求解循环对称结构的伪单元法

 对于循环对称结构的求解,在引入循环对称条件时,需对有限元总刚进行行变换和列变换,这将改变总刚的带宽和非零元素的位置。本文提出了求解循环对称结构的伪单元法,用三种伪单元实现上述各变换项的改变量,无需形成完整的总刚矩阵,从而大大地提高了计算机的解题能力。文中用算例进行了说明。     

缘板及叶冠间的接触状况及其对叶片位移和应力的影响

1.计算方法及其实验验证 本文用分析法见文献[1],这里以WS9高压二级涡轮转子叶片(简称WS9叶片)为例来说明方法的特点。该转子轮盘上均匀安装110片叶片,组成具有循环对称接触结构的叶片环,有接触表面的循环对称结构。据此,可将图1所示的一片叶片取作基本段分析,但同时必须在该叶片一般有限元刚度方程中引入缘板及叶冠的循环对称接触表面(叶冠的A1侧面与A2侧面,以及缘板的B1侧面与B2侧面)处的循环对称接触     

循环对称结构特征值问题的复数域子空间迭代法

提出求解在循环对称结构固有特性问题的研究中出现的复Ｈｅｒｍｉｔｅ阵特征值问题的复数域子空间迭代法。根据Ｔｈｏｍａｓ等人提出的理论，生成循环对称结构任一子结构的复约束质量阵和复约束刚度阵。根据本文提出的办法，生成一个包含ｑ个相互质量正交归一的复向量组成的初始里兹迭代复向量组，并将原广义特征值问题的求解空间投影到由这ｑ个复向量张成的Ｋｒｙｌｏｖ空间上可很方便地在ｑ维Ｋｒｙｌｏｖ空间上进行广义复Ｈｅｒｍｉｔｅ矩阵特征值问题的求解。     

布雷顿、逆布雷顿循环组成的联合循环(火用)分析

利用热力学第二定律分析了布雷顿、逆布雷顿循环组成的联合循环,得出了联合循环各部分的（火用）损失及系统的（火用）效率表达式,确定了循环中（火用）损失最大的位置,并由数值计算分析了各种参数对联合循环（火用）效率和其他特性的影响.     

多晶镍基合金循环塑性细观本构关系

基于晶体塑性的本构理论,考虑金属材料晶体细观塑性变形流动的各向异性性质及晶体滑移的非线性运动硬化,以Voronoi多晶集合体作为材料的代表性体积单元(RVE),用晶体塑性模拟描述ZSGH4169多晶镍基合金材料的细观本构关系,对ZSGH4169多晶镍基合金进行了晶粒尺度的对称和非对称循环细观分析.通过对称循环数值模拟表明:该模型适合模拟金属材料循环试验中常见的应变硬化现象和Bauschinger效应;通过非对称循环数值模拟表明该模型具有对棘轮效应的描述能力,计算中发现背应力的演化对滑移切应变率有很大的影响,滑移切应变率的数值很大程度取决于背应力演化主导的非线性硬化过程.      

大规模混合网格的分区策略研究

在飞行器阻力数值模拟中常常需要数百万网格点的巨型混合网格,甚至需要网格点数达到数千万的超巨型混合网格.在并行计算前往往需要对这些大规模混合网格进行分区操作.针对Metis库函数所需要输入的大规模边表的生成问题,提出了一种生成边表的并行算法,并运用此算法,在微机机群上对具有4,787,893个网格点的DLR-F6翼型(翼身组合体 挂架 发动机短舱)的巨型混合网格成功地生成21,556,110条边的大规模边表,进而采用Metis提供的多级循环二分法顺利地对该巨型混合网格实现均匀分区,从而验证了该并行算法的有效性.     

多级叶盘结构动力特性分析的一种方法

因各级转子叶片数的不同,基于传统循环对称法的通用有限元程序无法直接用于多级叶盘结构动力特性分析.发展了一种方法,分别对每一级扇区模型施加相应的循环对称边界条件,级间则通过施加自由度耦合来保证位移场的连续.若对每一级叶盘结构选取合理的扇区数目进行建模,最大程度地考虑级间耦合效应,则精度可进一步提高.由于循环对称边界条件和级间耦合通过对位移自由度施加约束方程来实现,因此该方法易于在通用有限元程序系统中实现.对两级叶盘结构分别采用该方法和全环模型进行动力特性分析,两种方法的频率差控制在3%内.探讨了多级叶盘结构中级间耦合对模态的影响,在低节径模态两级叶盘结构耦合效应较为明显,随着节径数的增加,耦合效应降低.      

基于部件模型的超临界二氧化碳布雷顿循环性能计算

为了研究超临界二氧化碳布雷顿循环在设计状态和非设计状态下的性能,建立压气机、涡轮及换热器等主要部件的部 件模型。给出各部件在共同工作时需要满足的平衡方程,同时建立求解稳态特性计算模型的非线性方程组,进而发展出1 种超临 界二氧化碳布雷顿循环非设计点性能计算方法和对应程序。针对简单布雷顿循环和再压缩布雷顿循环分别建立2 种模型,并计算 分析了转速、压气机和涡轮进口温度对发动机性能的影响。结果表明：在设计状态下,再压缩布雷顿循环的效率高于简单布雷顿循 环的效率;在非设计状态下,再压缩布雷顿循环的性能降低速率更快。     

圆锥脉冲等离子体诱导流场特性分析

对等离子体诱导流场特性进行研究,有利于解决双稳态非对称分离涡带来的连续比例控制困难的问题。在封闭光学玻璃箱体内,应用介质阻挡放电等离子体对20°顶角圆锥附近静止大气进行了定常和脉冲循环控制,对等离子体诱导的圆锥截面绕流速度场进行了二维PIV测量,对定常控制和脉冲循环控制下最大绕流速度及最大轴向涡量进行了比较分析。实验结果表明：相对于定常控制模式,脉冲循环控制下沿垂直于圆锥截面对称面径线分布的时间平均切向速度和轴向涡量范围较广;在脉冲循环控制下,动量传递的主要表现在离散涡的形成而不是气流的加速。     

机载蒸发循环制冷系统仿真与试验研究

在MATLAB/SIMULINK环境下建立了机载蒸发循环制冷系统的仿真模型.分别在3种典型工况下对系统进行了仿真计算并在相同工况下在蒸发循环制冷系统试验平台上进行了地面试验,得出了影响系统性能的主要参数和影响程度,以及不同工作状态下各参数的变化规律.通过比较仿真与试验结果,证明仿真结果基本正确,采用蒸发循环制冷系统的仿真方法可行.仿真结果可为机载蒸发循环制冷系统的理论研究和设计提供参考.     

轮盘-叶片组件的统一应力分析

本文用含接触面的循环对称计算模型进行轮盘-叶片组件的统一有限无应力分析。此法考虑了榫头与榫槽间的三维接触传力,利用循环对称性,不人为假定轮盘切开处的边界条件,可同时得到轮盘及叶片中的应力分布。还用另外五种简化计算模型来分析同一计算对象。将所得结果同含接触面的循环对称模型的计算结果作比较,评价了简化模型的适用性。     

干摩擦面上接触应力分布的混合分析法

为准确而方便地获得诸如航空发动机风扇（转子）叶片凸肩（叶冠）之间的干摩擦接触面上的应用力分布，将光测弹性实验方法与有限元数值计算方法结合，建立一种求解接触应力的滋合法。用云纹干涉法提取光弹模型接触面的位称作为计算的边界条件，获得接触面上的接触应力。该方法提高了计算方法的精度和效率，也克服了单纯用实验方法求解接触应力的困难和花费大的缺点。应用混合法分析了航空发动机带凸肩风扇叶片在高速旋转时凸肩间接触面上的接触应力，比较混合法一光弹性法所得接触应力分布，两的结果比较一致。     

周期对称性在叶盘结构瞬态响应求解中的应用

研究了利用结构周期对称性计算叶盘结构瞬态响应的方法.首先用ANSYS得到扩充扇区的刚度和质量矩阵,通过周期对称边界上节点的对应关系得到扩充扇区到基本扇区的转换矩阵.利用叶盘结构中各扇区所受载荷的特点,得到任意时刻载荷的空间分布,并对其进行Fourier展开,以得到周期对称模型的载荷.采用Newmark法进行时域积分,利...     

细长管道耦合振动频率特性及结构可靠性分析

本文针对细长流固耦合作用系统,采用弹性-声学梁模型,用“质量流”作流体变量,位移体结构变量,得出了对称的有限元耦合方程,并据此进行了实例分析。再以渗漏作为管道失效的标准,根据概率断裂力学模型,考虑循环振动应力的影响,用蒙特-卡罗法对管道失效现象进行了数字模拟,给出了不同循环数和循环应力下的失效概率。     

考虑离心力与热应力非连续界面的微动磨损

航空发动机、重型燃气轮机等旋转机械的组合转子轮盘间多采用非连续界面连接,通过建立两轮盘的环形平面接触有限元模型,并进行冷态预紧、升速工况下的结构分析及稳态温度场下的热-结构耦合分析。研究了环形接触界面的接触应力、切应力、磨损深度等微动参量的演变规律。结果表明:预紧力单独作用下接触应力从内径到外径逐渐减小,内径处接触应力和切应力最大,磨损最严重;随转速升高,离心力增大,接触界面的最大接触应力增大,最小接触应力减小,造成接触应力分布不均匀程度及磨损加剧;稳态温度场导致盘间接触应力均值大幅度上升,严重加剧轮盘间磨损;从盘间接触应力分布均匀性与界面微动磨损情况来说,热载荷是造成组合转子非连续界面微动磨损的主要因素。     

氦气涡轮转子系统整体数值仿真研究

针对氦气涡轮转子系统中各构件复杂的非线性接触关系及结构强度问题,采用Pro/E建模软件对氦气轮机转子系统进行了3维实体造型,并利用ANSYS软件进行了数值仿真强度分析。真实模拟了涡轮转子在4种工况下的应力分布以及变形趋势。结果表明:除接触应力和开孔处应力较大外,在转子轴系整体强度计算中,各级轮盘盘心处应力较大。根据各工况下的计算结果比较分析得出,离心力对盘心处的应力影响最大,对温度场的影响次之。     

热膨胀诱导的转子轴向窜动与摩擦振动

对非均匀温度场以及温度时变特征的影响进行量化,研究热膨胀引发的转静件间隙变化及其接触挤压,将Hertz点接触挤压模型改进为环带面接触挤压形式.在此基础上建立了考虑面摩擦作用的转子动力学模型.最后采用数值积分法对模型进行求解,并研究升温时段和恒温时段环带面摩擦力对系统的影响.分析表明热膨胀诱导的转静轴向间隙变化所引发的摩擦是转子系统典型故障之一,也是影响发动机正常运行的重要因素.      

非定常预处理方法在倾转旋翼飞行器悬停状态气动干扰模拟中的应用

针对倾转旋翼飞行器的多种速度尺度并存的复杂流动问题，发展了能够统一求解同时包含不可压缩流动和可压缩流动的非定常预处理方法和一种考虑了流场物理信息传播方向的预处理远场边界条件。结合适用于倾转旋翼飞行器的复杂外形及大位移问题的非结构混合网格技术和重叠插值技术，建立了倾转旋翼飞行器的数值模拟方法。在此基础上，首先通过悬停算例验证了数值方法的有效性，确定了选择预处理截断参数的原则。然后探究了倾转旋翼飞行器直升机模式悬停状态的尾迹涡结构演化过程，研究了“喷泉效应”和“地面效应”对倾转旋翼气动性能的影响。计算结果表明，旋翼尾迹涡的耗散在不同方位角存在较大差异。“地面效应”抑制了旋翼尾迹的发展，提高了旋翼整个方位角区域的升力系数，而不仅限于机翼上方方位角区域。 “地面效应”作用强于“喷泉效应”作用，使旋翼相对于孤立旋翼拉力系数略微增大了5.26%，但同时整个倾转旋翼飞行器的总的向上的力只有孤立旋翼拉力的82.46%。结论表明预处理方法和预处理远场边界条件能够较好地模拟倾转旋翼飞行器悬停状态的干扰流场，兼顾了数值计算的耗散性和稳定性。气动干扰对倾转旋翼飞行器整体气动性能有重大影响。