双层柱壳的流固耦合模态计算与试验研究

采用结构有限元和内域流体有限元的流固耦合计算方法,对球壳及其内域流体进行有限元离散计算,并将计算所得的模态振动频率与理论结果进行了比较.采用同样的方法,进一步对加筋双层圆柱壳进行了流固耦合的复特征值分析,并求解了其固有频率和振型.试验分别对双层柱壳充水和不充水情况下模态和模态频率进行了测量,结果证实了数值计算方法的正确性.     

液体火箭发动机涡轮叶片结构特性的有限元分析

为了提高液体火箭发动机的可靠性、可用性以及可维护性而进行的发动机寿命预估与减损控制研究,需要对发动机的零(部)件进行结构特性分析。通过建立某型液体火箭发动机涡轮转子叶片的有限元分析模型,分别进行无阻尼自由振动下的模态分析、无阻尼强迫振动下的谐波响应分析与有阻尼强迫振动下的瞬态响应等结构动特性分析,得到涡轮转子叶片的固有频率及与之对应的振型、谐波响应与瞬态响应。     

弹性螺旋桨的轴向非定常力分析

为研究螺旋桨的水弹性流固耦合非定常振动特性,首先通过金属桨敞水性能验证了瞬态双向流固耦合方法的可靠性;然后,以玻璃纤维为参考材料,通过改变材料参数得到不同材料的弹性螺旋桨,并采用瞬态双向流固耦合方法对伴流场中不同弹性螺旋桨进行数值计算,得到了轴向非定常力和变形的时域值;最后,通过傅里叶变换得到不同材料-阶叶频处脉动幅值;结果表明:通过对杨氏模量和刚度阻尼的调整,可以降低螺旋桨流固耦合非定常力脉动幅值。     

基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析

基于ANSYS软件,对某款应用于GL3A风场的1500kW大型复合材料风力机叶片进行了结构分析。分析结果表明:该叶片的振型以一阶挥舞和一阶摆振为主,其频率分别为0.86Hz和1.59Hz;在极限挥舞载荷作用下,该叶片有限元模型计算得到的叶尖挠度为8.445m,而该叶片全尺寸静力试验得到的极限挥舞载荷作用下的叶尖挠度为8.12m,计算值与试验值的误差只有3.8%;另外,该叶片的最大计算拉应力和压应力分别为228MPa和201MPa,而该叶片玻纤/环氧复合材料实测拉伸强度和实测压缩失稳强度分别为720MPa和380MPa,其计算最大应力只有对应实测极限强度的31.7%和52.9%。     

船用螺旋桨振动特性数值计算与分析

为了降低螺旋桨结构振动产生的水下辐射噪声,采用结构有限元耦合流体边界元的虚拟质量法,运用通用有限元软件MSC.NASTRAN计算了螺旋桨在空气中和水中的固有频率和振型,分析了流体与结构之间的相互作用对螺旋桨振动特性的影响。研究结果表明:虚拟质量法能够准确计算螺旋桨在水中的固有频率;螺旋桨在水中的固有频率要显著低于空气中的固有频率,且在水中的振动位移也比空气中小;无论在空气中还是水中,螺旋桨都存在三类基本的桨叶振型;螺旋桨在空气中和水中的振型存在差异,且随着频率的升高二者差异明显;对于不同阶桨叶振型,固有频率随模态阶数的变化显著,而对于同一阶桨叶振型,这种变化并不明显;对于同一阶桨叶振型而言,随着频率的升高,频率缩减比呈递增趋势,相应的附连水质量依次减小。     

强载柴油机排烟管动力学特性有限元分析及改进

针对某强载柴油主机排烟管多次发生断裂故障的现象,对不被充分关注的排烟管动力学特性和疲劳断裂问题进行了研究.采用热-应力直接耦合场有限元方法,完成了排烟管稳态热负荷下振动模态、振动应力分布及其危险截面疲劳安全系数的计算,确定了薄弱环节.从改变约束条件和改进工艺的角度提出并校核了改进方案,改进试用后,未再发生疲劳断裂问题.     

铜桨和碳纤维桨的单/双向流固耦合对比

使用ANSYS Workbench平台中ACP模块对铜桨和碳纤维桨进行了建模和单/双向流固耦合对比研究。双向流固耦合计算考虑了流体和固体的相互影响,使铜桨和碳纤维桨的敞水性能比单向流固耦合计算值更接近于试验值。碳纤维桨的变形和应力在各种工况下均比铜桨大,二者的双向流固耦合变形和应力均比单向流固耦合时小,且碳纤维桨的减小量更多,说明碳纤维桨的弹性使其更易受水动力载荷的影响,流固耦合现象更明显。     

基于红外热像法的叶片受迫振动热耗散规律研究

疲劳过程中存在热耗散效应,热耗散产生的温度变化可反映疲劳损伤过程,为研究航空发动机叶片疲劳问题,故提出基于红外热像法的叶片受迫振动热耗散规律研究。首先,系统分析疲劳热耗散理论;其次,对叶片结构进行模态分析,获取各阶振型以及应力分布,分析振动特性,并确定薄弱区域;最后,基于红外热像法对平板和叶片结构在超声激励受迫振动过程中的热耗散规律进行研究。结果表明：叶片结构高阶模态主要为弯曲或扭转为主的复合振动,应力集中常发生在叶根与叶身中部;质量、阻尼作用和振动时间分别影响试件表面温升速率和最大温升值;热像法可作为结构受迫振动下应力集中区域快速检测的有效技术手段,为叶片结构振动疲劳非接触式测量研究提供了新的思路。     

某火控计算机印制板动力学特性仿真试验分析

针对装备中火控计算机在振动冲击环境下印制电路板上的引脚及焊点处往往首先失效,但该处的应力大小又难以通过实验测得的特点,利用ANSYS有限元软件对火控计算机中轴角转换板进行动力学分析——模态分析得到了其各阶固有频率和振型;谐响应分析求得了同一频率下不同位置的谐响应峰值;瞬态动力学分析确定了电路板在已知激励下各位置应力随时间变化曲线。其结果为进一步分析和研究元器件引脚及焊点失效提供了依据。同时,通过仿真可以找到电路板的薄弱环节并采取相应措施提高其可靠性。最后通过模态实验验证了模型的正确性。     

钢筋混凝土柱壳结构振动模态试验研究

本文根据频响分析原理,用实验模态分析方法,对钢筋混凝土柱壳结构进行莫大记测试与分析,得出该结构各阶振动频率,振型及阻尼,同时,用动力有限元法对该结构模态进行了数值计算,两种方法得到的频率与振型具有较好的一致性。     

用曲面超参数壳体单元研究汽轮机叶片振动特性

汽轮机叶片振动特性分析一直是汽轮机强度研究的主要内容之一。长期以来,汽轮机叶片自由振动特性的计算方法多以梁的基本公式为依据,采用能量法、传递矩阵法、有限元法,本文则采用基于壳体理论的八节点超参数壳体有限单元和采用Sturm序列相结合的全高斯消元法,计算了叶片自由振动的频率和模态,并编制了相应的计算程序。理论分析和试验验证表明,该方法对直叶片尤其是对扭曲叶片可取得较高的精度。     

涡轮阻尼器叶片区瞬态流动及 压力脉动特性研究

为了获取涡轮阻尼器叶片区液体压力的脉动特性,首先采用CFD数值计算和试验验证的方法,提取了某型涡轮阻尼器工作时液体瞬态流动特性参数;,然后,分析了叶片迎水面及背水面流场压力脉动规律。研究结果表明:内流场瞬态的漩涡和流动分离,造成内部压力分布不均,且呈周期性变化;泵轮叶片迎水面和背水面压力脉动的频率为叶轮转频的倍数值,主频为单倍叶轮转频。利用某涡轮阻尼器样机开展了相应的试验验证,试验结果与CFD分析计算结果吻合较好,验证了理论分析的正确性。     

气动弹性影响下高超声速飞行器动力学建模与分析

高超声速飞行器通常采用轻质材料和细长升力体设计,导致受控刚体运动频率与结构振动频率趋于接近,给飞行器制导控制系统设计带来了巨大挑战。基于假设模态下建立了考虑变截面效应的高超声速飞行器自由梁结构动力学模型,对比了横截面梁和变截面梁模态振型和频率;考虑变截面效应后,振型变化较大,同时二、三阶模态频率均变小。给出了耦合气动弹性和飞行动力学的高超声速飞行器运动方程。在典型工况下,对比分析了刚体、常截面梁和变截面梁高超声速飞行器的平衡和动态特征,结果说明:变截面梁在平衡状态下附加攻角更大,系统在平衡点处开环不稳定性更大,同时非最小相位行为基本不变。     

超空泡水下航行体振动特性分析

用有限元方法分析了超空泡水下航行体的固有特性,计算了自由边界条件下超空泡航行体的振动特性,求出了固有频率和模态,并选取对其结构性能有重要影响的四类模态,即梁弯曲模态、呼吸模态、径向模态和轴向弯曲模态绘制了三维模态图.研究表明,超空泡水下航行体无阻尼自由振动的首阶模态为梁弯曲模态;呼吸模态发生的初始频率较高;径向模态发生的初始频率较低;轴向弯曲模态发生的频率比较集中,变形较为复杂.所得结果为今后开展进一步的超空泡航行体结构动力学研究提供了模型基础.     

涡环旋转伞流固耦合特性分析

以一种典型的涡环旋转伞为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法模拟其在无限质量条件下的充气展开过程。计算得到了涡环旋转伞的充气展开和转速、开伞动载等时程变化曲线以及稳态阶段伞周围流场变化规律、伞衣织物的结构强度等流固耦合特性。结果表明:涡环旋转伞在来流12m/s时稳定转速约为3.1r/s,伞衣幅充满外形饱满,与伞塔试验结果吻合;稳态阶段涡环旋转伞上方产生大量涡核,涡核中心的连线类似于空间螺旋线;涡环旋转伞的阻力系数大于一般结构轴对称降落伞;伞衣幅与伞绳连接区域以及边缘区域应力明显高于伞衣幅平均应力水平。     

安静型夹芯复合材料舵设计及其力学性能分析

通过对夹芯复合材料各层材料的选择,以及夹芯复合材料舵壳的结构设计,提出了夹芯复合材料舵的设计方案和制作工艺。并利用有限元方法计算了复合材料舵壳在流体压力作用下的应力和变形,以及在瞬态载荷作用下舵壳的振动响应。计算结果表明,夹芯复合材料舵壳满足结构的强度和刚度的要求,同时振动水平与钢舵比较有很大的改善。     

基于WorkBench的车辆差速器非圆锥齿轮副静态与模态特性分析

为进一步证明课题组研制的变传动比限滑差速器非圆齿轮副的结构性能,使用ANSYS WorkBench软件对差速器主要承载件进行静力学与模态分析,得到其应力、变形云图和齿轮副前6阶固有频率和振型,并对差速器进行台架试验,计算得到其锁紧系数值。结果表明:在齿轮副材料选用20CrMnTi的情况下,仿真和试验过程中的等效应力和最大变形值能够满足静力学要求,一阶固有频率远大于齿轮副工作频率,无共振现象发生。     

军用运输车车架及底板结构动态特性试验及分析

采用单点激振多输出（SIMO）试验模态法（EMA）对某型军用运输车车架底板及其连接部分进行动态特性试验,提取相关参数和特征向量,并进行模态参数识别和各阶振型分析,试验结果与实际振动情况基本吻合。与基于有限元分析软件HyperWorks计算结果进行验证对比,结果基本一致。     

大容量中频变压器箔式线圈振动模态的影响因素分析

为了分析箔式线圈振动模态的影响因素,首先在ANSYS环境下建立了箔式线圈的等效三维有限元模型,仿真计算了其前10阶模态振型和固有频率;然后,采用单输入单输出方法对自由状态下的箔式线圈进行了模态试验,验证了仿真模型的准确性,并在此基础上分析了绝缘层弹性模量和层间分离对振动模态的影响。结果表明:仿真结果与试验结果吻合较好;绝缘层弹性模量增大,箔式线圈固有频率呈线性升高;箔式线圈的层间分离会造成固有频率下降,并出现局部振型;圆角位置的分离对模态影响最显著。     

泵喷宽带非定常激振力预报与参数分析

为预报泵喷推进器转子与湍流互作用宽频非定常激振力,在Sears函数的基础上,考虑随机湍流波的影响,推导了螺旋桨宽频非定常激振力预报公式,并与实验值对比验证了该公式。进一步考虑泵喷推进器转子工作在前导叶尾流场的情况,通过Gauss尾流模型建立叶片尾流湍流波数谱,通过经验公式计算叶片尾流场参数。推导得到泵喷推进器转子宽频非定常激振力预报公式,通过公式计算得到的宽频非定常激振力与数值计算结果相近。分析了流场参数的变化对推进器转子宽频辐射噪声预报结果的影响。研究得到,湍流强度只影响宽频非定常激振力预报结果的幅值,湍流积分尺度对幅值和频谱形状都有较大的影响。