曲面薄壳有限元离散误差分析和修正方法研究

基于曲面薄壳几何/物理方程和有限元离散原理推导,揭示了壳单元离散方法特点、刚度矩阵误差产生机理和范数表示方法。以航空涡轮发动机测压探针为例,深入研究了利用协调平板壳单元、非协调平板壳单元、一次和二次实体退化壳单元等不同类型单元离散曲面薄壳时,应力计算误差影响因素及变化规律,综述了单元的适用条件。基于Boltzmann模型提出了应力计算结果修正通式,通过FORTRAN语言编程修正应力仿真结果和ANSYS二次开发语言APDL命令实现应力修正结果的读取和后处理,应力修正结果与理论解相对误差小于5%,满足曲面薄壳设计和稳定性分析应用要求。

Abstract：

Based on the geometric physical equations and deduction of discrete process of finite element for curved thin-walled structure,characteristics of shell elements for discretion and discrete error for element stiffness matrix were analyzed theoretically,and the norm expression of discrete error for element stiffness matrix was put forward.Then,as an illustration,a probe for detecting the pressure inside turboprops was meshed by curved thin-walled shell element,compatible flat shell element,incompatible flat shell element and 3D degenerated shell element,respectively,and the stress of the probe was numerically calculated by FEM.On the basis of solved results,the stress error was analyzed thoroughly,the influence factors on the error and the applying situations for different elements were determined.Finally,the general form of correctional function was put forward according to the Boltzmann model.The program developed with FORTRAN was used to correct the numerical results and the APDL commands inside ANSYS software were utilized to read and plot the correctional stress results.Through the correction,the discrete error can be reduced within 5% that satisfies the requirement of application for structural design and stability analysis.     

“科研—教学”互动模式驱动下的本科教学

为克服学生在学习材料力学时的畏惧心理,降低学生对关键概念的理解难度,提高学习积极性,同时也为了使研究型大学的任课教师在科研和教学上相得益彰,该文提出一种"科研-教学"互动模式驱动下的材料力学教学方法。该方法将科学研究中的研究方法和研究过程引入到课堂教学过程中,使得难以理解的概念变得具体、清晰,降低了学习难度,消除了学生的畏惧心理。在加强理论学习的同时,也培养了学生的创新思维能力和工程实践能力,受到学生青睐。     

《材料力学》教学中关键问题解决方法探讨

根据学生在《材料力学》学习中最为关心的材料力学知识的重要性、材料力学知识的实用性以及如何学好材料力学等三个关键问题,文中介绍了新的课堂教学方法,旨在解除学生学习中的疑惑,梳理学习思路,端正学习态度,提高学习积极性和主动性。文中提出的教学方法在教学过程中已逐步实施,效果很好。     

面向对象有限元分析技术及其实现方法研究

面向对象有限元分析技术将面向对象技术应用于有限元分析过程,将整个过程抽象为一个模型,形成仿真基类。然后根据不同结构的有限元分析特点和规律,对分析过程进行参数化描述,形成各种仿真子类,各仿真子类构成仿真类库。介绍了面向对象有限元分析技术的基本原理和仿真类库的设计方法,提出了面向对象多任务协同仿真概念。通过探针零件有限元分析程序的开发,说明了面向对象有限元分析程序的实现过程。     

基于TLM的机箱孔缝电磁屏蔽效能数值分析

计算机因散热和装配需要,机箱上会存在大量孔缝结构.孔缝结构在不同辐射源作用下的电磁泄漏直接影响计算机的屏蔽效能.以计算机机箱为研究对象,采用传输线矩阵法(TLM)对机箱孔缝电磁屏蔽效能进行仿真研究.阐述了TLM原理,采用并联节点二维TLM单元和对称凝缩节点(SCN)的三维TLM单元算法进行孔缝建模仿真;并首次提出使用耦合微带线的辐射场作为辐射源,对机箱孔阵、接缝、风扇等结构进行了近场和远场电磁泄漏仿真分析;采用平面波辐射场进行远场电磁干扰的数值仿真.通过对比分析不同辐射源和不同结构的屏蔽效能,发现在两种不同辐射场下导致机箱电磁兼容故障的主要结构相同.通过对机箱结构改进措施的仿真设计,实现了屏蔽性能的改善.     

虚拟样机技术的技术与方法体系研究

虚拟样机技术是以虚拟样机为核心、仿真为手段、各种CAx/DFx为工具的一种数字化设计方法和手段。提出一种虚拟样机技术的技术与方法体系,它包括虚拟样机、基于虚拟样机的仿真技术、针对虚拟样机的管理技术、各种实用工具的集成技术和人机界面技术。分别论述了各种技术和方法的主要内容,包括虚拟样机的定义、特性和建模方法,多领域、多学科仿真的类型、方法和基本特征,虚拟样机的管理技术,以及各种工具的总体集成框架和方法。     

基于建构主义理论的机器人实践教学模式研究

建构主义理论强调学习的主动性和情境性。文中介绍了建构主义理论的基本内容,指出建构主义理论在机器人实践教学中的作用。针对机器人实践教学的特点,提出运用建构主义理论指导机器人实践教学的新型教学模式。通过分析机器人实验教学中常见的问题,提出从优化实践课程设置,更新实践教学内容,改革实践教学方法等方面来建构新型的实践教学模式。从实施类型出发,介绍和分析了若干典型案例及其特色,探讨了国内外机器人教育的特点以及值得借鉴的经验。     

缝隙结构电磁屏蔽特性数值仿真建模方法研究

以存在缝隙的机箱为例,对基于电磁场有限元法的缝隙仿真建模方法进行研究.阐述了缝隙电磁特性的有限元计算原理,并对单元形状引起误差的原因进行了理论分析;通过对网格划分方法研究,分析了缝隙建模中质量较差单元对求解精度的影响规律,获得了网格数量和求解精度、计算时间、计算规模之间的关系;引入转移阻抗概念,提出了基于转移阻抗的缝隙等效建模法.理论分析和仿真结果表明,该方法可在保证精度条件下大幅减少网格数量,有效缓解网格数量和计算时间、计算规模之间的矛盾.对于工程应用具有重要的指导意义.     

《有限元法》课程实践教学方法探索

针对《有限元法》课程实践环节中存在的3个问题：对问题本身的物理现象不清楚，对有限元分析软件模块结构不了解以及对有限元及有限元法理论理解不透彻，提出了一般工程问题的有限元分析步骤。通过分析步骤的指导，可使学生在有限的时间内最有效地掌握该课程的内容和有限元法分析的基本技能，有效地实现该课程的培养目标。     

电子产品多物理场耦合仿真方法研究

多物理场耦合涉及机械、电磁、流体、热、声等学科,对产品性能有直接影响。针对电子产品,研究其共同属性、基本场及耦合模式、各场间耦合关系,提出一种面向电子产品的多场耦合协同仿真方法和仿真框架,并以机架式服务器为例,提出了协同仿真流程和内容,并采用Pro/E、FLOTHERM和FLUENT等软件进行了多场耦合仿真,特别是气—声耦合的噪声分析。仿真结果验证了多场耦合协同仿真方法,对预测和优化产品性能具有一定指导意义。