极限运行工况下液罐双向流固耦合分析

为了分析液罐汽车在制动和转向2种极限运行工况下罐体的受力情况,以某液体运输车辆罐体为研究对象,构建罐体在不同充液比时的气液两相流模型,运用双向流固耦合方法系统分析罐体在2种极限运行工况下受到的液体晃动冲击力以及罐体内气液两相流的分布状态.研究结果表明:2种极限工况不同充液比情况下罐体应力的波动变化趋势相似,峰值应力分别...     

基于流固耦合的铁路客车水箱冲击应力分析

以铁路客车的椭圆水箱为研究对象,分别建立箱体结构和流体结构的有限元模型.在横向、纵向、垂向依次对水箱施加连续冲击载荷,采用VOF方法分析水箱内气液两相流动,得到不同时刻水箱内的气液两相分布状态.基于单向流固耦合法进行流固耦合计算,分析水箱体及内部防波板的冲击应力.结果表明:相同冲击作用下,箱体应力随盛水水位增高而增大,满水冲击晃动时箱体的冲击应力最大.通过分析,确定了箱体结构的薄弱位置,可为水箱结构优化设计提供参考.     

高速铁路长大坡道动车组运行性能分析方法

当动车组运行通过长大坡道时,车辆与轨道的耦合振动作用会对列车牵引制动效率产生重要的影响.为更准确地分析动车组列车通过长大坡道时的运行性能,基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑列车牵引制动行为与线路平纵断面的影响,建立高速铁路长大坡道动车组运行性能分析模型,采用线路试验数据对模型进行验证,对比分析三维模型与传统一维模型的差...     

高速列车盘形制动系统热机耦合特性分析

为了研究热机耦合对高速列车制动系统动力学行为的影响,建立了高速列车制动系统三维瞬态热机耦合有限元模型,进行拖曳制动状态下热机耦合特性的计算与分析;采用ABAQUS/Explicit热-位移瞬态分析法,探讨列车制动过程中的温度分布特性和振动行为,并与忽略热机耦合状态的系统动力学行为进行对比分析. 研究结果表明:制动过程中闸片温度动态变化,且会形成局部高温区导致热斑形成;由于制动盘和闸片发生一定程度弹性翘曲变形,导致闸片温度周向分布和径向分布出现复杂的温度分布特性,在闸片的内外径处和进/出摩擦区域的温度分布差异显著;制动过程中闸片在法向和切向上的振荡程度逐渐减弱,但是总体变形量逐渐增大,位移形变量达到6 μm;热变形主要发生在闸片两侧,闸片在进摩擦区的变形量（35 μm）明显大于出摩擦区处（25 μm）,而闸片的中部出现明显的"凹陷",即随着制动进行,闸片中部区域没有出现明显的热变形;在热机耦合状态下,制动系统振动先增大后降低,整体振动强度比忽略热机耦合时强;界面接触力的波动程度先增大后降低,总体呈上升趋势.      

钢-混组合索塔锚固结构的力学行为及结构优化

为了解斜拉桥钢-混组合索塔锚固结构的力学行为并对结构设计进行优化,以重庆嘉悦大桥为依托,通过足尺模型试验及非线性有限元分析的对比分析,对钢-混凝土组合索塔锚固结构的力学性能、荷载传递机理进行了研究;采用正交试验方法对索塔锚固区混凝土主拉应力进行参数敏感性分析,进而提出了结构优化设计参数. 研究结果表明:钢锚箱与混凝土塔壁的应力水平较低,应力分布均匀流畅;钢锚箱与混凝土塔壁的相对滑移值均很小,最大值仅0.029 mm;剪力键的抗剪刚度对混凝土端塔壁的主拉应力水平有较为显著的影响,当刚度增加5倍,混凝土端塔壁主拉应力减少了17.3%;该桥所采用的组合索塔锚固区结构参数是安全、经济的.      

空车编组数量对货物列车安全性影响研究

在既有线货物列车提速和重载的背景下,为了研究空车编组数量对货物列车运行安全性的影响,根据车辆系统动力学理论、列车纵向动力学理论、车辆-轨道耦合动力学理论,采用数值方法建立了空重车混编列车-轨道耦合系统动力学模型,分析了制动工况下不同数量空车编组在货物列车头、尾部时,货物列车的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等安全性指标...     

气动载荷下高速列车车体焊接结构疲劳寿命预测

随着列车速度的不断提高,列车与空气的相互作用成为一个备受关注的问题.从可靠性的要求出发,将数值模拟计算结果与试验结果进行了对比,验证了模拟计算的可靠性.在此基础上采用流固耦合技术实现了实际计算载荷与有限元模型的耦合.并对耦合后的某车体焊接结构应用焊缝疲劳寿命预测的新方法——主S-N曲线法,对关键焊缝进行了焊缝疲劳寿命预测.为车体焊接结构的进一步设计提供参考.     

流固耦合作用下隧道开挖模拟研究

根据渗流力学、弹塑性力学以及多场耦合理论,构建隧道开挖流固耦合模型。以湖南省湘西州古丈县张吉怀铁路毛坪村隧道施工为例,选取典型断面,采用COMSOL 模拟耦合作用下隧道开挖引起的围岩渗流场及塑性区变化规律,并将拱顶沉降值与现场实际观测结果进行对比。结果表明:隧道开挖扰动原岩发生应力重分布,使拱腰和拱底附近塑性区范围发生显著变化;对比不考虑流固耦合作用和考虑流固耦合作用下的模拟结果可知,流固耦合作用下隧道拱腰和拱底处围岩的应力值相对较高,高出的应力值最大可达0． 2 MPa,且流固耦合作用下隧道围岩变形稳定后,拱顶沉降值可达55 mm。采取喷砼支护措施后,隧道拱腰和拱底处的应力集中区范围显著减小,隧道拱顶沉降值可降低至26 mm。由此可见,流固耦合作用增加了围岩的应力和位移,支护措施减小了拱腰和拱脚处应力集中区范围和拱顶沉降值。     

半挂汽车列车联合制动系统性能仿真分析

为研究半挂汽车列车联合制动系统性能,建立了七自由度的半挂汽车列车整车动力学模型、非线性轮胎模型和制动系统模型,对液力缓速器以及联合制动系统在不同使用工况下的半挂汽车列车制动稳定性的影响进行了仿真分析。仿真结果表明:路面附着系数越高,液力缓速器的制动稳定性越好;湿滑路面应慎用液力缓速器;列车高速行驶时,不可直接使用液力缓速器高档,防止半挂车对牵引车冲击过大造成牵引车侧滑和列车折叠;列车在空载状态下也不可使用液力缓速器高档,以免使驱动轴抱死侧滑;满载状态下可直接使用液力缓速器恒速档,在车速不高的情况下,可以使用液力缓速器高档制动;当制动强度需求不高时,联合制动系统可以有效提高列车的制动效能,并保持良好的制动稳定性;而当列车紧急制动时,液力缓速器对制动效能的提高不明显,且会加剧列车失稳。     

流固耦合作用对螺旋桨强度影响的数值计算

为研究流固耦合作用对船舶螺旋桨强度的影响,并分析采用不同流固耦合方法所得计算结果的差异,结合实际工程,使用CFX对某船螺旋桨在特定工况进行CFD计算,并在ANSYS WORKBENCH中分别运用单向流固耦合和双向流固耦合方法对螺旋桨静应力及总变形量进行计算分析和比较,给出螺旋桨表面压力分布图,以及等效应力和总变形量随螺旋桨桨叶半径变化的关系曲线,并将二者计算结果进行对比.结果表明,采用不同流固耦合方法所得应力应变分布基本一致,最大等效应力出现在桨叶随边靠近桨毂处,叶梢位置变形最大.两种方法中采用双向流固耦合方法所得等效应力和总变形量峰值较大,且随着进速系数的增大,二者计算结果差距逐渐明显.     

液罐车液体侧向晃动多质量椭圆规摆模型

为深入研究液罐车整车侧向动力学行为, 探讨了椭圆形(圆形) 截面罐体等效机械液体侧向晃动模型; 基于计算流体动力学(CFD) 软件FLUENT, 评价了椭圆规摆(TP) 模型的预测精度, 分析了充液比、罐体截面椭圆率和激励频率对模型预测精度的影响; 提出了广义多质量TP模型, 通过合理分配液摆各部分质量及其间距来适应罐体截面椭圆率和充液比的变化; 基于Lagrange方法推导了广义多质量TP模型动力学方程, 给出了双质量TP (DMTP) 模型的质量比和质量间距参数的获取方法和拟合表达式, 并采用CFD方法评价了DMTP模型的预测精度。分析结果表明: 由TP模型得到的晃动力矩总体较CFD方法的小, 随着充液比和激励频率的增加, 预测误差变大, 充液比由30%增加到80%时, 峰值晃动力矩预测误差由15%增加到65%左右, 这主要是由于TP模型是在液体小初始倾斜角自由晃动条件下拟合所得, 当充液比和晃动频率较高时, 液摆的摆臂长度和参与晃动的液体质量都小于实际情况; DMTP模型在大部分充液比、罐体截面椭圆率和激励频率条件下都有相对稳定且较高的预测精度, 激励频率分别为0.2、0.3Hz时, DMTP模型的最大晃动力矩预测均方根误差均值和标准差分别比TP模型小54.2%、43.9%和45.1%、31.2%, 预测精度较TP模型有明显提高, 特别是能够较好地弥补TP模型在高充液比时预测误差较大的不足。      

引水压力钢管表面凹坑缺陷应力扩大系数及其估算方法

表面凹坑缺陷是水电站引水压力钢管中的一类常见缺陷。本文用三维有限元方法计算了引水压力钢管表面凹坑缺陷的应力扩大系数，研究了应力扩大系数随管壁厚度、凹坑深度及凹坑直径的变化规律和凹坑与凹坑间的交互作用；提出了凹坑应力扩大系数的估算方法，为压力钢管的使用、验收提供了数值依据。     

晃荡冲击影响下的潜艇运动实用稳定性分析

液舱内自由液面的晃荡会影响船舶的稳定性。通过引入实用稳定性的概念,研究了在晃荡影响下的潜艇运动实用稳定性。利用计算流体力学软件对潜艇横摇过程中液舱的液面晃荡进行了模拟计算,根据仿真结果,分析了液舱晃荡对潜艇稳定性的影响,建立了液舱晃荡和潜艇横摇运动的耦合作用模型。通过数值仿真,验证了在液舱晃荡影响下的潜艇横摇运动系统的实用稳定性,从而证明了该方法的可行性。     

Rigid-liquid-flexible dynamic formulation for a two-dimensional tank undergoing translational and rotational motion

Considering rigid-liquid-flexible coupling effect, dynamic formulation for a two-dimensional rectangular tank with liquid sloshing connected to a flexible beam is proposed. Differing from the traditional formulation which considered either the rotational motion or the translational motion of the tank, this formulation can be applied for rigid-liquid-flexible coupling dynamic analysis of tank undergoing translational and rotational motion based on the theorem of momentum and the theorem of moment of momentum. Furthermore, stiffening terms are included in the dynamics equations of the flexible beam. Firstly, the dynamic equations of the rigid-liquid coupling system and the flexible beam are derived, respectively, and then by introducing the Lagrange-multipliers, the rigid-liquid-flexible coupling equations can be combined with acceleration constraint equations. Finally, the mix differential-algebraic equations are solved to investigate the rigid-liquid-flexible coupling dynamic performance of the system.     

半刚性路面基面层间剪应力的计算与分析

基面层间推移破坏是目前中、低等级沥青路面典型的早期破坏之一。采用有限元法,对基层和面层之间的剪应力进行系统的计算,分析了路面结构参数和行车荷载的影响,得出了基面层间剪应力变化的一般规律,并提出了一些防治措施。     

320kA预焙铝电解槽电磁场分布计算与优化

利用ANSYS电磁场有限元法,建立了320 kA预焙铝电解槽三维电磁场有限元模型,计算了铝电解槽内的电场分布及磁场分布,计算结果与实测结果相吻合,验证了该模型的正确性.在此基础上提出了一种新型电解槽结构,并应用参数化设计语言（APDL）建立该结构的电磁场计算模型,以磁场为目标对该结构进行了整体优化.最终优化后电磁场分布表明：该结构铝电解槽能减小铝液层水平电流,磁场分布对称性好,有利于改善槽内铝液的流动状态,具备较大的节能潜力.     

层状复合顶板巷道稳定性分析

采用ANSYS有限元计算模型对层状结构岩层巷道开挖施工进行了弹塑性二维分析,发现巷道底板和煤帮中点位移随着巷道宽度的增加而增加,增加基本按照线性规律,增加幅度比较平缓,即底板和煤帮中点的位移对巷道宽度的变化不敏感．同时对巷道上部层状项板建立两端固支的力学模型,得到巷道顶板下沉的解析解,由此研究不同高跨比的围岩变形、应力变化模式和破坏特征,对层状岩层巷道的安全评价和支护有一定的指导意义．     

波浪激励下红土镍矿运输船舶倾覆机理

选取具有典型流态化货物特征的红土镍矿、高岭土与红砂土进行了临界含水率和流态化试验, 测定了其临界含水率; 利用激励横摇装置开展了不同激励幅值与频率的激励横摇运动试验, 对比了3种不同货物在不同含水率下倾覆力和力矩的时历特性; 设计了倾覆机理试验, 选择临界含水率红土镍矿作为试验样本, 在波浪水槽中造波激励舱段横摇运动, 再现了红土镍矿运输船舶的倾覆过程, 利用高速摄像机记录了自由液面变化情况, 通过图像处理技术对自由液面进行分割, 根据自由液面情况分析了红土镍矿运输船舶倾覆过程中舱段的浮心和重心变化。试验结果表明: 红土镍矿、红砂土、高岭土的临界含水率分别为33.6%、22.0%、39.4%;对于具有不同性质的土, 在相同激励条件下, 晃荡力与力矩呈现出不同的性质; 当相位差为90°与270°时, 不对称力矩较相位差为0°与180°时增大4.37倍; 红土镍矿运输船舶倾覆主要原因为流态化货物晃荡导致横摇力矩增大、动稳性降低而发生倾覆, 同时, 晃荡力矩与货物性质、激励周期、黏性、激励幅值等多种因素有关。      

高速列车轴箱圆锥滚子轴承滚子的对数修形

应用轴承载荷分布理论计算了最大滚动体载荷,建立了高速列车轴箱圆锥滚子轴承单个最大受载滚子的三维切片模型,进而运用有限元软件ABAQUS,对不同工况下三种对数凸形的滚子与内、外圈的接触应力及等效应力进行了探究;并对对称对数修形在三种工况载荷下,不同修形量与接触应力的关系进行了研究.得出对称对数修形效果最佳,非对称修形次之,并给出三种工况的最佳修形量数值.     

三维应力奇异单元自动生成的通用算法

用1/4奇异单元模拟裂纹尖端奇异性已经成为断裂力学数值计算的重要手段.目前三维奇异单元主要是靠人工手动生成奇异节点,然后再生成单元,这种方法工作量大、效率低,尤其是对复杂结构或裂纹形状更是难以实现.这里研究了各种形状三维奇异单元自动化生成的通用算法,并编制了计算程序,最后通过算例验证了算法的正确性.