航空发动机管路流固耦合振动的固有频率分析

为研究流体哥氏力和管路参数等因素对航空发动机管路固有振动频率的影响规律,采用Galerkin方法建立了管路流固耦合数学模型,并通过复特征值分析得到了系统的固有频率。通过将采用Galerkin方法的计算结果与试验测试数据进行比较,验证了Galerkin方法的正确性;给出了试验管路的临界流速,并研究了流体哥氏力和管路截面尺寸对系统固有频率的影响。结果表明:试验燃油管路实际流速远小于发生屈曲失稳的临界流速;哥氏力对不锈钢和钛合金2种管材燃油管路固有频率的影响很小;相同壁厚管路,外径越小,流固耦合对固有频率的影响越大。     

充液管路固有频率试验与计算分析

为验证用有限元法计算充液管路固有频率特性的有效性,实现充液管路振动特性仿真,分别采用有限元分析和试验测试手段,对充液管路固有频率进行了试验和计算分析。对自由状态的空管、填充滑油和填充燃油三种状况的管路应用锤击法进行了振动测量,同时用ANSYS有限元分析系统对这三种状况管路固有频率进行了计算。通过计算与试验,分析了不同管径、不同管材、流体压力和流速、温度等因素对固有频率的影响,特别是得到了充液管路对比空管的固有频率下降规律,构建了考虑充液等因素的航空发动机管路固有频率计算模型。      

流-固耦合计算的应用研究

为了解决用常规算法求出的流体与固体对流换热系数的不真实性问题,采用了流固耦合计算方法计算固体壁面的温度.其中采用模型模拟湍流流动,用壁面函数法修正处于流场内部的固壁,通过固体和流体双向耦合换热计算,得出了整个流场、温度场包括(固体部分和流体部分)的分布.     

航空发动机空间管路系统的流固耦合振动特性

为了分析航空发动机空间管路系统的振动特性,提出了一种采用自定义管单元建立输液管路流固耦合有限元模型的方法.模型中的自定义管单元考虑了管路的横向流固耦合振动、轴向振动和周向扭转振动.管路系统中的支承采用非线性弹簧单元模拟.通过将自定义管单元的仿真结果与试验测试数据和经典理论解进行比较,验证了自定义管单元的正确性.研究了实际空间管路系统振动固有频率和响应特性.研究表明:随着内压增大,固有频率和临界流速均减小.同时得出了非线性刚度系数和激励幅值对管路系统简谐激励下受迫响应的影响规律.      

基于流热固耦合的航空发动机涡轮叶片仿真分析

为真实模拟某型民用航空发动机涡轮叶片的实际工作状况,需要同时考虑气动力、热应力、离心力三者共同作用,找出该型民用航空发动机涡轮叶片的疲劳危险部位。本文基于某型民用航空发动机实际快速存取记录器（QAR）飞行数据,利用ANSYS Workbench仿真软件对航空发动机涡轮叶片进行流热固耦合有限元仿真分析。结果表明,涡轮叶片等效应力和等效应变云图变化基本一致,最大应力和应变出现在涡轮叶片叶身与缘板交接处的前缘和后缘,最大应力和应变分别为4601.4MPa和0.026,且与其他部位数值相差较大,可将其列为疲劳危险部位,为后续研究涡轮叶片寿命预测分析和结构优化提供技术参考。     

压气机叶片流固耦合数值计算

采用流固耦合方法对压气机单排跨声叶片进行气动弹性数值模拟.首先对压气机流场进行三维定常求解,并与试验结果进行比对.在定常流场分析的基础上,进行流固耦合计算,采用非定常方法分别求解流体域Navier-Stokes(N-S)方程和固体域结构动力学方程.耦合过程中,流体域和固体域在物理边界上进行能量传递.计算结果表明:所采用的流固耦合数值方法用于判断叶轮机械叶片气弹稳定性是可行的,可以得到叶片的瞬态响应,从而判断叶片是否发生颤振.      

基于CFD计算域分区耦合技术的航空微型溢流阀流固耦合全域数值计算

飞机液压作动系统微型插装式溢流阀具有微形流道结构,内部瞬时流体输运规律及诱发两相流的机制尚不明确,产品特性参数对性能的影响尚未明晰,亟需发展相关的仿真模型进行分析研究并开展实验验证工作。以某航空液压作动系统用微型插装式溢流阀为研究对象进行了仿真和试验研究。在仿真计算时,考虑了阀芯运动造成的溢流阀全域结构变化以及边界条件迁移的影响,在流固耦合的基础上提出了一种针对该型溢流阀流道结构的CFD计算域分区耦合技术,并以此完成了全域数值计算模型的建模工作。基于全空化模型、湍流模型和阀芯动力学计算模型,该CFD仿真模型可实现对溢流阀全工作周期内瞬态特性的准确模拟,可得到流体压力场、流体速度场、空化相变特性及运动组件动力学特性随阀芯动作的动态衍变规律。另一方面,搭建了溢流阀性能试验台用于验证仿真模型的正确性。并基于代理模型技术构建了CFD模型输入输出之间映射关系的Kriging模型,极大提升了原模型的计算效率。将其应用于较大计算规模的模型评估,以此进行了启闭及流量特性参数对输入参数的全局灵敏度分析。最后,以结果指导产品研制过程的优化。结果表明：该型溢流阀的启闭过程连续、迅速且稳定,可有效保障系统安全。仿真得到的压力-流量结果与试验数据较为吻合,全周期内最大误差保持在5%以内。弹簧特性和位移限制位置对溢流阀的启闭特性产生较大影响,需要在研制过程进行重点关注。本文工作有助于深入理解微型插装溢流阀内部复杂流动机理,可对其研制过程形成理论指导,对其所处液压作动系统的运行可靠性和稳定性提升具有较为重要的价值。     

液压油管流固耦合动力学分析

文中采用Matlab软件有限元分析和ANSYS软件仿真,对简谐集中载荷作用下的液压管路系统进行流固耦合动力学分析。主要研究工作包括在无阻尼空管、有阻尼空管、无阻尼油管和有阻尼油管4种工况下的模态分析、时域响应分析和频域响应分析。研究结果表明,油管比空管的各阶固有频率降低12%以上;管道充油的减振效果不明显;系统加上阻尼能起到降低振幅和稳定振幅的作用,同时,可以大幅降低共振响应幅值,但是,对远离各阶固有频率激振响应的影响很小。     

航空发动机管路系统动力学特性综述

航空发动机管路系统主要承受来自机匣和管内流体的耦合激励作用,不同位置机匣传递的基础激励不同,如高低压转子振动、气动载荷、燃烧室火焰脉动和气动噪声激励等,管内流体激励包括介质压力脉动及管路形状改变造成的介质冲击载荷等;同时不同管型的管路通过卡箍、支架、接头等连接部件与机匣和附件相连,存在大量的结构耦合,这些都极易引发管路系统在多源载荷激励下的振动超限,诱发管路及卡箍产生裂纹等故障。为了提高管路系统服役期间的可靠性,在设计阶段需要开展动力学优化设计,并提出相应的设计标准及规范。目前管路系统动力学方面的研究主要聚焦在飞机、舰船及其他输油管路,针对航空发动机管路系统动力学特性的研究相对较少,对管路系统主要支撑部件卡箍静力学及动力学特性表征、弹支边界管路系统动力学特性、流固耦合管路系统动力学特性及管路系统动力学优化这4个方面的研究现状进行了总结与展望,旨在为航空发动机复杂管路系统设计及振动控制提供理论支持和技术指导。     

内并联式 TBCC 进气道分流板流固耦合分析

TBCC内并联式进气道有共用的气流捕获进口和内压缩段,气流经过内压缩段后,再分为2路,分别流向涡轮发动机压气机和冲压发动机燃烧室,本文以内并联式TBCC进气道分流板为研究对象,研究在进口马赫数为2.5,分流板分别在0°和-3°位置时的流固耦合动态特性。为了简化计算模型,本文分流板的模型为实体模型,材料选定为45钢,不考虑重力和壁面传热的影响。仿真结果表明:(1)分流板呈现超声速颤振现象;(2)分流板位置为-3°的最大应力值较0°位置时增加了18.6倍,参考点Tip-Point y方向的最大位移增加了18.94倍。流固耦合分析可以更加真实的研究TBCC进气道分流板实际工作中的动态响应现象,为工程设计提供一定的技术参考。     

边界元的耦合界面步进法分析物体撞水响应

计算物体的撞水响应目前已有了一些专用的算法。在分析和比较这些算法的基础上,提出了一个解撞水问题的边界元耦合界面步进法,该方法不仅可充分发挥边界元计算半空间流场的优越性,更主要是在加速收敛方面有其独到之处。给出圆柱刚体和楔形刚体两个撞水算例,结果表明了该方法的可靠性和有效性。     

传输管道流固耦合振动的模态分析

通过线性化假设,并进行Ｌａｐｌａｃｅ变换,导出了流体的流量、压力与管道的应力及位移之间的网络模型,通过求解特征根和特征向量建立起其传递矩阵,在该模型的建立中,首次考虑了频率相关摩擦项的影响,对仿真精度有较大的提高。另外在空间管的节点耦合中,给出了两次坐标变换的方法,解决了空间管道的通用耦合算法,甚至可用于空间曲线管路的近似计算。大量的试验结果与仿真结果的比较证明了该方法的正确性。     

充液弯管固有频率试验与计算分析

针对航空发动机管路固有频率的影响,通过对2种材料、8种直径的L型发动机弯管在充入燃油、滑油等不同条件下进行了大量自由态固有频率试验,分析并得到了管路材料、直径、油液质量等参数对发动机充液弯管固有频率的影响规律.采用ANSYS软件管单元方法进行了相应的固有频率有限元计算.通过与试验结果对比分析,验证了用管单元计算方法替代大试验量的高效性和适用性,可为今后的发动机管路敷设工作提供一定的参考.     

基于剖面翘曲修正理论的复合材料叠层梁动态特性分析

 利用复合材料叠层结构剖面翘曲修正理论和瑞利原理,导出了叠层梁的固有振动方程,然后利用升阶谱有限元法作数值计算,给出了叠层梁的动态特性及相应的动应力分布。与一阶剪切理论相比,指出一阶剪切理论在高频计算时有较大的误差     

结合损伤力学与有限元方法预估铆接结构疲劳寿命

利用飞机铆接试验件疲劳试验数据,结合损伤力学与有限元方法,通过MATLAB调用ABAQUS进行损伤演化方程参数的遗传优化反演。将反演得到的损伤演化方程用于飞机结构疲劳寿命预估中,对机翼蒙皮锪窝形式的铆接结构进行了寿命计算和分析,并与试验数据作对比,证明了方法的可行性。     

基于有限元法的永磁同步电机定子固有频率研究

定子模态分析是研究永磁同步电机(PMSM)电磁振动噪声的重要环节,对定子固有频率进行准确预测是抑制PMSM电磁振动噪声的基础。运用解析法分析了影响定子固有频率的主要因素。建立了定子系统各部分有限元仿真模型,通过有限元仿真和相关数据处理分析研究了绕组、机壳和端盖对定子固有频率的影响。结果表明:当绕组等效弹性模量低于某一临界值时,会使定子固有频率降低,而高于该临界值时,会使定子固有频率升高;机壳和端盖均会使定子的固有频率大幅度提高。     

带关节轴承的 波纹管式功率分出轴模态计算方法

通过锤击法对带关节轴承的波纹管型功率分出轴进行了固有频率测试,对关节轴承结构采取一般静力学接触建模的方法,对功率分出轴进行了模态计算。通过对比,发现误差较大,这是由于ANSYS在进行非线性模态分析时忽略了关节轴承的刚度。提出采用弹簧单元来模拟关节轴承刚度特性的方法,通过计算发现,功率分出轴的固有频率直接与关节轴承刚度呈线性关系,当取弹簧单元的等效刚度为8.5×105N/m时,仿真计算结果与试验结果一致,说明该方法可以较好地模拟带关节轴承波纹管联轴器的模态特性。     

基于有限元法的输液管路稳定性可靠性研究

为分析航空发动机空间管路系统的稳定性可靠性问题,提出了一种采用有限元法和蒙特卡洛法相结合的分析方法。方法中采用有限元法建立空间管路系统流固耦合模型,定义了稳定性失稳的极限状态函数,采用蒙特卡洛法进行稳定性可靠度计算。典型工程算例的计算结果表明:给定流体流速的均值,发散失稳的概率随流体流速的变异系数可能增加或减小;给定流体流速的变异系数,随流体流速均值的增加,管路系统稳定性极限状态函数由服从连续概率密度函数变为服从混合概率密度函数。研究结果对于航空发动机输液管路的稳定性可靠性设计和评估具有参考价值。      

U型变曲度蒙皮精确闸压有限元建模与参数影响分析

钣金类零件的制造是根据自身经验来制定生产工艺的,一直以来对工艺的革新较少,造成生产合格率偏低、成本高。而影响板材冷成形性能最主要的因素即为材料自身的成形性能。以U型蒙皮为研究对象,进行试验研究与材料分析,为有限元模型提供参数与验证。基于弹塑性有限元理论,通过测试毛坯材料的应力应变数据,建立材料的本构模型,准确预测闸压过程中钣金结构的应力、应变和回弹量。创建闸压成形仿真模型,模型验证后,进行闸压后试片内部应力应变分析、试片厚度,以及回弹分析。基于建立的有限元模型进行了毛坯材质与闸压方向的影响分析。