流固耦合技术在舰船离心泵转子的模态分析

离心泵通过叶轮的高速旋转使水产生离心力,是一种重要的能量转换装置。离心泵的结构紧凑,流量均匀,安装和维护方便,在航空宇航、船舶等工业领域应用广泛。舰船离心泵的运行工况恶劣,容易受到舰船振动等因素的干扰,同时,由于离心泵内部流体与叶轮之间存在复杂的相互作用力,离心泵叶轮很容易发生结构破坏。因此,研究舰船离心泵的流体动力学特性具有重要的意义。本文基于流固耦合技术,利用Ansys Workbench对舰船离心泵的转子进行模态分析,研究离心泵内部流场转子的动力学特性,并研究了离心泵转子的临界转速。该研究有助于提高离心泵转子的运行稳定性,延长离心泵转子的使用寿命。     

基于模态分析和CFD的船用离心泵减振

某船用离心泵的较大振动水平严重影响船舶执行任务。通过对振动测试频谱数据的分析,结合泵安装及运行工况等实际情况,提出了造成泵振动偏大的可能原因是不合理的水力设计。联合采用模态分析和CFD的现代设计分析方法,对泵进行了改进设计。改进方案的分析结果表明,泵能够安全稳定的运行,泵内流体流动比较均匀,在设计工况下的运行状态良好。样机验证了仿真分析结果,其水力性能满足技术要求,振动水平大幅下降。     

某船舶大功率高压转子建模及模态分析

针对某船舶大功率高压转子的结构特点,对其转子在合理的简化处理基础上,通过UG和ANSYS软件建立其有限元分析模型。通过有限元数值分析软件对转子模型进行模态求解,得到了转子的前五阶固有频率和振型。通过对计算结果的分析验证了转子工作的可靠性,并为高压转子的其它动力学分析提供模型,为进一步船舶机组振动的故障诊断奠定基础。     

船舶辅机的隔振设计及船体耦合振动分析

为了减小船舶的振动与噪声,对某船用空压机组进行了浮筏隔振装置的设计,其中包括隔振参数的确定以及筏体结构的设计等。通过建立隔振系统的有限元模型,分析了该系统的动力学特性,包括振动模态、振动传递率以及对于冲击的响应。为了揭示实船隔振系统的规律,将空压机组浮筏装置的有限元模型拓展到全船,分析了隔振装置装船后的耦合振动模态,讨论了船舶结构的振动对浮筏系统隔振效果以及冲击响应的影响。在此基础上,探讨了提高船舶辅机浮筏隔振系统动力学性能的途径。     

基于Ansys的自吸离心泵主要结构及装配体的模态分析

自吸离心泵的振动噪声由多种因素造成,其中泵的结构和刚度是主要因素。通过对自吸离心泵的主要结构及装配体进行模态分析,可以获得该泵自身的固有频率和模态振型,从而找到其结构及装配体的薄弱部位,为结构优化调整打下基础。以UG建立的船用某型自吸离心泵三维实体模型为基础,通过Hyper Mesh和Ansys Mechanical APDL,完成了该泵从网格划分到计算模态分析全过程,并对计算结果进行分析。计算和分析结果表明,该泵结构上存在薄弱之处,必须进行有针对性的优化。     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景,采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性,提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法,并采用模态试验对理论计算模型进行修正;通过对实验及计算结果的分析,探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性,为舰艇结构声学设计提供了参考.     

基于 Ansys 的自吸离心泵主要结构及装配体的模态分析

自吸离心泵的振动噪声由多种因素造成，其中泵的结构和刚度是主要因素。通过对自吸离心泵的主要结构及装配体进行模态分析，可以获得该泵自身的固有频率和模态振型，从而找到其结构及装配体的薄弱部位，为结构优化调整打下基础。以 UG 建立的船用某型自吸离心泵三维实体模型为基础，通过 HyperMesh 和 Ansys Mech-anical APDL，完成了该泵从网格划分到计算模态分析全过程，并对计算结果进行分析。计算和分析结果表明，该泵结构上存在薄弱之处，必须进行有针对性的优化。     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景，采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性，提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法，并采用模态试验对理论计算模型进行修正；通过对实验及计算结果的分析，探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性，为舰艇结构声学设计提供了参考。     

流固耦合振动的组合模态综合法

本文提出了流固耦合振动一种新的计算方法——组合模态综合法。该方法建立在流体一固体有限元组成的杂交子结构模型基础上,对流体子结构采用约束模态(静力变换模态),同固体子结构以下二种模态:(1)模综超元法中的动力变换模态和(2)Craig 的固定界面模态进行组合,以组合模态作为广义座标对流固杂交子结构的运动方程进行变换获得二种形式的计算方法。本方法中采用了先装配流体子结构后装配固体子结构的技巧,从而消除了流体元的全部自由度和固体子结构的全部内自由度,仅保留固体子结构对接边界自由度,使最后计算特征值的矩阵阶数保持与结构中的模态综合超单元法及 Craig 法的阶数完全相同,大大减少计算机时。通过由弯曲板元和平面膜元的组合板元构成的立体方盒结构以及三维矩形有限元的流固耦合振动计算,获得了与 P.C.Chowdhufy 用整体有限元计算及光测实验一致的数值结果。本方法尤适用于具有大量流固交界面自由度和少量结构对接自由度的船舶流固耦合振动计算,也适用于滨海工程结构和其它工程的这类问题计算。与以往的流固耦合振动计算方法相比,富有实用意义和经济效益。     

大型液化气船泵塔振动特性试验研究

针对某型LNG船液化气封闭舱内的泵塔,采用不同方法进行振动特性测试分析。应用激振试验测试方法获得了某型LNG船泵塔结构的模态,同时通过船舶在航行中不同运行工况下的振动测试,也提取到了泵塔的振动模态特性。对这2种方法的测试结果进行比较,二者吻合良好。表明变工况振动测试方法能够识别结构的模态,尤其适用于难以开展激振试验场合的结构振动特性测量。     

不同充液高度下液箱的模态分析及实验研究

为研究船舶液舱充液后的振动特性,采用有限元分析法对钢质充液箱不同充液高度条件下的流体与结构耦合振动的问题进行了仿真方面的计算。在ADINA软件中完成了有限元建模及模态分析,分析其振动特性,得出其固有频率和振型。通过LMS振动测试系统对其进行了实验研究,将模态实验值与振型同结构有限元仿真结果进行了分析比较,得出了液面的升高会导致结构频率下降的总体规律,可为LNG型的船舶的减振降噪设计提供参考。     

弹性螺旋桨流固耦合振动特性分析

[目的]研究弹性螺旋桨在水流中的振动响应特性。[方法]基于CFD/FEM流固耦合方法,利用Workbench平台中的ANSYS-CFX模块对螺旋桨进行双向流固耦合水动力求解,分析弹性螺旋桨变形及应力应变响应特性;考虑到流固耦合对固有特性的影响,利用ACT_Acoustic模块计算桨叶湿模态,结合弹性螺旋桨固有特性和流固耦合水动力结果进行弹性螺旋桨频谱分析。[结果]流固耦合水动力结果相较不考虑流固耦合的定常计算结果更接近试验回归曲线;与干模态相比,弹性螺旋桨前5阶湿模态固有频率减小19%～37%,且四阶和五阶干湿模态振型存在交错情况。频谱分析结果表明,水动力轴向推力和扭矩是弹性螺旋桨在流场中振动响应的主要影响因素,且主要引起弹性螺旋桨的一阶湿模态悬臂振动;桨叶面上,从叶梢处到导边和叶中部分,再到随边部分,最后到叶根处,结构响应逐渐降低。[结论]所做研究可为弹性螺旋桨流固耦合计算分析提供方法途径,也为螺旋桨流固耦合振动噪声分析打下了一定基础。     

基于子结构技术的全船总体和局部振动研究

针对局部振动计算中难以确定局部构件的边界条件和全船振动计算成本过大的问题,引入子结构技术。阐述了子结构技术的基本理论,结合子结构和流固耦合技术,对一艘新型散货船进行了局部和全船振动分析预报。在预报过程中,运用流固耦合方法添加外部附连水和油水舱质量,用子结构界面减缩技术确定局部边界条件,进行局部模态分析,运用计算效率成倍提高的部件模态综合法进行总振动预报。最终,提出了横撑及其船体加强的优化方案。该方案能改良主机和船体结构的振动性能,并满足各自的标准要求。     

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面。为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态。计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著。因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响。     

计及流体效应的三体船流固耦合自振特性

采用有限元法和边界元法比较分析三体船结构的流固耦合振动问题,探讨深V型、浅吃水侧体的附连水质量对三体船总振动特性的影响。通过对全船三维结构有限元模型进行纯数值计算,获得三体船结构在无限域流场中的湿模态特性。研究发现,计及流体效应后的三体船自振频率比干模态频率明显降低,首部水平振动与尾部扭转振动的耦合振动在高阶模态中较为突出,侧体的附连水质量对三体船垂向和水平振动影响较小。     

船舶桨-轴系统双向流固耦合动力学建模方法研究

螺旋桨激励力引起的轴系及船体振动是船舶低频噪声的重要原因,目前已成为改善我国船舶振动噪声最关键的问题之一.为了掌握这类低频噪声成因,有必要从流体、桨、轴系间的复杂耦合关系着手,揭示螺旋桨激励力产生、传递机理及桨-轴系统流固耦合振动演化规律.因此急需一个桨-轴系统双向流固耦合动力学分析模型.为此,本文利用有限元法(FEM)耦合边界元法(BEM)建立了流体-弹性桨-轴系双向流固耦合动力学模型,并通过数值仿真分析以及实验研究,验证了所建模型的正确性.研究表明:本文建立的模型求解精度满足工程要求,且相比于目前广泛采用的商业软件方法具有计算速度快、对计算机性能要求低等优点,非常适合工程应用.     

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面.为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态.计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著.因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响.     

应用广义拟余能原理研究流固耦合问题(英文)

水动力学与固体力学交叉的流固耦合理论是船舶与海洋工程结构响应分析与直接设计的重要工具.本文应用卷变积方法,按照广义力和广义位移之间的对应关系,将弹性动力学的基本方程卷乘上相应的虚量,然后积分,代数相加,并考虑到体积力和面积力均为伴生力,建立了非保守系统初值问题的两类变量的广义拟余能原理.应用广义拟余能原理研究流固耦合问题,分析了结构的动力响应,给出同时求解力类量和位移类量两类变量的计算方法.     

船舶尾部伴流对螺旋桨应力变形与振动的分析

针对船舶螺旋桨在航行过程中,受到周围水域复杂伴流的影响,使螺旋桨受力不均,导致螺旋桨的结构应力变形增大,进而发生螺旋桨断裂甚至失效的现象,以某散货船为例,用有限元分析方法对其进行双向流固耦合仿真.利用瞬态仿真模拟螺旋桨周围水域的流线变化,分析螺旋桨的应力与变形、振动以及模态变化,并且通过控制变量法,将有无伴流存在的分析...     

水中三维结构的湿模态分析方法

水中任意几何形状结构的流固耦合振动特性的研究对船舶及海洋工程应用具有很大的价值。本文利用三维水弹性分析方法计算流体附加质量和恢复力系数，然后求解由结构的干模态广义质量、广义刚度及流体附加质量、流体恢复力系数所构成的耦合特征方程，从而获得结构的湿模态及特征频率。计算结果与整体弹性船模式试验结果吻合。