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。     

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。     

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。     

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。     

二维浅水波方程的非结构网格TVD型有限体积法

考虑二维浅水波方程及其离散方法,对非结构三角形网格给出了TVD型有限体积法.在离散单元对物理量作单调线性重构函数,通过选择不同的数值流函数,构造了两种复合型有限体积格式;时间离散采用二阶Runge-Kutta方法.对二维溃坝问题及非平底部溃坝问题进行数值模拟,结果表明,两种方法精度高且稳定,可以处理具有任意水下地形的二维浅水波问题.     

坡面水蚀与细沟发育过程模拟研究

为了分析次降雨过程中的细沟发育规律,提出从二维浅水方程和泥沙输移方程出发建立坡面水蚀模型,利用有限体积法模拟坡面径流与侵蚀产沙的时空分布及微地貌发育过程的方法。模型由二维浅水方程、Green-Ampt入渗模型、Gash林冠截留模型以及经验侵蚀与沉积公式组成,具有易于实现的优点。通过对摩阻源项进行点隐式处理,提高了数值稳定性,可处理干床面和微小水深。结果表明,模型能够模拟复杂坡面在次降雨过程中的径流侵蚀及细沟发育规律。     

改进的MacCormack有限体积格式及其应用

大涡模拟在湍流边界层数值计算中扮演重要的角色。MacCormack格式由于耗散低、捕获激波能力强在超音速流动的数值仿真中得到广泛的应用。为满足湍流的工程计算要求 ,从泰勒级数展开出发 ,构造了三维可压缩流场Navier Stokes方程时间上二阶精度、空间上四阶精度的改进型MacCormack有限体积格式。对超音速飞行器流场数值的仿真结果表明 :改进格式精度高、耗散小 ,可应用到超音速湍流的大涡模拟中。     

高速枪弹侵彻猪下颚骨数值仿真分析

应用CT断层扫描技术及层切法获得猪下颚骨数据进行CT三维重建,在获得下颚骨三维实体模型的基础上,采用有限单元法将枪弹及下颚骨三维模型进行空间离散化,以Lagrangian坐标形式描述枪弹及下颚骨的空间位置,在允许少量相互侵彻的基础上,选择罚函数法计算结构中的接触状态,并运用显示中心差分法求解接触状态下Lagrangian网格的离散化方程,数值模拟7.62mm制式枪弹侵彻猪下颚骨的过程中,枪弹及下颚骨的变形、破坏及碎片飞溅过程.与试验参数进行比较,仿真分析结果与试验数据吻合良好,仿真结果具有较高的可信度,为高速枪弹侵彻动力特性及侵彻机理的研究提供参考.     

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。     

喷射系统的流场数值仿真

本文采用N—S流体力学方程描述喷射系统内部流体运动的状况,用罚函数有限元法进行数值仿真,得到速度矢量及流线分布图,模拟流体运动的规律。文中依据Prandtl理论导出半空间自由射流速度反射流束宽度算式,通过实验修正自由射流的宽度。     

不确定性结构区间分析的改进Monte Carlo方法

将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示，建立了系统的区间有限元控制方程。利用Monte Carlo数值仿真方法对区间有限元控制方程进行求解，得到了结构的位移和应力响应区间。并针对—殷Monte Carlo方法在区间仿真中存在的缺陷，对其进行了改进，使其计算效率大为提高．数值仿真算例表明：经改进的Monte Carlo方法仿真求解计算量大为减少，且能给出较高精度的响应区间，并克服了区间运算中的扩张问题。     

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.     

基于时域有限差分方法求解薛定谔方程

时域有限差分(finite difference time domain, FDTD)方法广泛应用于电磁场仿真领域,并与量子力学理论相结合来求解时域薛定谔方程,然而数值计算中的稳定性研究缺少理论方面的探讨。基于冯·诺依曼的稳定性分析方法得到了时域薛定谔方程的一维以及多维的稳定性条件,并且讨论了在不同势能情况下该稳定性条件的表现形式。数值结果充分证明了结论的正确性。     

用于药床动态挤压应力研究的半密闭爆发器仿真

建立了用于发射药床动态挤压破碎应力研究的半密闭爆发器控制方程组,进行了半密闭爆发器数值与物理仿真。仿真结果表明,调整半密闭爆发器的装填参数可改变半密闭爆发器内压力变化规律。半密闭爆发器物理仿真与射击试验表明,半密闭爆发器气体压力与射击试验弹底药床气体压力变化规律相一致,为真实再现发射药床在弹道环境下的挤压破碎过程提供了理论基础,为发射装药发射安全性研究提供了新手段。     

高速杆式弹侵彻有限厚靶板数值模拟

运用AUTODYN动力学仿真软件对高速(1.2～3km/s)杆式弹侵彻有限厚靶进行数值模拟。分别计算了Lagrange算法和SPH算法以及不同计算规模下,杆式弹高速侵彻过程,对比分析了侵彻后效的工程计算结果,并研究了不同着速、着靶角和弹丸头部形状对弹丸侵彻后效的影响。算法分析表明,拉氏算法可以更好模拟侵彻界面变化,SPH则可以更好模拟材料破碎飞溅;Lagrange算法0.75mm网格和SPH算法0.5mm粒度即可满足算例问题的计算精度。并指出对高速杆式弹的侵彻研究和设计需要根据着速等初始状态的不同而综合考虑。     

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。