基于ANSYS的锥式液体阻尼器参数化分析

论文摘要

粘滞液体阻尼器作为一种被动耗能装置，可以提供适当的阻尼，降低结构对外部载荷的位移和加速度反应。基于此原理，粘滞液体阻尼器常被用作反坦克武器系统的瞄准跟踪装置，提供均匀稳定的低速回转运动。本文的研究对象——锥式液体阻尼器，就是XX型反坦克导弹发射制导装置中的方向机组件。论文中首先介绍了阻尼介质特性，并基于流体力学理论，从粘性流体本构关系出发，推导了以牛顿流体作为阻尼介质的阻尼器力学模型，并得到简化条件下的阻尼力和流体速度分布的理论计算公式。文中利用ANSYS FLOTRON CFD(Computation Fluid Dynamics)流体分析模块和ANSYS APDL语言编制了光滑表面锥式液体阻尼器的参数化命令流分析文件。在简单边界条件下，对比ANSYS有限元数值解和公式计算的解析解。结果表明：所建立的参数化分析模型具有较高的精度，能够应用于工程设计中。在前面工作的基础上，对具有双螺旋导油槽结构的锥式液体阻尼器编制参数化命令流分析文件，进行参数化建模和分析，得到在不同回转角速度和流体厚度时，阻尼介质内部的流速分布和固、液边界处的壁面剪切应力，结合与具体结构相关的计算公式，最终得到各种条件下锥式阻尼器的回转力矩。将分析结果与试验数据对比发现，二者较为吻合。最后，对比固、液边界处壁面剪切应力在简化条件下的解析解与真实条件下有限元数值计算值的差异，得到壁面剪切应力解析解修正系数，可供工程设计使用。本文所建立的参数化分析文件，包含十个结构参数，可满足各种分析需求，对其他类型的液体阻尼器也具有较高的参考价值。本文的参数化分析方法，能够提高分析效率、缩短研发周期、降低研制费用，也是进一步的结构优化设计的基

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 反坦克导弹的作用及特点
• 1.1.2 反坦克导弹的发展历程及现状
• 1.2 液体阻尼器原理
• 1.2.1 液体阻尼器缓冲和减振原理
• 1.2.2 液体阻尼器平稳跟踪原理
• 1.3 液体阻尼器在民用领域的应用
• 1.3.1 液体阻尼器在土木工程中的应用
• 1.3.2 液体阻尼器在流体传动中的应用
• 1.3.3 国内研究应用现状
• 1.4 液体阻尼器在武器装备中的应用
• 1.4.1 反坦克导弹武器对瞄准跟踪的特殊要求
• 1.4.2 瞄准跟踪装置中液体阻尼器结构型式
• 1.4.3 液体阻尼介质相关性能
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第二章 流体基本理论及有限元法在流体分析中的应用
• 2.1 粘性流体的牛顿内摩擦定律和基本流态
• 2.1.1 牛顿内摩擦定律
• 2.1.2 粘性流体的两种基本流态
• 2.2 流体动力学基本方程
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.2.4 状态方程
• 2.2.5 纳维—斯托克斯方程（Navier-Stokes，N-S 方程）
• 2.3 锥式液体阻尼器力学模型及相关公式推导
• 2.3.1 锥式液体阻尼器力学模型
• 2.3.2 阻尼器力学模型的 N-S 方程和流速求解
• 2.3.3 固、液边界处壁面剪切应力求解
• 2.4 有限元法及 ANSYS 软件在流体分析中的应用
• 2.4.1 有限元分析法
• 2.4.2 计算流体动力学中有限元法的特点
• 2.4.3 通用有限元分析软件
• 2.4.4 ANSYS 软件的特点
• 2.4.5 ANSYS 的流体分析模块
• 2.4.6 本课题使用 ANSYS 软件的原因
• 2.5 本章小结
• 第三章 锥式液体阻尼器参数化分析及模型验证
• 3.1 锥式液体阻尼器参数化模型
• 3.1.1 锥式液体阻尼器结构特点
• 3.1.2 锥式液体阻尼参数化模型的简化
• 3.1.3 锥式液体阻尼参数化模型的建立
• 3.2 锥式液体阻尼器参数化分析
• 3.2.1 材料属性、单元类型及网格划分
• 3.2.2 约束和载荷的处理
• 3.2.3 求解器设置
• 3.2.4 分析与后处理
• 3.3 参数化分析的命令流文件
• 3.4 锥式液体阻尼器参数化模型验证
• 3.4.1 模型简化合理性验证
• 3.4.2 载荷与边界条件设置合理性验证
• 3.4.3 有限元模型合理性验证结论
• 3.5 本章小结
• 第四章 计算结果分析和数据处理
• 4.1 锥式液体阻尼器结构性能参数
• 4.1.1 跟踪角速度
• 4.1.2 阻尼介质厚度尺寸
• 4.2 参数化分析及结果
• 4.2.1 流层厚度 1mm 时分析结果
• 4.2.2 流层厚度 0.5mm 时分析结果
• 4.2.3 流层厚度 0.4mm 时分析结果
• 4.2.4 流层厚度 0.3mm 时分析结果
• 4.2.5 流层厚度 0.2mm 时分析结果
• 4.2.6 流层厚度 0.1mm 时分析结果
• 4.3 数据处理与结果分析
• 4.3.1 流层速度结果分析
• 4.3.2 壁面剪切应力结果分析
• 4.3.3 壁面剪切应力数据曲线
• 4.3.4 壁面剪切应力公式计算修正系数
• 4.4 本章小结
• 第五章 分析结果在工程设计中的应用
• 5.1 在 XX 型发射制导装置方向机组件设计中的应用
• 5.1.1 方向机组件功能与组成
• 5.1.2 方向机设计中的难点
• 5.1.3 本课题分析结果在方向机设计中的应用
• 5.1.4 有限元分析结果与实测数据的对比
• 5.2 在其他类型液体阻尼器设计中的应用
• 5.2.1 前处理中相关参数设置
• 5.2.2 求解器设置
• 5.2.3 后处理设置
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果