,压缩过程中岩石试件内裂纹扩展主要经历平稳发展-急剧增加-平稳发展3个阶段;变形过程中,花岗岩试件边界能、应变能、黏结能、摩擦能及动能在各个阶段的变化很好地解释花岗岩受力破坏的细观力学机制。

对辊式破碎机岩石破碎特性研究

针对岩石破碎过程的复杂性和传统BPM模型对其仿真的局限性问题,提出一种通过EDEM-API二次开发所建立的改进的BPM模型(颗粒二次替换),从而优化仿真效果的一种改进方法。将对辊破碎机模型分别导入Recurdyn与EDEM中,分别使用传统与改进的BPM模型对物料破碎过程进行仿真模拟。通过试验,分析在辊隙1 mm、频率50 Hz的条件下,入料粒度分别为8~10、10~12、12~14、14~16 mm区间各1 kg矿石颗粒破碎后的粒级分布规律,利用MATLAB将仿真与试验所得碎后粒级进行统计。结果表明,在辊缝和电机频率一定的条件下,不同粒度的物料破碎后粒级质量分布差异较小,优化后模型碎后质量分布仿真与实际结果误差值E,相比优化前降低了3.391,辊子位移量分别为-0.08~0.06、-1.2~0.8 mm,优化后模型仿真效果更好。

胶结砂土力学特性的三维离散元简化分析

离散单元法(DEM)是一种基于非连续介质力学的数值模拟方法,能够有效地分析胶结颗粒材料的宏微观力学响应。本文通过三维离散元商业软件PFC3D,采用其自带微观胶结接触模型BPM,对不同胶结含量和不同围压下的胶结砂土进行常规三轴压缩试验模拟,以分析理想胶结砂土的宏微观力学特性。简化模拟结果表明:与同一初始孔隙比的无胶结试样相比,胶结试样具有更高的剪切强度,试验得到的应力应变曲线表现出明显的应变软化,体变曲线表现为剪胀性;随着胶结含量的增大,胶结砂土试样的峰值强度增大且软化、剪胀程度提高;而随着围压的增大,胶结砂土试样峰值强度增大、剪胀程度减小但软化程度不变。此外,试样的内摩擦角和黏聚力也受到胶结含量和围压的影响。

风力机叶片外形降噪多目标优化设计

针对风力机叶片的气动噪声问题,耦合风力机叶素动量理论与翼型气动噪声BPM模型,计算了某3 MW风力机叶片的气动噪声;同时,采用NSGA-II算法,以叶片的弦长和扭角分布变化为优化变量,将风力机年发电量最大、叶片气动噪声声压级最小作为优化目标,对该风力机叶片进行了低噪声外形优化设计。结果显示:BPM模型计算结果与实验测量值吻合较好;风力机年发电量和叶片气动噪声两优化目标之间存在相互制约的关系,当风力机年发电量增大时,叶片的气动噪声也会随之上升;通过该次优化设计,得到了满足年发电量不下降的情况下气动噪声降低2.84 dB(0.41dBA)的新叶片和气动噪声不上升且年发电量增加534.51 MWh的新叶片。

风力发电机组噪声模式的优化设计

以风力发电机组噪声模式为研究对象,耦合基于经验的风力发电机组叶片噪声BPM模型和叶素动量理论,综合考虑噪声辐射和发电量,以风力发电机组噪声声功率级为约束条件,发电量最大化为优化目标,提出大型风力发电机组的噪声模式多学科优化设计方法。基于该方法设计WD115-2000机型的噪声模式,结果表明,风力发电机组噪声声功率级降低1.3~4.8 dB,年发电量损失1%~7%,较传统的降转速方案提升年发电量1.2~2.2%。

具有仿生特征的球磨机提升条耐磨性数值模拟

球磨机是磨矿领域重要的设备之一,为了延长球磨机衬板上提升条的使用寿命,以提升条的磨损失效为研究对象,建立了比例缩小后的球磨机物理模型;在现有衬板结构参数的基础上,依托仿生耦合理论和磨粒磨损相关理论,根据提取到的生物耐磨特征的尺寸参数和比例关系,分别建立了加装不同形态非光滑特征提升条的物理模型和现有的提升条物理模型;利用EDEM离散元分析软件及其自带的BPM粘接模型,在不同的非光滑单元条件下衬板上受到的累积力和累积能量来分析装有不同表面特征的提升条的耐磨性;通过统计加装不同表面特征提升条的球磨机物理模型在仿真中BPM粘接键的断裂数目来评价不同提升条表面结构对矿石破碎效果的影响。仿真中,矿石颗粒的粘结键断裂数目较无非光滑特征的提升条提高了6.4%,其对磨损性能影响较大的切向累积力和累积能量分别较无非光滑特征的提升条减少了59.5%和32%。

汽车磁流变碰撞缓冲器的优化设计与分析

为改进汽车碰撞安全性能,提出一种基于磁流变技术的新型汽车智能碰撞缓冲器的设计方案。针对现有磁流变缓冲器高速环境工作中存在设计理论不足的问题,提出以宾汉塑性非线性流体修正模型为理论基础,将优化目标转化为响应时间、最大阻尼力和阻尼力的动态范围三个指标的加权和,运用遗传算法对所设计的磁流变缓冲器结构参数进行优化的方法。优化结果表明,所提出的设计和优化方法使磁流变缓冲器具有更好的磁路结构,更短的响应时间。