氣動載荷計算的案例
分享SWT的氣動力計算理論
Samcef for wind turbines 將風力發電機的主要氣動力學、結構和控制等方面整合到一個全耦合的動力學環境中。所建模型包含了風力機的全部部件（風輪槳葉，塔筒，傳動系統以及控制等）。
利用samcef求解器MECANO可以進行時程的瞬態分析，能夠考慮系統的結構，多體，氣動力和控制這些因素，形成非線性的高耦合系統。非線性主要體現在氣動力學、控制器以及非線性的結構和多體因素（如非線性剛度，非線性材料特性，軸承間隙和結構的的大位移變形等）。SWT的氣動載荷計算基于葉素動量定理（BEM）并包含了業界應用的標準修正半經驗模型，這樣可以進行更準確的氣動彈性計算。控制器可以通過外部動態鏈接庫（DLL）導入模型。SWT內部也含有已經有samtech開發的用于風力機仿真的典型控制器。
基于BEM的空氣動力學計算，包含多種典型的修正計算（葉尖及輪轂損失，塔影，低葉尖速比的弱化效應），還包含半經驗次級系統模型，這可以對不穩定的氣動力學進行高精度計算（如動態入流和動態失速）。
風力機槳葉的氣動力學離散化
求解每一時刻的氣動力學問題需要通過對氣動單元的計算進行，而這些單元分布在槳葉各段上的結點上。每個單元的氣動計算，取決與不考慮厚度的局部的氣動參數，如弦長，扭腳及翼型特征等。由于氣動力學計算能夠借助于有限元進行，氣動負載就可以通過計算每個氣動單元上的節點的特定即時位置，速度及加速度進行。
SWT的風輪模型需要標準的氣動數據，這些包括翼展方向上的弦長變化，扭矩和槳葉厚度，以及氣動參數（Cl,Cd，Cm）。對于bladed rotor，需要根據相對翼展升力厚度分布來對Cl，Cd，Cm進行插值。這種插值計算是沿著翼展方向自動運行的。
氣動力學計算的結果是翼展方向上單位長度的載荷，這些載荷在之后計算中需要用到。
展開 襟翼氣動載荷測量方法優化
3
計算方法、測壓孔布置方案和插值方法
1) 計算方法
如圖1所示，取襟翼展向上任一橫截面，則該橫截面所受展向單位氣動載荷包括阻力FX、升力FY和鉸鏈軸力矩M。其中，FX和FY可通過式（1）轉化為沿弦向（x方向）的分力即弦向力Fx和垂直于弦向力（y方向）的垂向力Fy。
圖1 襟翼展向某橫截面所受氣動載荷示意圖
由于對低速流體氣動力問題已有較成熟的CFD技術，因此本文認為CFD計算結果能夠很好地反映低速風洞試驗測壓數據，并假定測壓孔對襟翼氣動性能的影響可以忽略不計。首先基于CFD數據，將壓力在襟翼橫截面邊界所圍成的封閉曲線上進行第二類曲線積分，得到單位展長襟翼所受垂向力和鉸鏈軸力矩作為參考值；然后在襟翼橫截面邊界所圍成的封閉曲線上從前緣點開始順時針取測壓孔位置并插值得到這些點對應的壓力值作為測壓孔測得壓力數據，將測壓孔數據重新在封閉曲線上插值并進行第二類曲線積分得到單位展長襟翼所受垂向力和鉸鏈軸力矩測量值；最后通過相對誤差來考察該測壓孔布置方案的測量準確度。
2) 襟翼壓力分布規律
圖2和圖3比較了不同迎角和不同橫截面的襟翼壓力沿弦向分布的規律。
展開 案例分享 | 氣動彈性協同仿真飛行載荷工具包
該工具考慮了來自飛機周圍的沖擊運動或氣流分離所產生的非線性空氣動力學效應，可改進在飛機機翼等柔性結構上進行載荷建模的準確性和簡便性。MSC 軟件提供了一個強大而可靠的商用計算流體力學和有限元分析解算器協同仿真工具包來實現這一目標。該工具包在很大程度上還實現了仿真過程的自動化。工具包包含許多新方法，可用于：
從多個 scFLOW 計算流體力學分析中提取氣動彈性載荷
將流體載荷應用到氣動彈性 MSC Nastran 模型上作為各種配平條件
將全部 6 個自由度（DOF）的空氣動力載荷耦合到結構有限元分析模型中
圖1：針對本研究的通用無人機模型（由 BAE Systems 公司提供）
圖2：工具包用戶界面中的通用無人機模型
圖3：進行非線性無人機形狀預測時工具包中顯示的機翼偏轉
通過與 BAE Systems 合作，為其創建了一個通用無人駕駛飛行器（UAV）演示項目，用來展示該工具（圖 1）。在工具包用戶界面中（圖 2），可將來自 scFLOW 的計算流體力學結果自動直接映射到 MSC Nastran 的有限元模型上，從而預測氣動彈性效應并實現可視化。
“
長期以來，斯特林公司始終致力于開發獨立的飛機設計工具。與 MSC 軟件和 BAE Systems 合作開展 NATEP 項目是一次絕佳的機會，讓我們能夠進一步增強自身實力并將這些新工具用于未來的飛機設計。
展開 機械設計實用計算之氣動計算
一、氣源過濾精度選擇：
a、一般機械及一般氣動回路等過濾精度＜40μm；
b、邏輯元件、射流元件、氣馬達等過濾精度＜10μm；
c、食品、醫藥、電子、煙酒、空氣軸承等過濾精度＜5μm。
二、氣動技術要點:
a、氣缸的推力一般在1.7~48230N，常規速度在50~500mm/s范圍之內，標準氣缸活塞可達到1500mm/s，沖擊氣缸達到10m/s，特殊狀況的高速甚至可達32m/s。氣缸的低速平穩目前可達3m/s，如與液壓阻尼缸組合使用，氣缸的最低速度可達0.5mm/s。
b、閥的壽命一般大于3000萬次，高的可達1億次以上；氣缸的壽命在5000km以上，高的可超過10000km。
c、空氣可壓縮，所以動作速度易受載荷的影響。采用氣液聯動方式可以克服這一缺陷。
d、低速時，摩擦阻力占比大，不如液壓缸平穩。
e、氣缸輸出力比液壓缸小得多。
三、氣動系統的構成：
1）氣源部分：
空氣壓縮機（儲氣罐、安全閥、減壓閥、壓力表）、冷卻器、主管道過濾器、干燥器、排水器等。`
2）管道處理部分：
氣動三聯件（減壓閥、過濾器、油霧器、增壓閥）
附件（氣管、接頭、壓力表）。
展開 
Actran氣動噪聲計算及風機噪聲計算案例
CFD與Actran聯合模擬：非定常CFD輸入；定常CFD輸入–SNGR方法
Actran提供與大部分CFD軟件數據接口：MSC Cradle，Fluent, CFX, Star CCM+, OpenFoam等；
典型問題：空調噪音；風扇噪音；氣動擾流噪音
氣動振動聲學聯合問題：氣動噪聲源作為振動聲學分析激勵
Actran氣動噪音
工作流程及特點
Actran針對各種流速流場中
的氣動噪音問題
Actran氣動/振動聲學
的一體化求解
將氣動載荷或氣動噪音激勵直接作用于結構單元
作用：
-進行氣動力引起的振動噪音分析
-隔聲罩分析
-吸聲材料分析
案例分享
CNH – Wheel Loader Engine Cooling Fan
電子散熱風扇噪聲-Hosei University (JPN)
約翰迪爾–冷卻風扇
客戶挑戰
-在建筑，林業和農業應用中，發動機冷卻風扇噪音通常在整個機器噪音中占主導地位。
-必須妥善解決噪音，以使機械產品通過國際噪音法規。
MSC解決方案
使用AcuSolve CFD求解器耦合Actran，計算氣動噪聲源及其在遠場中的傳播。
客戶價值
-模擬和實驗之間的一致性良好。
-通過在開發周期中集成氣動聲學預測來降低開發成本。
展開 中國航空學會氣動分會-飛行載荷專業工作會順利召開
2019年10月10日，在揚州市科技局和發改委的支持下，中國航空學會空氣動力學分會飛行載荷專業工作會在沈陽飛機設計研究所揚州協同創新研究院召開。參會人員包括中科院、清華、浙大、北航、南航、西工大、廈大、上飛院、航天十一院以及航空工業氣動院、沈陽所、成都所、直升機所、試飛院、沈陽所揚州院等32所國內外知名院校、科研單位的飛行載荷領域專家教授，南京天洑軟件有限公司作為智能建模、快速評估、智能優化、專家系統建設方向的研究企業參加此次會議，共同探討了飛行載荷專業的發展方向，并針對飛行載荷領域的設計難題展開了技術交流。
大會上，南京天洑軟件有限公司航空航天事業部部長崔樹鑫博士進行了航空航天解決方案的詳細介紹，包括智能建模、快速評估、智能優化、專家系統方面的解決方案；分享了行業內的一些典型案例，包括飛行器外氣動、進氣道、核心部件方面的設計優化案例，平臺開發等，并就航發匹配的相關議題與各單位飛行載荷領域專家教授進行了技術研討。
隨著我國航空航天領域科學技術的迅猛發展，飛行載荷設計在有/無人駕駛的軍用、民用和通用飛行器設計領域的重要性與日俱增。此次會議針對模飛試驗、動載荷設計、高校飛行載荷專業設置以及非固定翼飛行器飛行載荷設計等議題開展了深入探討，致力于提升飛行載荷設計水平，不斷加大科技創新投入力度，為航空航天領域飛行載荷設計技術的發展提供了有益參考。
展開 NASA完成被動氣動彈性剪裁機翼第一階段載荷試驗
據NASA網站2018年9月27日報道，被動氣動彈性剪裁（PAT）機翼已在NASA阿姆斯特朗飛行研究中心完成了第一階段載荷試驗，使用專門設計的高展弦比、輕質機翼試驗模型，進行了兩組結構試驗，從而驗證了新的機翼設計和制造方法。
NASA“先進航空運輸技術”計劃技術負責人、弗吉尼亞州NASA蘭利研究中心的凱倫·塔明格（Karen Taminger）解釋說，被動氣動彈性剪裁（PAT）機翼展長更大、更薄，從而可以最大限度地提高結構效率、減輕重量并提高燃油效率。塔明格說：“這是第一次制造具有如此復雜度的牽引式復合材料機翼。機翼展長39英尺，試驗模型的尺寸是真實機翼的27％，預計試驗中翼尖將產生6到8英尺的位移或彎曲。由于阻力和重量的減少，機翼效率也將高于傳統機翼。”牽引轉向復合材料技術是一種碳纖維鋪設方式，可用于制造機翼蒙皮，通過結構設計被動地控制機翼顫振或振動、減緩陣風載荷的影響，提高乘客舒適度。
第一階段試驗已于2018年9月17日在位于加利福尼亞州的阿姆斯特朗飛行研究中心結束，PAT機翼技術人員在試驗模型中安裝了11000個傳感器，阿姆斯特朗飛行負載實驗室首席測試工程師拉里·哈德遜（Larry Hudson）稱其為“測試過的儀器化程度最高的機翼”。此次試驗，解決了試驗夾具、方法和儀器等多方面的難題。
工作人員正在進行被動氣動彈性剪裁機翼試驗準備工作。
按照塔明格所說，因為安裝了大量的傳感器，模型具有很強的試驗能力，有助于驗證結構具有以往不具備的性能。
展開 NASA被動氣動彈性剪裁機翼完成第二輪載荷試驗
02
被動氣動彈性剪裁（PAT）機翼在最高試驗載荷下的彎曲狀態。
在10月開展的第二輪載荷試驗初期，發現機翼具有比預想更好的變形性能，因此，團隊對試驗參數進行了一些修改。
試驗中一個令人驚喜的意外收獲是，絲束牽引技術使得翼尖向前緣偏轉。從氣動角度來看，將載荷轉移到機翼結構較厚部位，有利于被動地減輕陣風載荷的影響。
03
工作人員在監測被動氣動彈性彈性（PAT）機翼的測試過程。
米明格希望盡快將機翼由當前約30%縮比擴大到全尺寸，以便從商業運輸的角度評估其優勢。最終，使用PAT機翼可以節省的燃料量將決定其最終的價值，一般而言，增加機翼展長也會帶來結構重量的增加，但絲束牽引技術可以讓機翼獲得減阻和減重的綜合效益，從而轉化為燃油效率的優勢。
阿姆斯特朗飛行負載實驗室首席測試工程師拉里哈德森（Larry Hudson）表示，這項研究的另一個很重要的收獲是，讓研究團隊掌握了高度柔性、大展弦比機翼的試驗方法，學會了如何使用特殊的架空加載系統（overhead loading system）來達到預期的試驗目標，掌握了應對高度柔性機翼在試驗中翼尖會產生較大位移的方法，這使得該團隊有能力對其他柔性機翼開展類似的試驗。
該項目由NASA航空研究任務事務部的先進航空運輸技術（AATT）項目資助。
展開 ansys Workbench螺栓載荷提取時，如何計算載荷偏心距離（VDI2230） ￥10
問題：
VDI2230關于螺栓的計算中對于螺栓載荷的提取沒有過多的涉及，本文針對偏心載荷的提取問題進行簡單說明。
VDI2230中，對于載荷偏心距a的定義如下，虛擬軸線到截面彎矩為0的點之間的距離。
對于實際螺栓連接問題，幾何結構和載荷狀態復雜多變，使用經驗公式估計并不理想。本文介紹使用有限元仿真的方法確定載荷偏心距離。
示例：
以VDI2230中的案例5為例進行對比計算，依據案例5的幾何信息創建仿真模型。
約束筒體底面，在內表面施加20Mpa壓力載荷，同時給螺栓施加約150KN的預緊力（加不加結果變化不大），連接面設定為摩擦面。
將兩個側面設定為，frictionless Support，等效對稱邊界。（這里沒有使用圓周循環對稱邊界，是因為圓周對稱邊界不能支持截面彎矩提取）
注意，在輸出控制中 打開“Nodal Forces”，用于端蓋截面的彎矩提取。
計算完成后，在結果提取中，插入Probe——Moment Reaction——使用surface類型進行端蓋截面彎矩載荷的提取，這里只需要關注X軸彎矩。
依次變更截面位置，就可以獲得一條彎矩隨位置變化的曲線，讀取彎矩為0位置的距離值，再進一步處理加上螺栓偏心距Ssym，就可以換算到載荷偏心距a。
個人認為仿真結果17.535，除了在循環對稱設置上與案例給出條件不同外，其余均能反應案例邊界。
補充案例：
以機械設計手冊兩端固支梁，在均布載荷下的反彎點計算模型為例進行驗證。
仿真結果
公式計算值42.2mm，仿真結果42.23mm。
展開 STAR-CCM+計算二維翼型氣動性能
本算例以NACA65(1)-212翼型為例，簡單介紹使用STAR-CCM+進行二維翼型氣動性能計算的一般步驟。
二
計算流程
大多數情況下，翼型的氣動性能計算采用二維網格模型。二維網格能夠滿足計算的需求，同時又不至于消耗過多的計算資源，一定程度上提高計算的效率。STAR-CCM+雖然支持對二維網格模型的求解，但不支持導入二維幾何實體，也無法直接生成二維網格，但可以實現三維網格到二維網格的轉換。本算例利用STAR-CCM+三維網格轉換成二維網格的功能，現在STAR-CCM+中生成三維的翼型繞流網格，再將該三維網格轉換成二維網格，最后利用二維網格進行求解。
1、建立翼型幾何
右鍵單擊模型樹中幾何下的3D-CAD 模型，選擇新建，在3D設計模式中建立三維翼型實體。右鍵點擊3D-CAD Model 1，選擇導入>3D 曲線，選擇翼型數據文件。翼型數據必須為.CSV格式文件，且各行數據為以下形式：
每行依次為各數據點的x、y、z三點坐標，中間以英文半角逗號分隔。
展開 fluent計算氣動系數
fluent計算氣動系數
ANSYS AQWA計算案例 | 海洋平臺波浪載荷的計算和傳遞
波浪載荷是半潛平臺所遭遇的環境載荷的主要部分，對船體的總強度校核起決定性的作用。因此在極限海況下對半潛平臺的波浪載荷特性進行分析以及對其運動響應進行預報是平臺設計的基礎，也是平臺設計的關鍵。各大船級社規范對此也有要求。
ANSYS系列產品主要專注于工程結構的CAE仿真分析，通過仿真模擬來掌握海洋平臺等工程結構的安全性、可靠性。采用ANSYS仿真，可以在設計階段就把設計風險降低，并充分掌握海洋平臺在各種惡劣載荷條件下的響應和工作狀態。
2
分析方法
波浪運動是一個隨機過程，而通常結構物強度計算校核需要得到確定的結果，所以需要采取一定的分析方法對波浪載荷進行處理。目前規范中的使用方法主要是設計波方法。設計波通常是簡化的規則波，可以采用水動力軟件直接計算波浪對平臺的載荷。
波浪載荷的傳遞，并不僅僅是載荷的施加，還需要考慮水動力結構的網格模型和強度校核模塊的網格模型的差異，包括單元類型的差異、單元位置和形狀的差異。在載荷傳遞的過程中，需要考慮網格的匹配。
3
波浪載荷計算與傳遞
一般來說，海洋平臺在海面上受到的與波浪相關的載荷包括靜水壓力、動水壓力和運動產生的慣性載荷。其中，靜水壓力可以在ANSYS Mechanical中直接施加，但是動水壓力和運動的慣性載荷需要采用水動力軟件計算。采用ANSYS AQWQ可以方便的計算出波浪的動水壓力以及海洋平臺運動產生的慣性載荷。
在ANSYS系列軟件中，要將AQWA計算的波浪載荷傳遞給Mechanical進行進一步的強度校核，可以采用兩種方法：
（1） 通過ANSYS AQWA-WAVE計算加載的APDL命令傳遞；
（2）通過中間格式文件采用OC系列命令傳遞。
文章來源：安世亞太
展開 36 Fluent實用案例 | FW-H 圓柱繞流氣動噪聲計算
本案例對圓柱繞流的氣動噪聲展開了仿真計算。主要涉及到二維模型LES大渦模擬的開啟、FW-H模型的使用。計算模型簡單，為氣動噪聲常用的驗證模型。通過對該案例的學習，后續可以通過該方法對各類航空航天、船舶等領域的氣動噪聲展開預報。
1 workbench 設置
本案例計算模型簡單，相關的workbench設置如下圖：
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
本案例采用的圓柱體直徑為19mm，相關的幾何結構與邊界條件如下圖：
2.2 網格設置
采用SCDM進行網格劃分，采用四邊形網格劃分。具體的網格劃分如下圖所示：
3 FLUENT 流場設置
3.1 General設置與網格導入
由于本文要進行聲學計算，因此需要通過瞬態計算，對渦脫落的進行捕捉，因此采用瞬態計算，相關設置如下圖所示。
3.2 材料設置
此處需要采用正常的空氣材料進行計算，具體設置如下：
3.3 LES 模型開啟設置
在二維計算中，需要手動開啟大渦模擬，開啟所用的命令如下圖所示，大渦模型的相關設置同樣如下圖所示：
C#
Rpsetvar'les-2d?
展開 【干貨分享】一種快速的整車外氣動CFD模擬計算方法
而這些外部的客觀現象實則是汽車空氣動力學特性以及流體氣動機理和規律的反應。研究汽車空氣動力學特性對于進行車身外觀改型設計和提高汽車性能指標來說具有重要的理論依據和現實意義。研究汽車外流場中的氣流分離以及湍流渦結構等復雜現象是揭示其內在機理和規律的重要環節。為了補充甚至是取代相關試驗，CFD在汽車研發過程中正扮演著越來越重要的角色。在汽車研發過程，需要利用嚴格的CFD氣動基準模型與試驗作驗證，方可確保預測的準確性。
2、包含汽車前端的整車外氣動分析技術難點
為了更精確的模擬發動機前艙進氣以及風阻系數，由于前艙內的零部件對前端進氣有直接的阻力影響，從而會影響最終的計算結果，因而對于前艙內大部分零部件都要保留，如水箱、冷凝器、冷卻風扇、發動機以及相關的周圍零部件等，而這些部件的保留對于整車氣動分析的難度則大大增加。
長久來看，人們更多的是采用簡單的Ahmed體作為基準模型去驗證仿真工具，而Ahmed體形狀相對簡單，基于它建立的CFD方法無法適用于實車模型。隨著開源的DrivAer汽車模型的建立，填補了車輛CFD氣動基準模型的巨大空白。目前CFD技術應用于整車外氣動及熱管理分析等已經相對純熟，所獲得的計算精度通過建立嚴格的標準流程，往往也能達到設計人員希望的標準。然而從實現過程和效率上來說，目前這部分工作仍然建立在巨大的重復性的前處理工作上，從整個CFD分析的流程來看，仍然有許多不盡如人意的地方，具體體現在：
幾何前處理，對于傳統的CFD模擬方法而言，由于整車前端零部件眾多，往往會存在許多小縫隙或重疊部分導致網格無法成功劃分，而必須事先進行幾何簡化、清理以及相應的包面處理，使原始的CAD幾何能夠順利生成符合要求的計算網格。
展開 案例解析|某無人機氣動分析計算
無人機整機氣動數據
（無人機整機參考面積0.6m2，自由來流馬赫數0.5，對應速度160.24m/s）
