Численное моделирование взаимодействия подвижных и деформируемых элементов конструкции с потоком жидкости или газа

• Автор: Шишаева, Анастасия Сергеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор задач и методов решения.

1.1. Обзор методов решения задач взаимодействия жидкости или газа с подвижными и деформируемыми элементами конструкции

1.2. Анализ результатов обзора. Цели и задачи настоящего исследования.

Глава 2. Метод решения задач взаимодействия подвижной и деформируемой конструкции с потоком жидкости или газа.

2.1. Описание расчетной схемы

2.2. Демпфирующие коэффициенты.

2.3. Теоретическое исследование устойчивости расчетной схемы

2.4. Численное исследование устойчивости расчетной схемы

2.5. Анализ полученных результатов
Глава 3. Исследование устойчивости упругой пластины в до и сверхзвуковом потоке газа.
3.1. Численное моделирование защемленной с двух сторон пластины
в до и сверхзвуковом потоке газа
3.2. Сравнение с асимптотической теорией
3.3. Анализ полученных результатов
Глава 4. Применение разработанного метода для решения технологических задачах.
4.1. Определение условий возникновения левитации при работе
опорного подшипника скольжения
4.2. Моделирование работы уплотнительного устройства в
маслосъемном колпачке.
4.3. Моделирование процесса захвата уплотнительных колец
пневматическим захватным устройством
4.4. Анализ полученных результатов
Заключение
Литература


Флаттер - колебательная потеря устойчивости деформируемых элементов конструкции летательных аппаратов в потоке газа, которая приводит к периодическим незатухающим колебаниям, повышению износа в процессе эксплуатации и возможному последующему разрушению конструкции [1,2]. Выпучивание - статическая потеря устойчивости деформируемых элементов конструкции летательных аппаратов в потоке газа, которая приводит к изгибным деформациям конструкции. Если же полное устранение флаттера и дивергенции невозможно, то необходимо учитывать условия их возникновения при определении эксплуатационных характеристик. Поскольку флаттер и выпучивание являются результатами взаимного воздействия деформируемых элементов конструкции с потоком, для их описания необходимо учитывать поведение, как деформируемой конструкции, гак и потока. Также, учет взаимного влияния деформируемой конструкции и потока газа важно при проектировании средств спасения экипажа [3]. В данном случае необходимо определять динамику раскрытия парашюта в потоке, а также его форму и аэродинамические характеристики в раскрытом состоянии. Одна из важнейших задач в автомобилестроении - акваплаиирование автомобильной шины. Акваплаиирование автомобильной шины - полная потеря контакта автомобильной шины с дорогой при движении автомобиля по дороге с непрерывным водяным слоем [4]. Акваплаиирование возникает, когда колесо не успевает выдавливать из-под себя воду и между ним и дорогой образуется прослойка воды. Опасность аквапланирования заключается в том, что транспортное средство становится практически неуправляемым. Вероятность возникновения аквапланирования возрастает при повышении скорости автомобиля и толщины водяной пленки на дороге. Один из путей предотвращения аквапланпрования - использование более жесткой резины. Другой - разработка специального рисунка протектора, позволяющего наиболее эффективно отводить воду, попавшую в пространство между колесом и дорогой. Для моделирования аквапланпрования необходимо учитывать двустороннее взаимодействие вращающейся деформируемой шины со сложным рисунком протектора и движение воды около шины. Примерами задач взаимодействия жидкости и конструкции в судостроении является движение судна на поверхности воды, а также работа гребного винта. При движении судна по поверхности воды необходимо рассчитывать динамическое положение равновесия судна при воздействии на него различных сил [5]. При моделировании работы гребного винта необходимо учитывать движение винта, влияние винта на воду, а также деформацию лопаток винта в процессе работы. Широко распространены задачи взаимодействия жидкости п конструкции в машиностроении. Примеры задач - движение жидкости или газа через деформируемые уплотнители [6], деформация лопаток насоса или турбины в потоке [7], тепловые деформации работающего подшипника скольжения [8]. Уплотнитель - устройство, предотвращающее или минимизирующее течение жидкости газа в зазорах между элементами конструкции [6]. При движении жидкости или газа через деформируемый контактный уплотнитель наличие п величина щели между стенкой и уплотнителем динамически определяются давлением в жидкости или газе. Поэтому, при моделировании работы уплотнителя, необходимо учитывать взаимное влияние деформируемого уплотнителя и жидкости или газа в зазоре между уплотнителем и элементами конструкции. При работе насоса газ или жидкость приводятся в движение посредствам вращающихся элементов насоса (лопаток или винтов). При работе турбины, напротив, лопатки начинают вращаться под воздействием потока. Также, в обоих случаях на лопатки или винты действует нагрузка со стороны потока, приводящая к деформациям лопаток, что, в свою очередь, изменяет характер движения потока между лопатками. Если температура потока и лопаток различна, могут возникнуть тепловые деформации. Подшипник -устройство, минимизирующее трение между подвижными и неподвижными элементами конструкции [8]. В подшипнике скольжения минимизация трения происходит за счет слоя жидкости или газа, находящегося между подвижными и неподвижными элементами.