露顶式弧形闸门闸坝一体化静动力学研究

针对现有露顶式弧形闸门静动力学分析存在一定简化的问题,应用ANSYS有限元软件对比分析了闸门单体和闸坝一体化的静动力学特性。以某水电站溢流表孔弧形闸门瞬启工况为例,建立了考虑止水摩阻、支铰体系和预应力锚索的闸坝一体化有限元模型。研究结果发现:在静力学方面,两侧止水对闸门各钢结构构件应力影响不大,最大差值为14.08%;闸坝一体化得出的固定支铰应力分布较闸门单体更为合理;锚块对闸门结构整体位移结果影响较大,闸门单体整体位移<不考虑锚索预应力的闸坝一体化整体位移<考虑锚索预应力的整体位移。在动力学方面,考虑流固耦合效应下止水降低了闸门结构的各阶频率;预应力锚索对闸坝一体化动力特性影响较小。

Experimental and analytical studies on the vibration serviceability of long-span prestressed concrete floor

An extensive experimental and theoretical research study was undertaken to study the vibration serviceability of a long-span prestressed concrete floor system to be used in the lounge of a major airport.Specifically,jumping impact tests were carried out to obtain the floor’s modal parameters,followed by an analysis of the distribution of peak accelerations.Running tests were also performed to capture the acceleration responses.The prestressed concrete floor was found to have a low fundamental natural frequency（≈8.86 Hz）corresponding to the average modal damping ratio of≈2.17%.A coefficients plate with simply-supported edges.The calculated analytical results（natural frequencies and root-mean-square acceleration）agree well with the experimental ones.The analytical approach is thus validated.

考虑混凝土凝结作用的衬砌台车动态特性析

为了提高衬砌台车在混凝土振捣施工过程中的可靠性,对衬砌台车施工过程的振动特性展开研究。建立衬砌台车的受载模型,结合混凝土凝结作用的影响,分析不同浇筑高度下的衬砌台车最大应力;在得到预应力状态的基础上,利用模态分析研究不同浇筑高度下衬砌台车的前6阶固有频率和振型,并探究模板厚度对不同浇筑阶段衬砌台车的振动特性的影响。结果表明:衬砌台车前6阶模态固有频率集中在18Hz~55Hz之间,随着混凝土浇筑高度的增加,各阶固有频率逐渐增加。浇筑高度2m的衬砌台车前3阶模态振型主要以横向变形为主,第4~6接模态振型横向变形的基础上,增加了轴向的弯曲变形;随着浇筑高度的增加,衬砌台车的轴向弯曲变形逐渐减少,到浇筑高度8m时,前6阶模态振型基本以横向变形为主了。随着模板厚度的增加,衬砌台车前3节模态固有频率呈线性减少,模板厚度从12mm增加到20mm时,前3阶模态固有频率大致都减少了1.5Hz。

考虑预应力的鼓式制动器制动鼓模态分析

鼓式制动器被广泛应用于现代汽车的制动系统,其制动可靠性直接反映出汽车制动系统的性能。以支撑销式领从蹄制动器作为模型,对制动鼓的预应力模态进行分析。通过前10阶模态分析可知,此鼓式制动器满足道路试验的800Hz频程范围内的噪声要求,且其500~1000Hz为制动噪声的主要研究范围。

损伤状态下预应力混凝土简支梁的模态挠度和模态刚度试验研究

为快速检测评估不同损伤状态现役混凝土桥梁的承载能力,以某实际高速公路改扩建工程中拆除的16 m跨径预应力混凝土单片简支空心板梁为研究对象,将模态测试技术和静力加卸载试验相结合,探讨实测模态挠度和模态刚度在实际工程中评估现役桥梁承载力的适用性和准确性。设计简支试验梁14个不同损伤程度的静载试验加卸载工况和环境激励模态测试工况,实测简支试验梁的静载挠度和各损伤程度梁体的试验模态参数,预测简支梁在逐级静力荷载下的模态挠度,对比分析不同损伤工况试验梁的荷载-位移曲线切线刚度和模态刚度。结果表明,开裂前试验梁的实测加卸载静挠度与荷载大致成线性关系,开裂后随着梁体损伤程度加重,荷载-位移曲线的线弹性阶段逐渐缩小,非线性阶段逐渐增大,表现出明显的刚度退化趋势。当试验梁处于开裂前较轻损伤状态和开裂后初始加载阶段的较大损伤状态时,实测前两阶振型预测的模态挠度与静载挠度的相对误差基本上不超过10%,模态刚度与静载试验荷载-位移曲线初始刚度的相对误差基本在10%以内,损伤程度低于较大损伤的试验梁模态刚度近似等于梁体的初始切线刚度。开裂前较轻损伤简支梁的模态刚度与设计弯矩切线刚度的相对误差均在10%以内,说明结构实测模态刚度能够比较准确地评价曾经承受4倍设计荷载而较大受损预应力混凝土简支梁的初始刚度状态,也能够准确评价曾经承受2倍设计荷载而较轻损伤未开裂简支梁桥的设计结构刚度。这对实测模态挠度和模态刚度的工程实际应用具有重要的参考指导意义,而且扩展了模态测试在桥梁健康状况技术评价中的应用范围。

基于流固耦合有限元的LNG泵用轴承模态影响研究

对某型LNG泵用轴承进行模态分析,深入研究流固耦合预应力对LNG泵用轴承模态的影响。首先用ANSYS对轴承进行流固耦合仿真分析,构建流固耦合模型并进行流场计算,得到LNG对轴承施加的流固耦合预应力。在此基础上,研究轴承在无预应力作用和受流固耦合预应力作用的振型与模态变化机制,对比分析两种情况下轴承振型及模态的显著差异,进而研究流固耦合预应力对轴承共振的影响。研究表明:流固耦合预应力的存在会导致LNG泵用轴承的形变量增大,模态频率下降,且更接近轴承自身的激振频率。

先导式疏水阀阀芯组件动力特性分析

针对高温高压大排量下先导式蒸汽疏水阀内流体作用下阀芯组件振动强烈的问题,运用顺序耦合法研究了流固耦合和弹簧力预应力作用下先导式疏水阀阀芯组件动力学特性.建立静态与预应力条件的阀芯组件动力学方程,采用ANSYS/Workbench有限元软件,计算阀芯组件的频率和振型;探讨了不同细长比、不同约束方式对阀芯组件模态的影响趋势.结果表明:在预应力作用下,阀芯组件频率与振型的变化不大;阀芯直径越大,其模态频率越大;采用一端固定一端自由约束时其频率最小,两端固定约束时频率最大.

混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析研究

为了研究流体作用力、离心力及重力等载荷对混砂车搅拌叶轮模态的影响,建立了混砂车搅拌系统的三维模型,分别对叶轮的静态模态和预应力模态进行了分析。结果表明:各载荷对混砂车叶轮模态固有频率影响不大,叶轮在两种工况下固有频率变化较小,最大变化率仅为0.61%;在流固耦合作用下叶轮振型的第2阶及第3阶振型最大值有所减小,其他各阶振型最大值无显著增大。

基于流固耦合的错位桨搅拌假塑性流体动力学特性

基于ANSYS Workbench分析平台,采用双向流固耦合计算方法,对错位六弯叶搅拌器(6PBT)和六弯叶搅拌器(6BT)的动力学特征进行了对比分析,根据桨叶与流体之间相互耦合运动特性,探讨了宏观流场的结构和搅拌功耗特性,分析了桨叶的变形和等效应力分布,并对6PBT桨在静态和预应力状态下的模态进行了对比研究。结果表明:同6BT桨相比,6PBT桨叶端部变形量增加了8%,端部应力提高了61%,而根部应力降低了6.7%,应力沿径向呈均匀化分布,这表明错位桨对流体的作用力更大,能够更快地传递能量,同时桨叶强度也得到相应提高;6PBT桨的静模态与预应力模态振型分布一致,在施加预应力后模态频率无明显改变,说明桨叶流场的流固耦合作用和预应力对桨叶模态的影响不大;随转速的增大,6PBT桨的节能效果显现,体现出错位桨的优势。

基于流固耦合的风力机预应力模态分析

以某1.5 MW水平轴风力机风轮为研究对象,考虑风轮旋转气动力和结构的流固耦合效应,运用ANSYS Workbench有限元分析软件,计算出不同风速时风轮旋转气动力与结构流固耦合作用下的压力.将压力作为输入载荷对风轮结构进行静力学分析,进而转换为预应力条件下的模态分析.结果表明:风力机运行时,叶尖处的变形最大,叶片上距离叶根3/4段处和叶根部有明显的应力集中;最大应力在额定风速以前随着风速的增大而增大,额定风速以后变化较小;叶片最大变形量随着风速的增大而增大;旋转效应使得风轮各阶模态所对应的频率增大.

弦支穹顶结构预应力及动力性能理论与实验研究

以跨度 3 5 4m ,矢高 4 6m的天津保税区商务中心弦支穹顶屋盖为例 ,进行了预应力的设定分析。采用ANSYS程序进行了结构的模态分析和地震响应分析 ,得到了弦支穹顶结构体系的动力性能结果 ,并将弦支穹顶的动力性能与相应的单层网壳做了分析比较。对两种激励作用下的弦支穹顶实物进行了频率动力性能的实验研究 。

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。

一体化转子系统动力分析的预应力模态综合法

针对盘片轴一体化转子系统的大规模网格问题,提出用于该类结构动力分析的预应力模态综合法.对前两级整体叶盘进行静、动频分析,给出了影响一体化结构动力分析精度的模态截断数的选取原则,同时验证了本文方法的准确性.计算了盘片轴一体化转子系统的静、动频,给出了旋转作用对该系统模态的影响.比较整体叶盘与一体化转子的模态结果发现,引入转轴的作用使叶片振型对应的动频降低,且一体化转子振型中存在叶片、轮盘及转轴之间的耦合振型,这阐释了利用预应力模态综合法进行大规模网格盘片轴一体化结构动力分析的重要性.

螺旋槽型干气密封系统轴向振动影响因素研究

针对干气密封中气膜厚度稳定性的要求以及多级调控操作条件易导致失效的问题,进行基于Workbench的螺旋槽型干气密封系统的动力学特性分析研究。建立一种浮动环(静环)的轴向振动模型,并推导其轴向振动幅值表达式;运用Workbench对浮动环系统进行工况条件下的预应力模态分析和谐响应分析,将模拟仿真与理论推导结果做对比,分析总结得出同一参数不同数值条件下浮动环轴向振动幅值的变化趋势,以及影响浮动环轴向振动幅值的主要因素和次要因素。该方法不仅能够灵活地获得不同条件下浮动环的振幅值,并且从激振频率与固有频率的关系方面解释了振动趋势形成的原因。

基于ANSYS的轴流泵转子系统有限元分析

为了研究预应力对便携式轴流泵叶片的应力及应变的影响,基于有限元理论,在Workbench平台上,采用ANSYS CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构进行耦合求解.其中流场计算选用以雷诺平均方程为基础的SST k-ω湍流模型.结构计算采用弹性体结构动力学方程,对叶轮叶片在不同流量工况下的变形和应力分布以及各阶模态变化进行了计算.结果表明:在水体作用力和旋转离心力作用下,轴流泵叶片的最大变形发生在叶片进口轮缘处,且从轮毂到轮缘的径向方向上,变形程度逐渐变大;在叶轮压力面靠近轮毂附近区域出现应力集中,各工况最大应力值均远小于最大拉应力,能够满足强度要求;有无预应力对转子系统的各阶模态影响很小,且不同流量工况下各阶模态的变化也很小.

双立柱巷道堆垛机的动静态性能分析及结构改进

双立柱巷道式堆垛机是自动化立体仓库的重要组成部分,堆垛机运行效率的指标要求在不断提高。将堆垛机的运行加速度大幅提高,能有效提升堆垛机的运行效率,制约堆垛机运行效率的最主要因素是运行过程中机械结构的稳定性。本文运用ANSYS Workbench有限元分析软件对双立柱巷道式堆垛机进行仿真分析,得到堆垛机所受应力和结构变形情况,并通过预应力模态分析得到堆垛机的前6阶固有频率和振型,识别了堆垛机结构的薄软环节。在动静态分析的基础上,以堆垛机自重为衡量标准,对堆垛机提出三种结构改进方案,并通过对比分析,得到综合改进方案。满足了堆垛机强度、刚度及振动要求,提高了堆垛机运行过程的平稳性。

发射装置模拟试验承压结构的预应力模态分析

发射装置模拟试验承压结构——假海在试验时受到发射冲击的作用,会产生强烈的振动。假海的振动特性能够为测试设备的安装提供指导,保证测试设备能安装在适当的位置。通过对假海进行预应力模态分析,得出其模态特性没有发生明显的变化,从而得出在预应力作用下假海没有发生明显的应力刚化。最后通过对假海固有振型的分析得出安装测试设备的最佳位置。

带预应力的高速离心泵转子模态分析

高速离心泵被广泛应用于炼油、石油化工和航天技术等领域.但随着转速的提高,对高速离心泵的运行稳定性和可靠性要求越来越高。因此,通过CFX对高速离心泵进行定常流场分析,将分析结果通过相应的接口导入ANSYS Workbench中进行单向流固耦合分析,计算出高速离心泵转子在空气中、水中受流固耦合作用力时的临界转速和振型,对高速离心泵的优化设计、稳定运行和防止事故发生具有重要意义。结果表明:高速离心泵正常运行时的转速小于其临界转速,因此不会发生共振;在叶片中最大等效应力出现在叶片的出口处,流固耦合作用力降低了高速离心泵转子的1、2阶固有频率;重力和离心力在一定程度上降低了高速离心泵的临界转速,但影响很小。

航空发动机涡轮叶片振动模态影响因素研究

分别考虑离心力场、气动力场、温度场及热力场等因素的影响,使用有限元分析软件ANSYS,对某型航空发动机涡轮叶片工作状态下的振动模态进行分析,并将不同情况下的计算结果与室温静止状态进行比较,发现温度场及离心力场是影响叶片固有振动频率的主要因素,但对叶片的振型影响很小。然后,综合考虑温度场及离心力场的作用,对叶片进行了包含预应力的热固耦合模态分析,得到了叶片工作状态下的固有振动频率及振型。所得结论对航空发动机叶片的设计、改型及使用具有重要的理论意义和工程应用价值。

梭式皮带布料机预应力模态及谐响应分析

梭式皮带布料机作为一种新型混凝土浇筑机械,在水电工程施工等领域已被广泛应用。利用有限元软件ANSYS建立梭式皮带布料机的整体有限元模型,通过模拟正常工况,进行预应力模态分析及谐响应分析,获得前8阶固有频率,并发现第2阶模态频率对其动态性能影响最大。因此,提取第2阶模态频率作为多目标优化设计的其中一个目标函数,为布料机结构的后续优化设计奠定基础。