涡轮动叶肋条布局的凹槽状叶顶气膜冷却效率和气热性能研究

针对涡轮动叶凹槽状叶顶近压力侧气膜冷却设计的结构,设计了2条全肋条、1条全肋条和1条压力侧尾缘半肋条与1条吸力侧尾缘半肋条的3种凹槽状叶顶肋条布局设计。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和标准k-ω湍流模型研究了肋条布局的凹槽状叶顶气膜冷却效率和气热性能,研究了4种吹风比下2条全肋条布局的凹槽状叶顶的传热冷却性能。在吹风比为1.0时,对比分析了典型凹槽状叶顶和3种肋条布局凹槽状叶顶的气动传热特性和气膜冷却效率。结果表明:数值预测的叶顶传热系数分布与实验测量结果吻合良好,验证了数值方法的可靠性;吹风比1.0时,全肋条凹槽状叶顶具有最高的平均气膜冷却效率;全肋条布局凹槽状叶顶具有最高的平均气膜冷却效率;相比于典型凹槽状叶顶,全肋条布局凹槽状叶顶能够使气膜冷却效率提高2.2%;压力侧半肋条布局的凹槽状叶顶具有最低的平均传热系数和总压损失系数;肋条布局通过调控叶顶涡系与冷气的迁移路径而显著改变了凹槽状叶顶的流场结构,进而影响气热性能和气膜冷却效率;全肋条布局的动叶凹槽状叶顶具有最佳的综合气热性能和气膜冷却效率。

选煤振动弛张筛侧板加强筋布局优化设计研究

基于有限元法和拓扑优化法对CZS2560型振动弛张筛侧板结构加强筋的布置形式开展优化设计。简要介绍了振动弛张筛,通过有限元分析发现原侧板结构加强筋的布局不科学,导致局部位置出现了损伤和疲劳集中现象,不利于结构运行稳定性。根据拓扑优化结果重新设置加强筋,显著改善了侧板结构的静力学性能和损伤疲劳性能。将新的侧板结构应用到工程实践中,经过9个月的应用发现其效果良好。侧板结构的使用寿命由原来的6.2年延长至10年以上,为企业创造了很好的经济效益。

民机中央翼桁架肋结构布置优化设计

在民用飞机中央翼的轻量化设计过程中,可以采用桁架肋代替传统的腹板肋,但目前中央翼桁架肋结构的研究缺乏定量分析,如何合理地布置桁架肋内部的连杆结构已经成为重要的工程问题。为获得最优结构效率的桁架肋构型,本文提出了十种相同直径的桁架肋连杆结构布置构型,运用HyperSizer建立优化模型,以结构质量最小为优化目标,以桁架肋连杆数量与连杆连接方式为设计变量,通过不同构型方案的内力分布和结构效率对比研究获得桁架肋的影响规律。结果表明:当桁架肋连杆数量低于九根时,桁架肋重量与壁板重量趋近于收敛,减重可达16.1%;当桁架肋与前梁腹板采用连接方案时,桁架肋可分担前梁腹板所承受的载荷,降低了前梁重量,并提高了中央翼的整体结构效率。

大倾角软煤大采高综采工作面伪斜布置

大倾角软煤大采高综采工作面合理布置形式对保障矿井安全高效生产至关重要。以新疆焦煤集团2130煤矿25221工作面为工程背景,分析了大倾角软煤大采高综采工作面伪仰斜布置与伪俯斜布置的特点。通过力学分析结合数值模拟,着重研究了伪仰斜工作面煤壁片帮加剧的机理及伪俯斜布置抑制煤壁片帮的优越性。指出大倾角软煤大采高综采工作面伪俯斜布置须采用与之相适应的异型液压支架支护顶板。

大口径SiC反射镜背部筋板布局设计研究

背部筋板布局在大口径反射镜轻量化设计中占有重要地位。在工程上,反射镜构型只能从有限的种类和数量中选取。为了进一步提高优化效率,文章对大口径SiC反射镜背部拓扑构型的分类方法进行了研究,提出了三角形筋板构型分类方法。文章按照分类进行了实例设计和计算,结果说明这种分类对大口径SiC反射镜背部筋板的布局设计有很好的指导作用。

基于拓扑优化技术的钻床底座加强肋的布局研究

运用相对密度法,以最大位移和模态频率为约束,并添加工艺约束,对钻床的底座进行拓扑优化;根据拓扑优化的结果进行加强肋的布局,并对优化结果进行静力、模态、谐响应分析,以验证优化结果。

机床基础件动态特性影响因素的研究及应用

对某加工中心的床身、立柱基础件进行建模,采用弹簧-阻尼单元法对连接的结合面进行处理,完成基础件的动态特性分析。根据得到的前6阶模态的振型及频率数值,找出结构设计中的薄弱环节,并提出改进意见。改变筋板单元孔孔径大小、布局密度、单元孔形状,分析不同筋板结构型式的床身、立柱的性能,获得影响基础件动态特性的参数变化规律,得出选择合适孔径数据、增加筋板布局密度,能有效提高基础件动态性能。所得结论具有工程应用推广价值,同时为机床基础件结构改进、设计优化提供理论依据。

埋藏式月牙肋岔管结构特性研究

某抽水蓄能电站采用埋藏式月牙肋岔管,岔管HD值3500m2,且围岩条件较差。采用作者自行开发的月牙肋岔管体形设计程序(CrbpCAD)和商用ANSYS软件,考虑岔管与围岩联合承载,采用三维有限元方法讨论了岔管布置形式、分岔角、围岩单位弹性抗力系数、缝隙值、主管直径等因素对岔管结构设计的影响。研究认为,对称布置、较大的分岔角、减小管径对岔管结构有利,围岩条件越好、缝隙值越小对围岩与岔管联合承载越有利,然而分岔角增大、管径减小会增大能量损失,应通过经济技术比较确定合适的分岔角和管径。

现代民用飞机翼肋布置

翼肋布置对翼盒设计至关重要。本文主要介绍翼肋的常见布置形式、布置原则并重点阐述翼肋布置时需考虑的协调因素。

高速铁路钢箱叠合拱桥结构设计参数影响性研究

为了解结构设计参数对高速铁路钢箱叠合拱桥结构力学特性的影响,进而指导结构设计,以哈大高速铁路新开河桥(拱肋由上、下拱肋构成的新型桥梁)为工程背景,分析矢跨比、拱肋内倾角、横撑布置方式、吊杆布置形式、拱肋系梁刚度比等设计参数对该结构体系力学特性的影响。分析结果表明:矢跨比对拱脚内力影响较大,取值为1/5左右时较合理;拱肋内倾角对结构稳定与侧弯基频的影响较显著;横撑的数量、间距、刚度与布置方案对结构稳定性有显著影响,加强肋间横撑的横向或竖向连接均能有效地提高结构的稳定性;刚性吊杆的结构稳定性最好,柔性吊杆布置形式对结构竖弯基频与扭转基频影响较大;拱肋系梁刚度比对内力分布影响显著。

大跨度拉索预应力带肋单层球面网壳的稳定性及应用研究

大跨度预应力带肋单层球面网壳结构的稳定性在设计中起着控制作用,尤其是各种因素(例如矢跨比、布索方式、缺陷及加载方式等)对该结构稳定性的影响还有待深入研究,目前研究多集中在中小跨度的带肋网壳结构动力或稳定性方面。该文对K6型和K8型110m拉索预应力带肋单层球面网壳的稳定性进行了较系统研究。分析了四种不同矢跨比、两种布索方案、四种初始缺陷和三种加载方式等因素对稳定性的影响;得到了不同因素对结构稳定性影响的关系曲线,找出了最优布索方案和矢跨比,并与天津市体育中心体育馆进行结构性能和耗钢量比较,结果表明:该结构形式能充分发挥材料性能,提高了极限承载力,与原结构相比节省了25.7%的钢材,经济效益显著,对于将来工程实践具有参考和指导意义。

高速精密轧辊磨头箱体的拓扑优化

高速精密轧辊磨头箱体是磨头的重要支撑部件,其结构刚度对保持内部各零件位置精度具有重要作用。为了提升磨头整体的抗振性能,采用拓扑优化的方法,对磨头箱体结构进行轻量化设计,并研究了不同筋板布局对其固有频率和刚度的影响。结果表明:拓扑优化方法可在保证磨头箱体静力学特性的前提下,尽可能减轻其质量;六种不同的筋板布局中,“米”字型筋板布局对提升箱体固有频率和刚度效果最为显著;拓扑优化方法调整了箱体的质量布局,有效提升了其动态性能。

肋条布局对涡轮动叶凹槽状叶顶传热和气动性能的影响研究

为提高凹槽状叶顶气热性能,探究肋条布局对凹槽状叶顶间隙腔室内旋涡的调控作用和降低传热系数与气动损失的作用机制,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω湍流模型的方法研究了肋条布局对涡轮动叶凹槽状叶顶传热和气动性能的影响。基于GE-E^3涡轮级动叶凹槽状叶顶结构,在叶顶凹槽腔室内沿中弧线等间距设计了全肋条布局、吸力侧半肋条布局、压力侧半肋条结构和凹槽尾缘半肋条结构共4种肋条布局。数值模拟动叶叶顶传热系数分布与实验数据对比,验证了所采用的数值方法和湍流模型的有效性。结果表明:凹槽尾缘半肋条布局的叶顶平均传热系数比凹槽状叶顶结构、全肋条布局、吸力侧半肋条和压力侧半肋条布局分别低了11.3%,3.1%,11.3%和2.8%;压力侧半肋条布局与凹槽尾缘半肋条布局的动叶出口截面总压损失系数相近,比凹槽状叶顶结构、全肋条布局和吸力侧半肋条布局分别减小了1.4%,2.7%和4.0%。肋条布局能够有效降低凹槽状叶顶间隙腔室内的旋涡强度,减少叶片的气动损失;同时上游凹槽腔室强度较弱的旋涡通过凹槽尾缘半肋条布局进入下游凹槽腔室,降低了尾缘区域的传热系数。凹槽尾缘半肋条布局的动叶叶顶具有最佳的气热性能。

板式塔盘降液板加强筋优化设计研究

基于板式塔主要支撑结构的降液板对整个塔内结构件静、动态性能的关键作用,针对降液板的类型与多个载荷受力,建立板式塔盘降压板在操作工况下的有限元模型并对其结构强度进行分析,提出采用增加加强筋提高降液板顶板整体刚度的方法。采用拓扑优化方法对降液板加强筋的分布位置和数量进行讨论,并比较加强筋板厚度和高度对降液板顶板刚度的影响。

基于筋板布局的立柱结构优化设计

立柱作为数控立式车床的关键部件,承受来自切削力等各种载荷作用,对机床加工精度、工作稳定性都着较大影响。以立柱内部结构设计为研究对象,提取多种不同筋板布局单元结构,并运用ANSYS Workbench有限元分析软件进行分析计算,找出最优筋板布局型式,从而改进立柱结构,数据显示优化后的立柱结构动力学性能得到提高,间接提高了机床加工精度和稳定性。

京沪高速铁路无梁板桥斜交影响分析

结合京沪高速铁路桥梁的设计实践 ,对斜交无梁板桥进行计算分析 ,并与正交板桥进行比较 。

ZKB型直线振动筛侧板加强肋的优化设计

为了优化直线振动筛侧板的综合性能,对振动筛侧板加强肋的结构进行优化设计,对比了多种加强肋位置布局形态,使振动筛侧板的寿命增加。以ZKB直线振动筛的侧板为例,设计了多种侧板加强肋的形态,并利用ANSYS软件进行有限元仿真分析,对其加强肋的布局进行优化,对比前后优化的结果,可得到一种新型的加强肋结构,优化后的工作频率较其结构固有频率有一定的提升,说明该加强肋布局能有效提升侧板的使用寿命。

龙门磨床的横梁设计研究

龙门机床横梁是机床的重要组成部分之一,横梁上的导轨与横梁一般均采用一体化铸造成型。横梁的变形对横梁导轨的精度有较大影响。不同的横梁筋板布局形式影响横梁的变形也不尽相同,设计过程中合理布置横梁筋板能够很好的减小横梁的挠曲变形,从而保证机床的加工精度。用有限元分析方法对横梁进行了分析,对筋板布局进行优化验证。

电火花线切割机床工作台筋板结构优化设计

为提高电火花线切割机床的静动态性能,提出一种工作台筋板结构优化设计方法。在工作台底部设计不同形状和不同密度筋板,对相同密度不同形状筋板的工作台进行比较,得出静动态性能最优的筋板形状;从不同密度相同形状筋板的工作台中比较,得到适合的筋板密度。用切掉的部分体积转换成设计筋板体积,求解形状和密度最优的筋板,且进一步求解合适筋板高度。在以上基础上,进行筋板尺寸优化设计,实现工作台轻量化。研究结果表明:提出的筋板结构优化设计方法可行,所设计的井字形状筋板工作台静动态性能相对最优,优化后工作台的质量比原工作台减少2.28%,最大总变形量减少3.00%,最大等效应力减少5.28%,第一阶固有频率提高4.99%。

高精度加工中心床身结构拓扑优化研究与实践

采用变密度法对某叶片加工中心的床身进行拓扑优化分析,得到床身结构的拓扑优化变密度云图,用静刚度分析结果将床身结构分为主功能区和辅助功能区;分析比较了不同筋板布局形式和厚度的床身动态特性。将拓扑优化与动态性能分析相结合,分别改进两个功能区的筋板布局来提升床身整体性能。在原有床身质量不变情况下,静刚度提高25%,第一阶固有频率提高13%。这种结构设计方法,具有工程应用价值。该研究结果对提升机床基础件刚度及稳定性提供理论支撑,对数控机床大型基础件结构优化具有借鉴意义。