微观缩松对蠕铁微观组织和力学性能的影响

微观缩松缺陷的位置分布、体积大小表现出随机性特点,会对材料微观组织和宏观力学性能产生影响. 通过微观组织观测,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料微观组织的影响. 同时,建立了含微观缩松缺陷的三维代表性体积元模型,通过施加周期性边界条件和拉伸位移载荷,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料宏观力学性能的影响. 结果表明,蠕铁材料微观缩松缺陷周围组织中含有Ce,Mg元素,表明稀土蠕化剂与所研究的蠕墨铸铁的微观缩松的形成有密切联系,增加了材料内部形成微观缩松的倾向. 随着材料内部微观缩松体积分数的增加,材料的宏观等效弹性模量呈线性降低;微观缩松还会造成材料内局部区域的应力集中,易于微小裂纹的萌生及扩展.      

基于高效差分敏度分析的谐响应形状优化

基于谐响应组合近似重分析方法,提出了近似-差分敏度求解策略.数值算例表明,在结构小扰动下,近似-差分结果具有足够的精度反映敏度信息,并克服了差分敏度求解计算量大的缺点.以结构体积最小为目标,自由度振幅为约束,建立了谐响应下的连续体形状优化模型,实现了结构形状优化设计;通过数值算例对不同结构参数和激励下的优化结果进行了对比分析,结果验证了方法和模型的可行性和有效性.     

近壁面网格尺寸对湍流计算的影响

采用不同的网格划分策略,利用FLUENT软件对长直圆管管内湍流进行数值计算.计算结果与半经验理论曲线的比较和分析表明,降低网格渐变率、提高径向网格数目以及调整壁面层网格的y 值均能够有效改善计算结果的精确性,而y 在其中起主要作用.针对同一网格划分策略,改变边界条件对计算结果精确性的影响相对较大,而改变模型引起的影响则相对较小,因此,不同边界条件应采取相应的网格划分策略尤其是选择合适的近壁面网格尺寸.     

基于节点密度法的连续体结构拓扑优化结果提取

研究影响拓扑优化结果提取的各类因素及解决方法.基于节点变密度法建立连续体结构拓扑优化模型,连续密度场在结构拓扑数学描述上抑制了棋盘格现象.采用密度过滤技术进一步提高密度场的连续性和光滑性,从而消除了网格依赖性现象.密度-弹性模量惩罚措施及两步过滤策略减少了中间密度节点数目并消除图像扩散现象.拓扑优化密度云图输出方式得到光滑的轮廓边界.通过二维经典拓扑优化数值箅例验证了方法的正确性.     

基于节点独立连续映射方法的变上限周长控制

为克服连续体结构拓扑优化中的数值不稳定性问题如棋盘格现象、网格依赖性问题和灰色区域等,提出变上限周长控制方式.在每轮优化迭代步中,根据当前结构周长值确定周长上限值,从而避免基于数值实验的周长上限确定过程.基于节点变量建立了连续体结构的独立连续映射拓扑优化模型,根据链式求导法则推导了周长敏度表达式并采用一阶泰勒展开近似表达周长约束方程.数值实验表明,该方法具有较好的优化迭代收敛性并能获得消除各类数值不稳定现象的清晰结果.     

发动机曲轴CAD系统研究

发动机曲轴ＣＡＤ系统包括曲轴参数化、有限元分析、结构优化设计、曲线组自动装配，二维图绘制、平衡块与飞轮等其它零件参数化设计，利用该系统，可以方便地快捷地进行车辆发动机曲轴的设计，分析和绘图，它是“发动机ＣＡＤ系统”的重要组成部分。     

考虑微凸体弹塑性过渡变形机制的结合面法向接触刚度分形模型

摘要： 基于粗糙表面微凸体变形的连续性和光滑性原理,研究了在法向载荷逐渐增加时的粗糙表面单个微凸体弹塑性过渡变形机制,提出了考虑弹塑性过渡变形机制的结合面微凸体微观接触模型,建立了法向接触载荷和法向接触刚度的数学模型;基于分形几何理论,建立了结合面法向接触刚度的分形模型,并对结合面法向接触刚度进行仿真计算.结果表明：在较小的塑性指数条件下,法向接触载荷与法向接触刚度近似呈线性关系;在较大的塑性指数条件下,法向接触载荷与法向接触刚度呈非线性关系;法向接触刚度随着分形维数和法向接触载荷的增加而增大,随着无量纲分形特征尺度系数的增大而减小;所得结合面法向接触刚度的仿真计算值与铣削加工和磨削加工条件下的实验值较吻合.     

基于连续统敏度的结构动态形状优化方法

为实现连续体结构动态形状优化设计,运用连续统敏度分析方法,得到了结构体积、固有频率的物质导数. 在此基础上,采用控制点的虚拟位移为设计变量,运用一阶泰勒展开建立优化模型,设置设计变量的运动极限保证了优化迭代的稳健性. 数值算例表明,该方法的实现不必修改有限元源程序,敏度计算所需的有限元分析次数少,适用于各类优化模型.     

自由活塞直线发电机总体参数设计方法

为获得自由活塞直线发电机总体参数的设计方法,基于发电机工作特点和运行规律,研究了主要结构参数与性能参数之间的匹配关系,包括气缸工作容积与输出功率、最高燃烧压力与气缸工作容积、压缩比与活塞质量及电磁负载与输出功率,由此构建了一种自由活塞直线发电机总体参数匹配模型,进而总结出一种利用振动特性的自由活塞直线发电机总体结构参数设计方法。利用该方法完成了一台原理样机的设计,并通过仿真和试验进行了验证,试验结果表明:仿真和试验的运行频率与设计目标最大误差为13.4%,最高燃烧压力最大误差10.5%,输出功率最大误差为6%,接近设计目标值。     

同结构活塞在FPE与CE两种工作模式下应力变形差异

为研究自由活塞发动机工作时活塞结构应力变形特点,采用有限元分析方法对比分析相同结构活塞在自由活塞发动机（free piston energy,FPE）与（crank engine,CE）两种工作模式下应力水平与变形状况差异性.结果表明,FPE活塞整体应力水平低于CE活塞,差异主要由机械载荷引起.上止点附近FPE缸内峰值压力较小,引起的活塞销座压应力被其较大的惯性力作用消减,导致该应力集中处应力值较低,约为CE活塞的72%.在热机载荷共同作用下两者活塞顶部变形相似,差异集中体现在裙部,FPE活塞所受缸压较小、加速度较大以及无侧向力的特点导致其裙部变形明显小于CE活塞,最大径向变形约为CE活塞的56%,更易满足各方面性能要求.