用变化的速度挤压规则截面铝型材的FVM研究

以规则截面的AA6061铝材挤压件为例,分别采取均匀速度和呈线性由高到低变化的速度,对挤压过程进行有限体积法数值模拟研究,得到挤压过程中挤压件及模具的温度、应力分布及其模具载荷等并进行分析。研究结果表明,选择呈线性由高到低变化的速度进行挤压,能够保持挤压件及模具适宜的温度范围,提高挤压件质量,降低模具载荷,提高生产效率。研究结果可以为铝型材挤压的生产实践中工艺参数的确定提供理论参考。     

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.     

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.     

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。     

重力加速度对燃烧过程影响的数值模拟研究

重力对燃烧过程有着很重要的影响,但是在燃烧各理论模型中往往被忽略。建立三维燃烧器模型,采用数值模拟的方法,考察了正常重力和微重力环境下炉膛内温度场的变化规律、热力型NO浓度分布规律和流场的变化情况。经计算分析表明,在正常重力和微重力环境下高温区的形状,炉膛内的温度场,火焰的传播速度,污染物的生成浓度和流场等都发生了很大的变化。这将有助于探索重力因素对燃烧过程的影响,更进一步了解燃烧过程的基本规律和机理,对改进燃烧模型有重要的意义。

Abstract：

Gravity has a significant impact on the combustion process; however, it is often overlooked during the various combustion theoretical models. Three-dimensional model of reverberatory furnace was set up; the numerical simulation was used to study the changing law of temperature field, concentration distribution of thermal NO and flow field in a refining reverberatory under the conditions of the normal gravity and microgravity environment. As a result of calculation and analysis, the flame shape, temperature inside the furnace, flame propagation speed, pollutants generated concentration and flow field have taken place in great changes. This will help to explore the gravitational effects of factors on the combustion process, better understanding the basic laws and mechanism of the combustion process and it has important implications for improving the combustion model.     

复杂型腔中粉末注射成形充填过程的计算机模拟

在Hele—Shaw近似下采用有限元／有限差分混合法求解粉末注射成型充填过程，有限元法处理中面离散，厚度方向使用有限差分，运用控制体积法追踪运动边界，压力方程和能量方程顺序求解，实现了复杂型腔充填过程温度场、压力场和速度场的数值仿真，得到了较有价值的流场数值分析结果。     

电渗驱动微流道内流场的数值模拟

针对微流道中电场和流场耦合的问题,建立了电渗流的数学模型,应用有限元法对微流道内的速度分布进行了稳态和瞬态的数值模拟.研究了电场强度、溶液浓度和微流道高度等因素分别对微流动速度在空间和时间上的影响规律.结果表明,在电渗驱动下,微流道中的流体流动呈现"塞状"流型,流动速度与电场强度及微流道表面静电势成正比,而与微流道的高度无关.微流体由开始运动到稳态的过度时间的尺度为毫秒量级,大小与微流道高度比值的平方成正比,而与电场强度和溶液浓度无关.研究结果为电渗驱动在微流控芯片中的应用提供了理论依据.     

二维金属切削过程的数值模拟

本文基于数值模拟技术,借助于有限元软件成功地模拟了二维金属切削过程中切屑形成及切削区应力、应变变化的过程,计算出了剪切角及切削起始阶段切削力的变化,并通过实验验证了这一规律的正确性。该方法新颖、独特,从而为金属切削理论研究和刀具产品开发领域中提出一种更为有效、更为可靠的研究方法。     

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.     

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.     

哥林柱淬火冷却过程的数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS8.0,进行了哥林柱淬火冷却过程的温度场数值模拟和应力场分布计算,热处理试验前对哥林柱不同工艺热处理后的变形开裂倾向和淬火后可能的组织分布进行了预测,根据仿真结果对哥林柱的热处理工艺参数进行了优化,修改了工厂原先采用的淬火工艺,仿真计算减小了试验失败的风险和试验成本,生产应用表明模拟结果有较高的应用价值.     

人体步态研究与仿真的现状和展望

综述了EMG、有限元、多刚体和逆动力学、神经-肌肉-骨骼和肌肉-骨骼建模等四种方法在步态研究中应用的现状。分析了当前研究的困难和不足。指出困难在于对活体步态参数的测量，不足之处是没有运用多柔体系统动力学。提出未来研究的重点应集中在把人体重要的肌肉、骨骼、韧带作为多柔体系统的部件，改进人体组织的本构模型和有限元方法，基于步态生物力学运用多学科相结合为正常人研制功能性服装和鞋袜等三方向。     

冷弯成形过程的样条有限条方法仿真与应用

为了实现金属冷弯成形过程这一复杂的几何与材料双重非线性问题的数值仿真,在有限元方法与传统的有限条方法基础上,针对位移函数、位移-应变关系和坐标转换矩阵等基本列式进行了改进,建立了基于修正的拉格朗日方法的弹塑性大变形样条有限条方法,较好地处理了边界条件、不同构形下场量转换等问题.建立的对象模型与理论计算列式有效结合,成功实现了冷弯成形的全过程模拟.通过实例计算与分析,表明仿真结果可以表征成形过程中相关因素的影响程度,可为辊型设计提供一定的理论依据.     

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。     

人工晶体植入状态的三维数值模拟分析

白内障手术人工晶体植入过程及运行状态与术后远期后囊膜浑浊有显著的相关性。论文针对疏水性丙烯酸酯折叠式Acrysof和亲水性丙烯酸酯折叠式Akreos两种人工晶体,利用有限元数值模拟技术分析了晶体植入囊袋的过程及运行状态。三维数值模拟结果显示,人工晶体植入后囊膜出现褶皱的区域和术后远期后囊膜浑浊的调查研究结果相吻合。模拟结果表明人工晶体的结构特征是造成后发性白内障的重要原因,对人工晶体的结构优化是解决后发性白内障的重要方面。采用实验联合数值模拟计算的材料参数识别新方法,解决了人工晶体的材料参数识别问题。