基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

基于完全耦合算法对绕二维NACA0009水翼流固耦合特性进行了数值模拟研究。采用Theodorsen模型和Munch模型对刚性和弹性水翼的水弹性响应进行了数值计算,分析了流体与结构的相互作用关系,研究了影响结构水弹性响应和流固耦合特性的因素。研究结果表明:考虑了流体黏性的Munch模型与基于势流理论的Theodorsen模型对气动弹性响应的数值计算结果基本一致,而Theodorsen模型由于没有考虑流体黏性在一定程度上低估了结构的水弹性响应。结构的惯性、阻尼和刚度力矩与流体的相应附加载荷均处于同一数量级,故流体与结构的相互作用不可忽略,尤其对于弹性水翼,流体的惯性、附加阻尼作用增大,流固耦合算法的数值稳定性对流固耦合特性的计算结果影响将更大。外部激励频率为非共振频率时,结构的刚度作用是影响水弹性响应的主要因素,外部激励频率为共振频率时,流体的附加阻尼和附加刚度作用减弱,除结构的刚度作用外,流体与结构的惯性作用对水弹性响应和流固耦合特性的影响也较大。     

复合材料螺旋桨敞水性能与结构特性研究

针对复合材料螺旋桨流固耦合效应显著的特点，本文通过CFD计算复合材料螺旋桨所受水动力载荷，应用有限元方法计算复合材料桨叶结构响应，建立双向流固耦合数值计算方法，研究不同进速系数工况下刚性和复合材料螺旋桨的水动力性能与结构特性。研究结果表明：相较于刚性螺旋桨，复合材料螺旋桨通过弯扭耦合变形实现螺距角与攻角自适应匹配，进而提高推进效率并降低功率损耗；复合材料桨叶的最大总变形和最大等效应力随来流速度的增大而减小，随旋转速度的增大而增大。基于蔡-吴准则对复合材料螺旋桨的失效行为进行判断，蔡-吴失效系数随进速系数的增大而降低，失效区域更容易出现在桨叶叶梢处。     

Level set方法在空化流动计算中的应用

文章将Level set方法应用于自然空化与通气空化流动计算中,通过耦合入相间的质量传输方程,建立了一个用于描述气、汽、液多相空化流动的数值模拟方法,分别对绕圆头回转体和Clark-Y型水翼的自然空化流动和绕圆盘的通气空化流动进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比,研究结果表明:相较常用的多相流模型(mixture model),Lev-el set方法通过时间和空间上的压缩离散方案,减小了相间界面的扩散,准确地捕捉到了相间的界面,可以有效地运用于空化多相流动。     

30t大轴重货运机车用轮装制动盘的开发

以30 t大轴重货运机车为平台,进行机车轮装制动盘的结构设计、材料选型、有限元分析验证、工艺设计等工作并完成机车制动盘的样品试制,1:1型式试验显示该机车制动盘能满足30t大轴重货运机车的使用要求。     

制动盘热机械耦合仿真系统的开发

为实现制动盘不同工况下热机械耦合仿真分析,采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言编程实现仿真过程的参数化,同时通过UIDL(User Interface Development Language)语言及TCL/TK语言编写界面,开发了嵌入ANSYS系统内部的仿真集成系统。提出的方法可为制动盘及其他车辆制动部件的热机械耦合仿真工作提供有效的指导和依据,开发的仿真系统具有一定的实用价值。     

混合湍流模型的参数优化与分析

在以全流场N-S方程为研究对象的空化流动数值计算中,湍流模型在很大程度上影响了对空化流动的精确预测。为了进一步完善针对非定常空化流动数值计算构建的基于密度分域的混合湍流模型（FBDCM）,利用代理模型方法对FBDCM模型参数的整体敏感度进行了分析,评价了相关经验系数的扰动对空化流场及水动力特性预测精确度的影响,建议了针对非定常空化流动计算的模型参数的具体取值。结果表明,经验系数C2通过调节FBDCM中FBM模型和DCM模型的影响比重,成为对模型预测精度影响程度最大的因素;通过代理模型优化分析确定经验系数的混合湍流模型,能更好地调整流场内的湍流粘性,精确计算了反向射流区域大尺度涡团的流动,与实验结果更为接近。     

弹性车轮压装过程仿真计算

建立包含橡胶件的弹性车轮有限元模型,基于Abaqus软件仿真模拟弹性车轮组装过程.分析橡胶材料的力学特性,采用Mooney-Rivlin本构模型模拟其超弹性特性,考虑橡胶件大变形且不可压缩特性,建立多个接触关系和变步长反复迭代方法以保证计算收敛和缩减计算规模,研究压装过程各部件应力变化情况.仿真结果显示:压装完成后弹性车轮整体最大von-Mises应力为129.1 MPa,出现在压环与轮心过盈配合面处;最大径向应力为143.3 MPa,出现在轮心辐板圆弧过渡处.压装完成后弹性橡胶件最大von-Mises应力为8.1 MPa,径向应力均处于压缩状态.压装完成后轮毂与橡胶接触面应力在边缘位置处较大,轮缘侧应力略大于另一侧,且边缘位置应力大于中心位置处应力3倍.压装过程中轮心辐板位置最大应力随压装进行逐渐变小,最大应力位置逐渐靠近辐板厚度较薄的圆弧过渡处.压装应力作为车轮运营过程中的预应力.     

高速列车制动盘材料参数热敏感性分析

阐述了制动盘材料物理性能参数及其影响因素,以及参数高温变化关系;通过将材料物理性能参数如导热系数、比热系数以及线膨胀系数等进行定量浮动变化后进行制动盘同工况条件下热机耦合仿真分析,察看制动盘温度场和热应力场变化情况,定量分析制动盘材料物理参数热敏感性程度;通过敏感性分析,为制动盘工艺优化参数提供理论依据,降低制动盘在使用过程中的温升和最高应力数值,延长使用寿命。     

基于电空混合制动的制动盘仿真及试验研究

针对轨道交通车辆电空混合制动的特点,讨论了列车的制动策略及减速度计算方法,进而探讨了制动盘在电空混合制动制式下的热机械耦合仿真及1:1台架试验方法,并给出了仿真及试验的参数化实现方法。最后,以一实例验证了仿真及试验结果的正确性。提出的计算思路及方法可为制动盘及其他车辆制动部件的仿真及试验工作提供有效的指导和依据。     

非均相流模型在非定常空化流动计算中的应用及评价

文章评价了非均相流模型在非定常空化流动中的应用。分别采用均相流和非均相流模型,对绕水翼的非定常空化流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比。结果表明:相比常用的均相流模型,由于考虑了相间作用,应用非均相流模型计算得到的结果可以较好地预测附着空穴非定常发展过程,精确捕捉到反向射流的发展和更清晰的水汽界面;非均相流模型能较好地模拟大尺度空泡团的周期性脱落,同时能更好预测流体动力特性的非定常变化。