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.      

考虑流体介质影响的管路模态特性分析

针对航空发动机外部管路的动力学设计需求及湿模态特性求解问题。应用铁摩辛柯梁理论和能量法推导得到流体质量、压强、流速等综合影响下的管路湿模态振动方程,并基于软件ANSYS现有管单元,通过引入自定义附加刚度和阻尼单元建立了流体压强和流速影响项的等效方法,实现了考虑流体因素影响的管路模态特性计算。结果表明:流体压强引起的横向压力差会降低管路弯曲刚度,而压强引起的轴向张力会提高弯曲刚度,压强作用效果与管支点的轴向约束程度和管材泊松比有关。流体速度对管路湿模态影响与边界条件、振型和管路轴向伸长有关,在高流速时,模态频率可能为零,即出现屈曲失稳现象。      

关于曲管振动声弹耦合程度的研究

讨论3种不同圆心角的两端固支曲管在其平面内的声弹耦合振动及其影响因素。研究了流体固体的刚性比α、截面特性比γ和质量比β等因素对声弹耦合程度的影响以及对系统声弹耦合振动频率的影响。结果表明,α与γ的乘积ζ是影响曲管声弹耦合振动的重要参数。随着ζ的增加,结构振动与流体声波压力脉动由非耦合变为耦合。二者的耦合导致系统特征值迅速下降,直至失稳。     

水平T型管两相流流致振动实验研究

以水平T型管为研究对象,开展了两相流输运管道流致振动实验,研究了T型管在气液两相流作用下的振动响应,重点考察了不同气液表观流速下段塞流对流体脉动压力和管道振动响应的影响规律.研究结果表明:T型管相分离现象主要与流体所受惯性力有关,径向及轴向分支管路相分配随气相表观流速增加趋向均匀;段塞流引起的脉动压力频段范围集中在0～15 Hz以内,压力幅值随气相表观流速的增加而增大;段塞流引起的结构振动以垂向振动为主,且振动幅值随气相表观流速增大而增大;T型管的振动与管内气塞和液塞的交替运动有关,两相流作为宽频激励主要激起管道的运行模态并以一阶振动模态为主;主管路两相流平均动量高于分支管路,主管路振动响应幅值最高,峰值频率最小;轴向分支管路由于相分离现象导致液相占比增大,流速减小,易出现因液柱堵塞引起的流体冲击现象,轴向分支管路振动响应幅值高于径向分支管路.     

复杂空间载流管道系统流固耦合动力学模型及其验证

 针对飞机复杂管路系统振动分析,提出了一种复杂空间管道系统流固耦合动力学模型,在模型中用梁单元对管道进行了离散,每个节点考虑了x、y、z这3个方向的平动以及绕x、y、z这3个方向的转动,共计6个自由度;在单元中考虑了流固耦合效应,计及了流体流速对管道振动的影响;建立了管道与基础、管道与管道间的弹性连接,以适应多个管道之间的耦合振动分析;模型采用Newmark-β数值积分法获取系统响应。针对实际液压试验台的空间管路系统,利用锤击法进行实验模态分析,将本文模型的仿真结果与实验结果和商用有限元软件ANSYS Workbench的计算结果进行了分析比较,验证了本文模型的正确性。最后,仿真计算了流固耦合作用下流速对管道系统固有频率的影响规律。     

含分层损伤复合材料层合板振动特性

针对复合材料层合板分层损伤区域上、下子板的畸变模态,采用自定义矩阵单元模拟其损伤区的接触刚度,建立了一种合理的层合板分层损伤有限元振动分析模型;在此基础上研究了分层深度和分层大小对复合材料层合板振动特性的影响.数值模拟结果与实验结果的对比表明:采用的自定义矩阵单元可以有效地模拟层合板的分层损伤,模态计算值与实验值的最大误差为10.67%,最小误差为0.34%;分层深度和分层大小对复合材料层合板振动特性有较大影响,随分层深度变化,固有频率最多下降50%;随分层大小变化,前4阶固有频率最多下降12%.      

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。      

弯曲方管内爆燃向爆震转变特性

为缩短爆震管轴向尺寸,采用曲管爆震管替代直管爆震管.基于弯曲方管实验器,进行了二维数值仿真计算,研究了点火位置、点火能量及弯曲段曲率半径对爆震波形成及传播的影响规律.数值模拟结果表明:爆燃向爆震转变(DDT)时间随弯曲段曲率半径增大而减小,DDT距离在弯曲段曲率半径最大时达到最小值;点火能量越大,爆震管内激波强度越大,DDT时间越小;在距离爆震管进口300mm处点火时,爆震管内爆震波压力峰值最大,DDT时间最短.     

螺旋折流板换热器壳程流动特性研究

利用激光粒子图像测速（PIV）技术在有机玻璃模型上对螺旋折流板换热器的壳程流动特性进行了实验研究。结果表明,螺旋折流板换热器管间流体斜向冲刷管束。管间流场中非稳定区的流体由于接近换热器的轴心,受三角区漏流的影响,流速沿轴线方向呈上升趋势,且具有较强的轴向速度。稳定区内的流体流动较为平稳,其切向速度较高,具有明显的旋流特征,是换热效果较好的区域。管间流场的流体具有沿轴线方向波动的径向速度,可以增加流体的扰动,有利于传热。在管束外围,折流板与简体之间的漏流会增加流体的轴向速度,而搭接区的漏流则使得流体的切向速度增加而轴向速度减小。漏流对流体流速的影响会沿着轴线方向不断减小,流体流速趋于稳定。     

弹性地基两端铰支输流管的模态和固有频率

根据对单元体受力分析推导出了弹性地基输流管道的振动微分方程,应用分离变量法和数值方法计算了弹性地基输流管道在两端铰支情况下的模态和固有频率。研究了固有频率与管道内输送流体流速之间的关系;重点讨论了弹性地基、质量比、轴向力对固有频率与流速之间关系的影响,结果表明这些系数对于输流管道的振动特性有显著的作用。     

曲线管道内颗粒运动及对管壁磨损的数值分析

根据张量分析理论,推导出非正交曲线柱坐标系中颗粒的运动方程。对三种类型弯管内两相流动的颗粒运动轨迹,颗粒与管壁面的碰撞以及颗粒对壁面的磨损进行了数值计算。     

卡箍刚度的有限元计算与实验测定

准确确定卡箍刚度对管路系统的振动特性分析具有重要意义。本文针对航空发动机管路系统中不同卡箍的结构特点,建立了计算卡箍刚度的有限元模型。对单管接地卡箍及双管悬地卡箍的刚度系数进行了有限元计算,还对一典型双管悬地卡箍刚度进行了实验测定。通过卡箍刚度计算结果与实验结果的对比表明,本文建立的卡箍刚度计算方法可用于管路系统振动特性分析工程实际之中。      

纤维缠绕复合材料弯管强度分析

基于ANSYS有限元分析软件，利用其中的层合板单元，对纤维缠绕复合材料弯管的强度进行分析，并进一步预测了弯管的破坏压力。通过与试验结果的对比，验证了分析模型和分析方法的有效性，为分析纤维缠绕弯管结构的强度提供了一种有效的途径。     

基于ANSYS Workbench的压接修理民机液压管路振动特性分析

探究振动环境中管径为1/4 in的民机液压直管的最佳压接修理尺寸。首先,建立压接修理民机液压直管与流体的有限元模型,在ANSYS Workbench中对该模型进行有限元仿真分析得到其前6阶固有频率;然后,用三综合振动试验台对压接修理民机液压直管进行扫频振动试验,得到其前6阶固有频率,将试验结果平均值与仿真结果进行对比,结果误差较小且曲线拟合良好,验证了有限元仿真分析的合理性;最后,对压接修理民机液压管路进行受力分析,并以压制区域公差和压接长度为变量分别对压接修理民机液压直管进行固有频率、最大应力以及沿Y、Z轴方向的最大位移响应进行分析。结果表明：压制区域公差为4 mm、压接长度为39 mm时,管路的固有频率较大,应力及位移响应较小,此时,最大应力及位移响应集中分布于压接接头处,且与受力分析结果一致。     

不同直径光滑圆管中黄原胶溶液流动减阻特性的实验研究

采用实验的方法,测试了黄原胶溶液在不同直径的光滑管道流动中的减阻特性和管径效应。其中变化参数为：（1）管道直径,共有3种管径,分别为5、10和20mm;（2）黄原胶溶液的浓度,变化范围为50~550ppm;（3）流速,用广义雷诺数（ReM）来表征,变化范围为0~50000。实验测量了不同参数下的管道压降Δp和体积流量Q,得到了黄原胶溶液浓度与减阻率的关系,以及ReM数对沿程阻力系数λ的影响,观测到黄原胶溶液减阻具有很明显的浓度效应,即随着溶液浓度的升高减阻率不断增大,直至达到最佳饱和减阻浓度,减阻率基本保持恒定。还观测到黄原胶溶液在不同管径中高低流速下表现出减阻类型的差异。     

卡箍对飞机液压管道动态应力的影响分析

以某型飞机液压管道为研究对象,使用六面体实体单元对管道进行有限元建模,并结合真实的发动机舱载荷曲线、飞机导管极限工作压力脉冲和管道压力脉动,计算了管道的动力响应;研究了卡箍对管道动态应力的影响,并与国军标《GJB 3054-97飞机液压管路系统设计、安装要求》提出的施加卡箍的原则进行了对比,结果达到了较好的一致性;在国军标的基础之上,提出了管道中的弯管卡箍配置原则。所得研究结果为管道振动抑制技术中卡箍优化配置提供了依据。     

飞机燃油管路功能可靠性及其灵敏度分析

基于哈根-伯肃叶公式,建立了考虑各种流动损失的飞机典型燃油管路系统的失效模型,采用蒙特卡洛法进行可靠性建模,在考虑管长、管直径和液体密度等参数随机分布的基础上,利用该模型分析了不同飞行状态下和使用不同渐扩管时飞机燃油管路系统的功能可靠性。并利用蒙特卡洛法对燃油管路的功能可靠性灵敏度进行了分析。研究结果可为飞机燃油管道系统设计和评估提供依据。     

液体推进系统充填过程的有限元状态变量模型

研究了常温推进剂液体火箭发动机充填过程的建模问题。对推进剂充填管道系统进行有限元分割，应用基本守恒定律于充满推进剂的单元和充满气体的单元，两相单元则采用等效流容方程，建立了常温推进剂管道系统充填过程的有限元状态变量模型。模型面向液体推进系统动态过程控制与通用仿真。利用该模型，对一管道充填过程进行了仿真计算，给出了有关计算结果。