活塞運動的案例
活塞運動的流固耦合模擬
活塞運動的流固耦合模擬
這里將會破解他們是如何在CFX中實現閥從完全關閉到打開的過程，解除ansys在技術上的一些鎖死。原文作者的原話如下：
當流體模型包括幾何運動－例如轉子壓縮機，齒輪泵，血液泵或者內燃機－就要求網格的運動。運動網格的策略涵蓋了每個可以想得到的運動。特別是在流固耦合計算中涉及固體在流體中的大變形和大位移運動，ANSYS CFX結合ICEMCFD實現外部網格重構功能，用來模擬特別復雜構型的動網格問題并不會產生壞的網格單元，這種運動可以是指定規律的運動，比如汽缸的活門運動事件，也可以是通過求解剛體六自由度運動的結果，配合ANSYS CFX的多構型（Multi-Configuration）模擬，可以方便處理活塞封閉和邊界接觸計算。而且，對于螺桿泵、齒輪泵這種特殊的泵體運動，ANSYS CFX開發了獨特的浸入固體方法（immersed solids）不需要任何網格變形或重構，采用施加動量源項的方法來模擬固體在流體中的任意運動。基于以上兩種動網格策略，用戶可以方便地解決任意復雜的動網格問題。這是CFX 12新增的動網格功能。這里我想描述一下Multi-Configuration and
Remeshing 的功能。下面是一個帶彈簧的活塞1自由度運動，當壓力大于彈簧力時，活塞上移，活塞一開始處于封閉狀態的，這也是目前CFD網格技術的瓶頸，但是CFX12 在處理這種問題上獨辟蹊徑，采用多構型和網格重劃分結合的辦法有效解決這一難題。
下面我們會開始模擬這個過程。在CFD中無法模擬閥由完全關閉到開啟的過程，因為這個過程需要由面網格拉伸出體網格才可以實現，在CFX中我們可以通過Multi-Configuration來實現這個過程，而閥一旦開啟后，剩下的即可通過remeshing功能來不斷改善網格輕松模擬出來。
展開 三缸發動機活塞運動受力分析（轉載）
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p>在往復活塞式發動機中，連桿將旋轉運動轉換為往復運動。連桿始終處于高應力狀態，負載隨著發動機轉速的提高而增加。通常來說，發動機中有一個零件故障就需要更換整個發動機。因此，發動機所有零件的設計都至關重要，以使它們在發動機運行壽命期間不會發生故障。連桿是其中的關鍵部件，需從疲勞角度進行分析。使用 Basquin 高周疲勞準則預測疲勞壽命。</p><p>本例基于comsol“多體動力學模塊”中的“三缸往復式發動機”模型，其中發動機的關鍵部件被模擬為柔性體，其余部件被模擬為剛體。各部件通過不同類型的關節進行連接。該技術顯著減小了模型尺寸，同時保持了裝配中的力平衡。
展開 圖解振膜的振動方式
剖面圖 (Cross- Section View)
二、基礎振動：徑向振動與圓周振動
為了詳細的觀察振膜的機械振動情況，把振動分為徑向振動 (Radial) 和圓周振動 (Circular)，這兩種運動有助于分析各種振膜運動模式的形成。
簡單理解徑向振動 (Radial Vibrations)，就是以振膜中心為圓心（假設振膜為圓形），以圍繞著圓心的振膜部分振動，是主要的發聲振動。如圖所示，就是一圈涂有藍色的振膜振動。顯然，這種振動是對稱的。
徑向振動 (Radial)-某振膜振幅圖@375Hz
相對的，圓周振動 (Circular Vibrations) 就是振膜的非對稱運動。如圖所示，在外圍的振膜，一部分振膜朝上運動（涂藍），一部分振膜下運動（涂紅）。這兩種振動相互獨立的機械振動，兩者互不干擾。
圓周振動 (Circular Vibrations)-某振膜振幅圖@375Hz
理論上，振膜應該不會發生圓周振動，因為圓周振動不會在完全對稱的振膜上激發。但是實踐上振膜一些很小的瑕疵(比如是振膜或線圈的質量不均）就會引發圓周振動。根據Frankort (1979) 發表的論文顯示，圓周振動會帶來失真，但是的影響甚微，為了更加直觀地顯示振膜振動，一些示意圖甚至會忽略掉圓周圓周振動的影響，盡管如此，圓周運動依然可以激發多極點（雙極、四極等等）的非正常振動（譯注：可能是分割振動）。
三、圖解振膜振動方式
1. 活塞運動 (Piston Mode)
活塞運動是指振膜整體沿著軸線同步運動，振膜沒有發生其他形變，就像活塞運動一樣。
展開 干貨│汽車發動機減振技術分析
一、發動機振動原因分析
發動機振動是由于燃燒的混合氣在氣缸中產生爆發力, 爆發壓力推動活塞運動, 活塞通過曲柄連桿機構帶動曲軸產生旋轉運動, 由于點火時刻的間歇性, 活塞的上下變速運動和曲軸的旋轉變速轉動產生的不平衡力和力矩導致了發動機振動。針對三缸機, 曲軸旋轉一圈, 每120度產生一次點火, 點火會導致扭矩波動。對于四缸機, 曲軸旋轉一圈, 每90度產生一次點火;對于六缸機, 曲軸旋轉一圈, 每60度產生一次點火, 發動機相對運動就更能平穩些。因此, 對發動機振動力學的機理進行動力分析對減振也相當重要。
1.汽車發動機動力分析
為了方便計算, 我們作兩個假設和兩個簡化:曲軸作勻速運動, 角速度為常數ω;把連桿簡化成小孔中心處的m2和大孔中心處的m1, 如圖1所示。活塞A作往復直線運動, 曲柄OB繞曲軸中心O點作旋轉運動, 連桿AB作平面復合運動, 曲柄轉角為α, 連桿擺角為β, 曲柄半徑為r:
變形可得:
對活塞位移求二階導數, 可以得到活塞運動的加速度:
圖1 發動機曲柄連桿機構示意圖
通過建模分析, 可以發現加速度有兩個諧振量是引起往復慣性力的根源, 這也是發動機整機振動的根源。
假設連桿比為0.5, 圖2分別是曲軸轉速為700r/min, 900r/min, 1100r/min時, 活塞的加速度。從圖2可以看出, 發動機不加平衡機構的時候, 活塞運動加速度幅值隨著曲軸轉速的增加而增加。通過上述分析, 我們計算了活塞的加速度, 分析了發動機振動的根源。活塞的運動、氣體爆發力、旋轉慣性力在水平方向的分量是產生發動機水平振動的根源。往復慣性力、旋轉慣性力在豎直方向上產生的分量是豎直方向的振動。上述力在空間力系上進行簡化還會產生慣性力矩。
展開 
【12月26-29日 北京】Fluent動網格技術及UDF二次開發技術專題
工程實例：二維活塞運動
6.局部重構法
1、基本特點 2、算法原理
3、基本設置
① 區域面網格重構 ② 局部面網格重構
③ 2.5D網格重構 ④ 尺度重構間隔
工程實例：存儲分離 工程實例：三維活塞運動
工程實例：不規則活塞運動 工程實例：兩圓柱旋轉
7.尺寸函數及耦合運動
1、尺寸函數算法 2、尺寸函數的GUI
3、尺寸函數使用技巧 4、6DOF耦合運動及原理
5、6DOF求解技巧
工程實例：耦合運動存儲分離
8.UDF基礎
1、1、UDF基礎
① UDF數據類型 ② UDF循環工具
③ 特殊數據類型及工具
2、解釋UDF與編譯UDF 3、UDF一般使用流程
工程實例：基于UDF的二維機翼強迫振動
9.UDF使用實例
1、動網格UDF介紹
① DEFINE_CG_MOTION ② DEFINE_GEOM
③ DEFINE_GRID_MOTION
工程實例：基于UDF的二維機翼強迫振動
10.振動方程數值解法
1、增量形式的振動方程
2、龍格-庫塔法求解振動方程的UDF開發
工程實例：基于UDF的二維機翼流固耦合計算
11.輔助功能及使用技巧
1、用Events功能改變邊界條件 2、定常問題求解
3、非定常計算技巧
① NITA方法加快計算速度
展開 【首講免費】Fluent動網格技術進階之路
時間
11月1日起，每周四晚19:30
課程大綱
第一章FLUENT概述
1.1 軟件介紹
1.2 CFD分析方法與基本步驟
1.3 FLUENT基礎
第二章 動態網格理論基礎
第三章 FLUENT動態網格模型算法概要
3.1 體網格再生方法
3.2 邊界運動或變形的指定
3.3 動網格問題設定圖形用戶界面GUI
3.4 FLUENT中動網格模型的限制
第四章 鋪層
4.1 鋪層基本特點
4.2 動網格控制參數
4.3 實例1：活塞運動
4.4 區域優先級
4.5 邊界條件的繼承性
4.6 實例2：傳送帶
4.7 實例3：玩具槍
4.8 實例4：純旋轉運動
4.9 鋪層算法的限制
4.10 鋪層算法的技巧
第五章 彈性光順
5.1 彈性光順法的基本特點
5.2 實例1：形狀不規則的活塞運動
5.3 非三角形/四面體網格的光順
5.4 彈性光順方法的限制
第六章 局部重構法
6.1 局部重構法概要
6.2 局部體網格重構算法
6.3 實例1：存儲分離
6.4 實例2：三維活塞運動
6.5 實例3：不規則活塞運動
6.7 實例4：2.5維度網格重構
6.8 尺度重構間隔（Size Remesh Interval）
6.9 實例5：二維活塞
6.10 局部重構法應用
6.11 局部重構算法技巧
第七章 尺寸函數
7.1 概述
7.2 局部重構和尺寸函數GUI
展開 AMESim調速回路仿真：調速閥節流調速回路的仿真及實驗
發現在仿真時間為2 s時，所得出的活塞運動速度分別為0． 003 739 7 m/s、0．003 459 0 m/s、0．003 015 6 m/s、0．002 377 1 m/s，得出隨著液壓缸泄漏量的增大，活塞的速度逐漸降低。
在上圖中，取仿真結果中活塞泄漏間隙為0．2 mm，時間t = 2 s 時曲線上的活塞運動速度值0．003 739 7 m/s，并將此速度及泄漏間隙值0．2 mm 代人之前所求的考慮泄漏量的速度表達式( 4) 中，計算出泄漏量的值為0．012 319L/min，與上圖 中外加負載為3 520 N 仿真得出的0．012 300 2 L/min 基本一致。
END
文章來源：amesim學習與應用
展開 基于AMESim的往復活塞泵建模與分析
當活塞C運動一段行程后，行程閥C切斷控制氣輸出，換向閥B，D換位，氣缸B，D充氣，活塞B，D向里運動，同時行程閥B向換向閥A，C輸入控制氣，使氣缸A，C排氣，進入充液沖程。4個腔推進劑兩兩交替泄出和充填，實現連續穩定的推進劑供應。
圖1 往復泵原理及結構
1.2、往復活塞泵建模
1.2.1、液、氣缸的數學模型
由往復泵工作原理可知，理論上液缸和氣缸之間沒有物質的交換，若考慮可壓縮性，液、氣缸均可按活塞缸建立數學模型，其中液缸腔體內置一彈簧。以下為流量壓強方程及受力方程。a.流量壓強方程。忽略活塞處密封的泄露，可以得到如下一組方程，液缸流入V 腔的流量為：
Qz=vA
Qz為活塞腔的流量；v為活塞運動速度；A 為V腔活塞有效面積。氣動分析中，經常將氣流所通過的氣動元件抽象成一個收縮噴嘴或節流小孔來計算。氣缸流入流出V 腔的流量為：
q為氣體通過小孔的流量；S 為小孔有效截面積；T 為小孔上游氣體的溫度；pu為小孔上游的氣體壓強；pd為小孔下游的氣體壓強；R 為氣體常數；k為絕熱指數。
結束語
分析往復式活塞泵原理及結構，利用AMESim軟件建立往復泵模型，并模擬不同彈簧剛度對泵的性能的影響。由仿真結果可知，氣體的壓縮性是影響活塞協調運動的主要因素，通過向液缸設置彈簧并適當調整彈簧剛度能夠有效地提高系統性能，增加輸出流量的穩定性。若適當增加液缸、氣缸的直徑，可在提高流量穩定性的同時保持輸出流量不變。
文章來源：真空技術網
展開 液壓系統增壓回路的應用與設計（轉自液壓傳動與控制）
P口壓力經過增壓器內置的方向滑閥（兩位四通）和帶有增壓比的控制活塞，使A口產生增壓效果。由于內部結構的原因，方向滑閥在平行位與交叉位之間來回自動切換，最終確保實現所需的增壓壓力。
Scanwill增壓器
同樣，該增壓器包含了增壓功能以及泄壓功能，但是兩個功能能集成在一起了。提供各種安裝方式，如管式，板式，法蘭式以及疊加式等。
液壓油進入增壓器P口，T口接回油箱。
系統建壓過程中，液壓油通過CV1和CV2，同時通過液控單向閥POV，兩路直達HP端，確保快速供油到系統。
當P口壓力逐步建立的過程中，增壓器主活塞也開始運動，并連續不斷將油壓入系統。主活塞運動到每端都會發出一個信號S至活塞控制閥PCV，控制閥使主活塞向相反方向運動，這個運動將連續，直到輸出壓力達到最大，這時運動將停止。只有管路有泄漏或油量有消耗時，主活塞才繼續運動。
工作結束后，通過變換增壓器P、T口油壓方向來開啟液控單向閥POV，將HP口的高壓液壓油卸回油箱。
關于增壓器的使用注意事項
增壓器的增壓比都是固定的，為了實現給定的增壓壓力，可以考慮在增壓器之前設計減壓閥。
增壓器都是有一定耐壓范圍的，需要在在增壓器之后考慮溢流閥或者在增壓器之前考慮調壓閥限定壓力。
加油站
“液壓增壓缸”和“液壓增壓器”的最主要區別在哪里呢？
“液壓增壓缸”活塞運動前進和后退的速度因高壓密封件的限制而比較慢，增壓缸前進一個行程輸出的油假如不夠用，那必須后退后再次前進增壓，而這個后退時間比較長，造成了高壓油輸出的間斷性，甚至出現壓力下降現象。
“液壓增壓器”在“頻率”方面完全不一樣，前進后退最大可達到上千次每分鐘，其中后退速度比前進速度還要快，把后退間斷時間縮小至極致。
展開 活塞運動動網格技術（鋪層法）
問題描述：活塞壓縮
01 分析模塊
02 建立模型
03 劃分網格
04 定義物理模型
05 定義材料
06 定義流場材料類型
07 定義邊界條件
08 定義速度和動網格
09 求解方法，求解控制，監控，都按默認設置
10 初始化
11 求解
12 后處理
huosai.7z
用動網格模擬活塞在氣缸中的運動 ￥4.9
動網格的案例 包括cas dat 和 msh
空氣壓力膨脹對外做功-推動活塞運動
空氣壓力膨脹對外做功-推動活塞運動
基于ADINA的減震器流固耦合工程案例
基于ADINA的減震器流固耦合工程案例
1、 某型減震器工作過程模擬計算
該型減震器工作過程為：在一個周期里，活塞推動流體上下運動約減震器長度的三分之一的距離。流體隨著閥門的開啟和關閉被壓進壓出。ADINA 提供強耦合技術可以很方便的實現這類問題的分析，不需要第三方軟件，對使用者來說，可以大大提高分析效率，同時也能保證計算的準確度。ADINA 提供gap 邊界條件（控制流體通道的開啟和關閉）、參數化動網格、自適應動網格、網格重劃分、強耦合技術，為減震器系統流固耦合分析提供了必須的技術保障。
此模型開展計算的主要過程如下：
? 通過I-deas, Femap, Patran, Hypermesh 等有限元前處理軟件讀入CAD 幾何模型，然后劃分網格。注意，由于最終需要FSI 分析，因此活塞等結構零件模型和流場空間網格分開建立（也可以直接在ADINA-AUI 中建立幾何模型）。
? 由前處理軟件輸出NASTRAN 結構、流場兩個格式文件，例如*.bdf，*.nas 等。
? 啟動ADINA User Interface (AUI)，即ADINA 前后處理軟件，讀入兩個文件。
在AUI 中,定義材料（固體、流場）、約束條件等。結構零件上施加不同的活塞運動速度或者沖擊等動態條件。更加重要的是，指定一些特殊的邊界條件，例如進行耦合分析的流固耦合邊界條件，控制閥門間隙開啟－關閉的Gap 條件等。 由于進行的是瞬態動力計算，需要按照活塞周期等指定時間步。
? 啟動ADINA-FSI 進行求解。
在計算過程中，隨著結構（如活塞）的運動，流場網格經歷很大的變形和運動，這是由ADINA動網格算法完成的。流固耦合計算求解器（FSI）是ADINA 專門提供的求解器，專門求解流體和固體耦合響應現象。
展開 技術|?建筑減隔震設計消能粘滯阻尼器介紹
結構組成：
主要由缸體、端蓋、活塞、阻尼介質和連接體及左右兩側的連接耳板所組成。
工作原理：
活塞將缸體一分為二，活塞在缸體內往復運動過程中，阻尼介質在兩個分隔腔體內迅速流動，介質的分子間，介質與活塞產生劇烈的摩擦，介質在通過活塞孔時產生巨大的節流阻尼，這些作用的合力成為阻尼力。流動中產生的阻尼力，將地震動能，通過活塞在阻尼介質中的往復運動轉化為熱量耗散掉，使活塞運動速度逐漸降低，達到阻尼耗能的目的。
特點：粘滯阻尼器是一種無剛度的速度型阻尼器，工作時不會改變結構的固有動力特性，只對結構提供附加阻尼，阻尼力—位移滯回曲線飽滿近似矩形，使其具有穩定的動力特性和很強的耗能能力。
消能阻尼器技術優勢：
1、消能粘滯阻尼器只為結構提供耗散能量的阻尼力，因此耗能能力強、效率高，而且不改變結構的振動頻率特性。
2、粘滯阻尼器所采用的粘滯流體為硅油，硅油具有性能穩定、阻燃性能和抗老化性能優良，以及動力粘度系數大的特性，因此粘滯阻尼器具有性能可靠、出力大的優點。
3、雙出桿粘滯阻尼器結構對稱、緊湊，安裝方便且所需安裝空間較小，并且阻尼器兩端裝有關節軸承，不僅利于施工安裝，而且阻尼器工作時的方向適用性強。
4、技術合理性:消能減振、抗震結構則通過設置消能桿件和減震裝置，在出現變形時，大量迅速地消耗能量，保護主體結構的安全。結構越高、越柔，消能減振、抗震效果越顯著。
粘滯耗能阻尼器的主要技術參數：
原理公式為：F=CVα
式中：F為阻尼力(kN)
C：阻尼系數(kN/(mm/s) )
V：活塞運動的速度(mm/s)
α：速度指數，根據工程要求進行設計選定，一般在0.01～1之間取值。當 α=1時，則為線性阻尼。
一般建筑物減震使用0.15左右，隔震使用0.15~0.3。
展開 汽車的心臟！帶你了解發動機的基本構造及分類
常見的汽油機和柴油機都屬于往復活塞式內燃機，是將燃料的化學能轉化為活塞運動的機械能并對外輸出動力。汽油機轉速高，質量小，噪音小，起動容易，制造成本低；柴油機壓縮比大，熱效率高，經濟性能和排放性能都比汽油機好。
內燃機分類
按進氣系統的工作方式可分為自然吸氣、渦輪增壓、機械增壓和雙增壓四個類型。
按活塞運動方式可分為往復活塞式內燃機和旋轉活塞式發動機兩種。
按氣缸排列型式分直列發動機，V型發動機、W型發動機和水平對置發動機等。
按氣缸數目不同可以分為單缸發動機和多缸發動機。現代汽車多采用三缸，四缸、六缸、八缸發動機。
按冷卻方式不同可以分為水冷發動機和風冷發動機。水冷發動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛應用于現代車用發動機。
按沖程數可分為四沖程內燃機和二沖程內燃機。汽車發動機廣泛使用四沖程內燃機。
按燃油供應方式分類：化油器發動機和電噴發動機以及缸內直噴發動機。
結構
發動機是由曲柄連桿機構和配氣機構兩大機構，以及冷卻、潤滑、點火、燃料供給、啟動系統等五大系統組成。主要部件有氣缸體、氣缸蓋、活塞、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等。往復活塞式內燃機的工作腔稱作汽缸，汽缸內表面為圓柱形。在汽缸內作往復運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，曲軸由氣缸體上的軸承支承，可在軸承內轉動，構成曲柄連桿機構。活塞在汽缸內作往復運動時，連桿推動曲軸旋轉。反之，曲軸轉動時，連桿軸頸在曲軸箱內作圓周運動，并通過連桿帶動活塞在氣缸內上下移動。曲軸每轉一周，活塞上、下各運行一次，汽缸的容積在不斷的由小變大，再由大變小，如此循環不已。汽缸的頂端用汽缸蓋封閉。汽缸蓋上裝有進氣門和排氣門。通過進、排氣門的開閉實現向汽缸內充氣和向汽缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸驅動。
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