凹凸边界形状热弹性问题的自适应无网格法

为了解决具有凹凸边界形状的平面非定常拟静态热力耦合问题,采用无网格伽辽金算法(EFG)进行求解,使用移动最小二乘法构造形函数及拉格朗日乘子法处理本质边界条件(第一类边界条件),通过引入Voronoi邻接准则和后验误差式,对后续结果进行自适应优化;构建了一种新的适用于非定常拟静态热力耦合问题的EFG法自适应计算模型。为了验证计算模型的可行性,分别计算在二维混合边界条件下光滑与凹凸边界形状平面的温度场以及位移场的分布,并与有限单元法的计算结果进行对比,表征了有限单元法和无网格法计算结果的差异,验证了非定常拟静态热力耦合问题的EFG法计算模型的有效性和精确性。     

NiTi合金线材无模拉拔加工过程热力耦合数值模拟

结合所研制的连续式无模拉拔加工设备的实际情况,利用DEFORM有限元软件建立了加工过程的热力耦合有限元分析模型,开展了NiTi合金线材无模拉拔加工过程的热力耦合模拟研究,获得了线材无模拉拔加工过程的温度场和应力场的分布规律,以及冷热源距离、冷却水流量及拉拔速度对成品线径的影响规律. 通过实验验证了模拟结果的正确性.     

Taylor展开随机径向基点插值无网格法在随机非稳态热传导中的应用

用Taylor展开随机径向基点插值无网格法(TSRPIM)对随机温度场进行了分析.径向基点插值是一种新型的无网格法,采用耦合径向基函数和多项式基函数构造近似函数,有效地解决了点插值中系数矩阵奇异性问题,而且由于插值具有Delta函数性质,可以直接施加本质边界条件.同时利用Taylor展开法,建立了随机结构分析的Taylor展开随机径向基点插值无网格法(TSRPIM).数值实例表明在随机温度场分析方面随机无网格法具有明显的优势.     

沥青路面温度和荷载耦合分析

采用罚函数法处理本质边界条件,编制了无网格法程序。针对工程实例,建立了无网格法计算模型并按顺序耦合方式进行了模拟分析。计算结果、现场实测数据和有限元分析结果吻合较好,计算精度高于有限元方法。结果表明:无网格法应用于沥青路面结构温度场和应力场的计算分析是可行的。     

双辊薄带下不锈钢铸轧过程的耦合数值模拟

采用有限元法模拟了双辊铸轧不锈钢过程的流热耦合问题;分析了铸轧速度对熔池内流场、温度场的影响以及流场与温度场之间的相互影响;给出了凝固过程中熔池与铸轧辊之间的热流密度变化趋势及随铸轧速度的变化规律,并把此模拟的结果与试验的结果相比较,吻合较好;通过熔池内温度场及温度梯度分析了熔池内凝固的发展及其对热流密度变化的影响·此模拟结果可以为控制铸轧过程的稳定提供有效的数据     

无网格法在沥青路面瞬态温度场分析中的应用

为了提高沥青路面温度场的计算精度,采用一种新方法——无网格法对其进行计算分析。根据传热学理论,基于变分原理推出了沥青路面瞬态温度场的无网格法计算公式,采用罚函数法处理本质边界条件。针对工程实例,编制无网格法程序,建立了数值计算模型并进行模拟分析。结果表明:无网格法计算结果与现场实测数据最大误差不超过2.6%,且小于有限元方法最大误差的3.5%。     

冬季引水明渠冰盖生长的数值模拟

冬季寒区引水明渠的结冰问题会影响河道的运行和管理,文章利用热力和水力耦合的数学模型对不同条件下二维渠道内的冰盖生长进行数值模拟,通过改变水流速度、气温、水深以及风速的大小分析形成的冰盖厚度;根据数值模拟结果,得出了寒区引水明渠冰盖厚度的增长规律与冰盖形成后水流速度场和温度场的分布规律,以及不同因素对渠道结冰的影响程度.     

果蔬冷藏间温度场和速度场的耦合关系探析

本论文应用有限元分析软件ANSYS/FLOTRAN对果蔬冷藏间的温度场和速度场进行了计算机数值模拟.通过对各模拟方案的结果进行比较和分析,得到了冷藏间温度场和速度场的耦合关系,从而为果蔬冷藏间温度场和速度场的求解提供理论指导.     

铸造过程温度场/应力场双向耦合的数值模拟

为研究铸造过程的温度场和应力场,提出模拟铸件铸造过程的FDM/FEM集成系统,使用接触单元处理铸件/铸型间的相互影响,并实现了温度场/应力场的相互作用.使用考虑应力/变形与温度双向耦合模拟方法对应力框试件进行模拟,并与实验结果进行对比.结果表明,使用热力双向耦合方法对铸件进行模拟得到的温度分布更接近实验结果.     

船舶钢板激光弯曲成形的数值模拟及实验研究

对船舶钢板激光弯曲成形过程进行了数值模拟及实验研究。建立了成形过程的三维非线性热力耦合有限元模型,模型中考虑了材料热物性参数和力学性能参数与温度的相关性。计算了弯曲成形过程的温度场及变形场,预测了钢板的最终弯曲角度。实测了激光弯曲成形过程中的温度变化和弯曲变形量。数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

CFRP拉挤工艺过程固化度数值模拟与实验

碳纤维增强塑料(CFRP)拉挤成型过程中固化度和温度变化为强耦合关系.通过差示扫描量热(DSC)实验计算得到模型所需的固化动力学参数,根据固化动力学和传热学理论建立了非稳态温度场与固化动力学数学模型,采用有限元与有限差分相结合的方法和ANSYS求解耦合场的间接耦合法对拉挤工艺不同工况下CFRP固化度进行数值模拟.采用特殊设计制作的铝毛细管封装的布拉格光栅光纤(FBG)传感器,屏蔽了荷载效应应变干扰,对CFRP温度场实时检测,从而计算得到实时固化度;同时采用索氏萃取实验测定CFRP制品固化度.结果表明,模拟与实验结果基本吻合.     

轴承感应加热拆卸过程的电磁热弹耦合建模与仿真

该文分析了基于电磁感应加热技术的大型轴承拆卸过程,并结合工程实际,建立了涉及电磁场、温度场和应力应变场的轴承多物理场耦合模型。为了提出一种高精度的轴承电磁热弹耦合模型,根据各个物理场之间的耦合关系确定了序贯耦合方法,并基于数值仿真技术求得了大型轴承涡流场数值解;采用分离变量法和特征值法求得了温度场解析解;采用位移解法求得了热应力应变解析解。与数值仿真和实验结果对比,该文验证了轴承电磁热弹耦合半解析模型的可行性和有效性。     

热力耦合作用下煤样瓦斯渗透特性数值模拟

针对含瓦斯煤渗透率在热力耦合作用下的演变规律,利用多物理场耦合控制方程建立相应的数值模型,对实验工况进行数值求解.将实验及数值模拟结果进行对比分析得出如下结论:1综合不同瓦斯压力情况下的轴压、围压对渗透率影响,模拟结果中渗透率普遍高于实验数据;2模拟计算得到的围压与渗透率之间呈指数关系,与实验结果的吻合度较高;3利用COMSOL Multiphysics数值模拟研究热力耦合情况下含瓦斯煤渗透率的影响规律,轴压处于高应力场下的模拟吻合度高于低应力场,采用单孔瓦斯渗流模型对高应力场的计算吻合度更好。     

寒区隧道围岩水热力耦合数值分析

利用“三区域”理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的寒区隧道水热耦合问题的联合求解微分方程,然后采用 COMSOL Multi-physics 软件实现温度场和水分场耦合数值模拟,进而将数值模拟结果与土柱冻结试验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性.根据冻胀理论,着重对寒区隧道的应力场控制方程进行推导,利用孔隙冰与冻胀率之间的关系建立寒区隧道水热力三场耦合计算模型.最后以牡丹江到绥芬河区间的牡绥隧道为例,对温度场、水分场以及应力场进行了模拟分析.结果表明:外界温度的变化对开挖后的隧道会有很大影响.随着时间的增加,隧道洞口冻结圈厚度逐渐增加,在1月份达到最大冻深2m左右.     

钢轨闪光对焊温度场分布的有限元分析

为研究钢轨闪光对焊闪光阶段的温度场分布,建立了三维实体有限元模型.计算过程中考虑了温度对材料相变和热物理特性的影响,运用"生死"单元技术解决闪光时液体过梁爆破引起物质烧损的模拟问题,同时采用红外电视图像测温法实时测量闪光阶段温度场分布.结果表明,有限元分析结果与实验结果十分吻合,为选择和优化闪光焊焊接参数提供了重要的手段,为后续闪光焊过程顶锻阶段热力耦合过程的模拟奠定了基础.     

液态金属充型过程流动与传热数值模拟

根据有限差分法原理,对液态金属充型过程中同时发生的流动与传热过程,用在微小时间段内独立的流动与传热过程近似表示.结合温场数值模拟与流场数值模拟技术,开发铸件成形过程流动场与温度场耦合的数值模拟软件,并利用该软件对标准实验铸件充型过程进行耦合分析.研究结果表明:该方法不需要求解用能量平衡法建立的,考虑了流动对传热影响的复杂方程,有利于提高流动与传热耦合数值模拟的计算速度;自主开发的金属液态成形工艺分析系统的"耦合"计算功能是有效的,且计算精度较高.     

叶片精锻三维刚粘塑性热力耦合有限元模拟系统

采用基于边界构形的内缩法,实现了三维畸变网格的重新划分;提出了初矢修正法对触模节点的位置进行修正,解决了由于离散的模具网格的法矢不连续造成的“死锁”问题;采用准静态迭代法简化了速度场和温度场耦合计算过程;特别是针对减速因子β的选取,建立了适用于三维复杂成形过程刚粘塑性罚函数法有限元三次因子法的计算公式,并结合进退搜索法提出了改进的三次因子快速算法,提高了模拟计算效率和稳定性,在此基础之上,开发了面向叶片精锻过程的三维刚粘塑性热力耦合有限元模拟分析系统(3D-CTM),系统的可靠性得到了圆柱体镦粗的验证．对单榫头叶片精锻过程的模拟分析结果表明,3D—CTM是模拟分析叶片精锻过程的可靠工具。     

2024铝合金控冷搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究

基于Morfeo有限元分析平台,采用热流耦合、热力耦合相结合的方法,对空冷和水冷条件下2024铝合金搅拌摩擦焊初始阶段和稳定阶段的温度场分布、特征点焊接热循环进行了数值模拟,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明:温度场高温区域均出现在搅拌工具轴肩下方的位置,且在搅拌工具后侧位置温度最高;空冷时各特征点焊接热循环的升温速率稍高于水冷的升温速率,而降温速率远远低于水冷时的速率。实际测试的焊接热循环与模拟预测值吻合较好。     

全浮动芯棒连轧管过程三维热力耦合有限元模拟

应用三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真及其接触分析技术,建立了全浮动芯棒连轧管过程有限元模型及其摩擦、传热和接触等重要边界条件.针对八机架椭圆-圆型孔系全浮动芯棒连轧管过程,实现了全三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真.获得了连轧管过程的应力场、应变场、温度场及轧制力学参数的变化特点.揭示了钢管连轧过程中浮动芯棒速度变化及荒管外径和壁厚分布变化的规律.     

具有动态接触边界自动识别功能的刚(粘)塑性无网格RKPM法

将刚(粘)塑性流动理论与再生核质点法(RKPM)相结合,提出了基于刚(粘)塑性不可压缩材料的无网格RKPM法.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理本质边界条件和体积不可压缩条件,根据刚(粘)塑性材料的不完全广义变分原理,推导了金属塑性成形过程无网格RKPM法数值模拟的刚度方程.将动态接触边界自动识别技术引入无网格法.最后,对金属塑性成形过程进行了数值模拟,并将模拟结果与刚塑性有限元商品软件Deform2D及实验结果作了比较.无网格RKPM法计算结果与有限元结果和实验结果均吻合良好,表明了该方法的正确性.