铝型材挤压成形过程数值模拟的研究现状及发展

介绍了铝型材挤压过程数值模拟的基本理论，包括描述流体运动的方法、材料模型及本构关系、控制微分方程等。分析了有限元法和有限体积法在铝型材挤压过程数值模拟中的应用现状，发现有限体积法由于采用欧拉描述，能避免网格畸变及重划而具有技术优势，并开始受到重视，提出了有限元法及有限体积法在铝型材挤压过程数值模拟中应用的研究重点及发展趋势．     

弧形翼-身组合体零攻角流场的数值仿真研究

通过有限体积法和二阶迎风格式,对弧形翼-身组合体流场进行了数值仿真研究.研究结果给出了弧形翼气动特性随飞行马赫数[Ma＝1.5～5.5]的变化,其静态稳定性的损失变化和滚转力矩系数的变化规律,且详细分析了弧形翼在零攻角下产生自诱导滚转力矩的原因.数值计算结果与国外的风洞实验结果进行比较,发现与JPL飞行实验有较好的吻合性.     

分流组合模挤压过程的有限元分步模拟

基于刚粘塑性有限元法,在模拟过程中采用分步模拟的方法,对有限元网格进行分步重划分和步长的分步设置,并提出了解决体积损失问题的补偿方法,在Deform-3D有限元软件上实现了薄壁复杂截面铝型材的分流组合模挤压成形过程的三维数值模拟。分析了铝合金口琴管挤压过程中的金属的流动和变形行为,获得了速度场、温度场、应力场和应变场的分布图,数值模拟结果与理论分析结果吻合较好。结果表明:采用有限元分步模拟可以在保证模拟精度的前提下大幅缩短模拟运算时间,是模拟薄壁复杂截面铝合金空心型材挤压成形过程的有效方法。     

铝电解槽铝液界面波动模型及数值模拟

从研究铝电解槽铝液波动的机理出发,对铝液波动的机理进行了分类,并对每种铝液波动的不稳定性进行了详细地阐述.针对铝液波动的特点,提出了利用有限体积法求解控制方程的数值仿真方法,给出了铝液界面波动的控制方程和边界条件,模拟出行波和驻波对铝液波动的影响,对铝电解槽稳定性的设计作出了评价,对仿真结果进行了分析和讨论.仿真结果表明:320KA预焙铝电解槽的铝液波动不明显,整体表现稳定,波动周期为50秒,最大振幅为1cm;铝液界面的中部高,三个角部较低.铝液波动中存在有行波和驻波两种波,驻波出现在B侧角部,且较为稳定,行波的转播方向为从B侧向A侧.     

虚拟飞行器风洞的研究与实现

虚拟飞行器风洞是虚拟现实技术和CFD技术在飞行器设计和改型中的应用.阐明了虚拟风洞的组成和实现的基本流程,在求解雷诺平均三维不可压Navier-Stokes方程的基础上,采用有限体积法对其进行离散,并运用比较成熟的SIMPLE算法进行求解,在WTK平台上针对某模型进行仿真计算,而后进行了试验验证.对比分析模拟结果与试验结果,表明采用这种方法与传统的风洞试验相比,能够交互式地从各个不同的方位曼形象更直观地观察飞行器外流场的流态,同时也证明虚拟风洞的计算是真实可信的.     

基于FEM与SPH耦合算法的金属切削仿真研究

采用FEM与SPH耦合算法进行了金属切削加工仿真研究,模拟了切削过程中材料的本构行为模拟结果表明,切削过程是切削层材料受到刀具的推挤后而产生的以剪切滑移为主的塑性变形过程;在切削过程中,切削力从零开始迅速增大,然后又减小,最后在一定范围内变动;稳定切削后,前刀面上的最大等效应力在距离切削刃一定距离处上下波动.与有限元仿真结果相比较,材料的变形情况与应力分布基本相符,验证了FEM与SPH耦合算法应用于金属切削仿真研究的可靠性.     

轿车室内流场的数值模拟研究

轿车室内流场的数值模拟是轿车室内环境空气品质评价与研究的基础.本文选择RNG湍流模型,采用分区域划分网格的方法,并利用Monte Carlo法分析了太阳辐射引起的车体各固面的附加热流变化,对轿车室内空气三维流场和温度场进行了数值模拟研究,为轿车室内环境的舒适性评价和轿车室内通风性能的优化提供了参考.     

有限体积法仿真金属锻造过程及其关键技术

研究了三维有限体积法(FVM)在金属锻造成形过程仿真中的基本算法，及其关键技术。得到了该方法的控制方程，给出了动态边界跟踪、摩擦力边界的施加等关键技术的处理方法。然后运用该技术对一个典型的连杆锻造的预锻和终锻过程进行了仿真。详细分析了成形过程中各个阶段的变形量、应力等物理量的分布情况，以及整个过程中模具的载荷情况。研究说明有限体积法是一种适用于金属锻造加工仿真的高效数值模拟技术。     

感应电机无速度传感器模糊控制仿真研究

基于Takagi-Sugeno（T-S）模糊模型,提出了一种感应电机的模糊转速磁链观测器,并实现了一种新的感应电机无速度传感器模糊控制方法。该方法利用Lyapunov稳定性理论分析了观测器的稳定性,通过求解受线性矩阵不等式（LMI）约束的广义特征值问题来得到观测器的反馈矩阵。在Matlab软件平台上,利用SimPowerSystems Blocks（PSB）电气模块和Simulink通常模块搭建了基于模糊观测器的无速度传感器控制系统,仿真实验验证了该系统的正确性。仿真结果表明该方法在全速度范围各种工况下都能稳定工作,准确观测定子磁链和转速。

Abstract：

Based on Takagi-Sugeno （T-S） fuzzy model,a fuzzy speed and flux observer of induction motor （IM） was proposed and a novel speed sensorless fuzzy control for IM drives was developed based on fuzzy observer design. This method utilized Lyapunov stability theory to analyze the stability for the observer. The observer gains were obtained by solving a generalized eigenvalue problem （GEVP） under linear matrix inequality （LMI） constraints. The speed sensorless control system of IM drives on the basis of the fuzzy observer was built with PSB blocks and Simulink blocks in Matlab platform and verified by simulation results. The simulation results indicate that the proposed method could operate stably in whole range of speed with preferable observation precision of stator flux and rotor speed.     

任意正多边形静态电场的数值算法研究与仿真

讨论了任意正多边形静态电场的边界条件处理方法,用三角形网格将任意正多边形内连续分布的场离散化,提出并推导了其二维拉普拉斯方程的有限差分模型算法;将超松弛法引入有限差分程序,加快了收敛速度;分别利用自编的有限差分MATLAB程序以及ANSYS的GUI方式,研究了边界形状较为复杂的正五边形二维场域内电位分布;分析了仿真过程中存在的问题并且提出了互补解决方法.     

微观交通仿真中随机决策换道行为研究

车辆在自由行驶或者处于跟驰状态时,经常进行由慢车道向快车道以便于获得更好的行驶环境.这需要驾驶员根据交通环境状态做出是否进行换道的决策.通过分析快车道行驶车辆对当前车的影响,结合蒙特卡罗仿真方法,提出了一种新的换道随机决策模型.在不同的流量条件下,对车辆换道次数的实测值和仿真模拟值进行具有统计意义的显著性差异分析,验证了模型的有效性.     

高温氧化物晶体生长过程中温度场的数值模拟

报道了诸如Nd:YAG等的高温氧化物晶体在使用Cz(Czochralski)方法晶体生长过程中温度场的数值模拟研究。在计算温度场的过程中引入了有限差分法(FDM)。首先建立了高温氧化物晶体生长的数学模型,然后给出了无量纲方程,最后确定了边界条件,使用有限差分方法求解了方程,并在此基础上编制了仿真程序。应用上述仿真程序描述了晶体和熔体中温度场的变化情况,分析了工艺条件对晶体和熔体温度场变化的影响。     

基于仿真计算的汽车发动机罩改进设计研究

利用有限元方法对某车型在50km／h的速度下正面碰撞刚性墙的过程进行计算机仿真，结果发现发动机罩铰链发生断裂失效，试验结果与仿真结果一致，发动机罩铰链断裂将严重影响到驾驶员及乘员的安全，另一方面也降低了发动机罩变形吸能的能力。根据仿真计算结果，对发动机罩及铰链进行结构和材料两方面的改进设计，从而保证铰链在整车碰撞过程中不再发生断裂，同时也改善了发动机罩的变形吸能模式，进而有效地增强了车身的安全性能。     

复合材料火箭定向器有限元法数值仿真

以某复合材料火箭定向器为对象,分别建立了3mm,3.5mm,4mm三种壁厚的定向器和火箭的有限元模型进行分析,计算了火箭在定向器内运行的全过程,得到了复合材料定向器的一些有价值的计算数据曲线。数值计算结果与实际数据对比显示,最大偏差不到14%,证明仿真结果是可信的,综合比较,4mm壁厚的定向器是最佳选择。研究表明,用复合材料制成的火箭定向器完全能够满足工程需要。