三维地质建模及其有限元网格划分

针对三维建模中的不精确和数值分析接口不连续性问题,采用GOCAD软件建立工程地质体的三维模型,使得建立的模型达到既＂可视＂又＂可算＂的目的。将其应用于岩滩水电工程的地质三维建模及有限元网格划分中,证明了该法具有准确、快捷和合理等优点。     

基于CT数据的股骨三维有限元建模方法

实现一种基于计算机断层成像(CT)数据的股骨三维有限元建模方法,用于生物力学研究。可视人计划(VHP)男性标本的冷冻CT序列图像分割后,用移动立方体算法三维重建股骨几何模型并转换为有限元网格,有限元网格设置各向同性和正交各向异性材料特性建立两个有限元模型,有限元模型施加双腿站立情况的边界条件进行有限元分析。结果表明,这两个股骨有限元模型能很好地和股骨解剖结构相符合。基于CT数据的建模方法可以快速并精确地建立各种骨骼的三维有限元模型。     

基于CT数据的股骨三维有限元建模方法

实现一种基于计算机断层成像(CT)数据的股骨三维有限元建模方法,用于生物力学研究。可视人计划(VHP)男性标本的冷冻CT序列图像分割后,用移动立方体算法三维重建股骨几何模型并转换为有限元网格,有限元网格设置各向同性和正交各向异性材料特性建立两个有限元模型,有限元模型施加双腿站立情况的边界条件进行有限元分析。结果表明,这两个股骨有限元模型能很好地和股骨解剖结构相符合。基于CT数据的建模方法可以快速并精确地建立各种骨骼的三维有限元模型。     

髋关节置换术后有缺损股骨的有限元分析

运用大型有限元分析软件ABAQUS建立了髋关节置换术后的三维有限元模型。对骨水泥固定有小骨皮质缺损(10%股骨干直径)的羊股骨,进行了扭矩作用下生物力学分析。实验中使用了3种不同长度的股骨柄:股骨柄的末端位于骨皮质缺损处的上端2倍于股骨干直径;股骨柄的末端位于骨皮质缺损处;股骨柄的末端超过骨皮质缺损处的2倍于股骨干直径处的股骨柄。分析结果表明:股骨柄的长度在骨皮质缺损处的不同位置时,孔周围的应力分布也不相同。股骨柄的长度在孔的下部,2倍于股骨干直径位置时,孔周围的应力明显减小。对比使用3种不同长度的股骨柄,股骨上的最大应力值在股骨柄超过骨缺损处2倍于股骨干直径时最小。     

网络图形显示三维有限元模型

为了减轻有限元前期数据整理工作，正确划分有限元网络，提高出三维有限元模型的网络图形显示算法及程序的实现。     

三维塑性有限元数值仿真中网格再划分技术

基于ＣＡＤ造型理论和算法，提出了针对三维塑性有限元数值仿真中网格再划分有效的算法。基于一定的软件平台，建立了通用三维塑性有限元网格再划分系统ＲｅｍｅｓｈⅢ，最后以方坏料镦粗为例检验了系统。     

CAD技术在有限元分析前处理中的应用

本研究了三维实体在ＣＡＤ技术下的网格划分，针对相贯线这一难点进行了探索，并从中总结出了一套合理的解决办法，为解决工程结构中的圆角过渡等应力变化敏感部位的三维网络生成，提供了准确快捷的方法。     

基于三维角点网格模型的现今地应力有限元模拟

设计并实现三维角点网格模型的现今地应力有限元模拟方法。利用角点网格, 建立储层三维精细模型。应用网格转换算法, 将网格转换为对应的三维有限元网格模型, 采用有限元法模拟地应力场的分布。采用网格转换逆向方法, 将模型重新采样至对应的角点网格地质模型, 为后续数值模拟等流程提供数据支持, 从而保证流程的连续性和数据的一致性。通过X工区和Y工区两个油田实例数据, 模拟工区应力场分布。对比分析表明, 模拟值与实测值匹配性较好, 证明了方法的准确性和有效性。     

基于CAD建模和有限元方法的三维中子扩散程序

有限元方法(finite element method,FEM)适应于复杂几何问题的数值计算,但目前反应堆物理有限元程序所采用的前处理(即几何建模和网格划分)方法繁琐抽象,较难应用于高维复杂结构。该文通过采用计算机辅助设计(computer aided design,CAD)商业软件GAMBIT进行可视化自动建模和网格划分,并应用于自主开发的有限元三维中子扩散程序FEMND,实现了对高维复杂堆芯的直接准确模拟。该程序系统对二维和三维几何分别采用非结构三角形和四面体网格划分,采用不完全LU分解预优共轭梯度法求解代数方程组,可处理临界和含外源问题。通过多个理论模型和基准问题验证了程序的可靠性和正确性,表明有限元方法与CAD前处理相结合,可以充分发挥有限元方法的优势,实现对复杂结构堆芯的有效模拟。     

子午线轮胎复杂胎面花纹有限元网格自动划分方法

为提高复杂胎面花纹有限元模型的建模效率和网格质量,基于节点构建三维网格的方法和保角映射技术,提出了一种复杂胎面花纹有限元网格自动划分的方法。即通过MATALB编制程序,将花纹外轮廓由曲线变换为直线,并根据花纹尺寸参数在截面内建立分层线,使之与花纹展开图二维网格模型直接对应,再通过投影的方式获取所有节点信息,并按照右手定则分类连接单元节点。在此基础上,对生成的花纹网格模型进行还原和排序,实现自动生成完整的胎面花纹有限元网格。利用ABAQUS软件进行轮胎径向刚度和接地压力的仿真,结果表明：与传统建模方法相比,所提方法不仅能大幅提升花纹有限元建模效率,还保证了有限元网格具有较高的质量,仿真结果与试验结果基本一致,可见所提方法能更加准确、有效地模拟复杂花纹轮胎的实际情况。     

用分步有限元法求解三维不可压缩流动

将计算二维不可压缩流动的分步有限元格式扩展到三维情况 ,由于该格式没有引入新的高阶空间导数项 ,适用于多维空间的非线性问题。实际求解了三维空腔流 ,在 Re数较低的情况下得到的流态不随时间而变化 ;在高 Re数(Re=40 0 0 )的情况下 ,流态十分复杂并且是非定常的 ,在水平断面具有多个非定常旋涡 ,在垂直于流动方向的立面断面上可以模拟到 TGL涡。本格式的迎风效应是 Taylor展开式的高阶精度项 ,没有人工粘性引入 ,得到的结果可靠性好     

口模挤出三维罚有限元方法计算机模拟中罚数的确定

详细分析了采用三维罚有限元方法进行聚合物口模挤出的计算机模拟过程中罚数的确定,并用实例验证了罚数确定方法在理论上的正确性.     

三维非齐次双曲型方程的局部一维有限体积元方法

提出了三维非齐次双曲型方程的一种新型局部一维有限体积元方法,导出了具体的计算格式,证明了该格式按离散L2范数或离散H1半范数均具有二阶收敛精度.具体算例表明该算法计算效果良好.     

直缝焊管成型过程的非线性有限元分析

直缝焊管成型过程理论上属于弹塑性大变形和状态非线性多重非线性耦合的问题，研究焊管成型过程对于合理设计焊管轧辊和成型工艺具有重要意义．本文综合使用有限元分析软件ANSYS和非线性动力有限元求解器LSDYNA对直缝焊管辊式成型包括水平辊和立辊在内的整个成型过程进行了数值模拟。得到了管坯在不同阶段的应变场和应力场，研究工作为研究排辊成型和柔性成型工艺奠定了基础．     

一种基于Voronoi图的多晶体有限元建模方法

建立多晶体的细观有限元模型是研究多晶体材料局部塑性变形不均匀性的前提与基础,为了灵活地构建高可靠度的材料微结构模型,在前人研究成果的基础上提出一种基于Voronoi图并结合单元编号区域排布特点,能直接根据模型中得到的单元编号顺序依次求取单元形心坐标的构图方法就显得极为关键。该方法首先是生成特定平面或空间域里的随机点与Voronoi图基本信息,再结合单元编号区域排布特点依次直接求取中心点坐标,接着判断单元归属于距离最近的晶核所在的晶粒内,并将所得晶粒编号及单元编号以set集合形式添加到INP文件的Part部分,进而得到Voronoi多晶体有限元模型,最后以构建含10个晶粒的二维和三维多晶体模型为例和文献对比分析来进行实现与验证。结果显示:该方法可以依据单元编号区域排布特点直接得到单元编号且更加容易实现依次求取单元形心坐标,并在一定程度上降低了单元形心坐标处理的数据量和单元归属判断的难度,通过对比分析该方法建立的模型精度更接近于文献中的精确模型,它们之间的最大偏差仅为25.47 MPa,较对比文献的简化模型最小偏差还要低0.07 MPa。表明该方法可为研究人员快速构建多晶材料的Voronoi细观有限元模型提供一定的技术参考。     

基于栅格法的人字齿有限元接触精确建模方法

提出了一种基于栅格法的人字齿有限元接触精确建模方法,将栅格法-27分法加密模板扩展到齿面局部加密建模中,根据单元间的节点连通关系建立编号索引矩阵,并以索引值判别过渡单元的加密模式;提出编号轮转算法将待加密单元节点重新编号,并结合节点映射算法修正齿面加密节点坐标;给出了保证节点几何精度、网格密度及质量的参数化精确建模流程．应用提出的精确建模方法对一对人字齿轮进行了有限元建模,分析了人字渐开线齿面的接触应力分布状态,并与赫兹接触理论对比验证了精确建模方法的正确性,为齿轮的加强接触分析提供有效的建模方法．     

车削过程的三维有限元数值模拟

根据三维有限元法,提出车削过程弹塑性大变形的热-力耦合模型,并模拟了超细晶WC硬质合金车刀对AISI-1045碳钢的车削.车削工艺参数为:前角-5°、车削速度1×103mm/s、车削深度1.0mm、车削宽度3.0mm、进给量0.5mm/s.通过车削温度场与应力场的三维有限元模拟,分别得到刀-屑接触区最高温度、车削力与进给力相对车削位移的变化规律.由模拟结果发现,通过改善车刀结构,刀-屑接触区平均温度峰值由430℃下降为365℃;车削力平均值由1500N降至1400N.结果表明,三维有限元模拟可有效地仿真实际车削工艺环境,为优化车削工艺提供参考.     

被动源电磁测深三维有限元数值模拟

从基于电场的双旋度方程出发,针对被动源电磁测深法中的三维正演问题进行了有限元数值模拟.首先推导了被动源电磁法中电场所满足的矢量波动方程,然后从变分原理出发,得到其变分形式,通过有限元分析,最后形成大型复系数线性方程组.采用LDLT预处理共轭梯度法,降低了矩阵的条件数,提高了解方程组的速度.建立了一个典型的3层地电模型,得到了地表电磁场分布及其主测线视电阻率和阻抗相位,视电阻率平均相对误差为2.06%,阻抗相位平均相对误差为0.734%,满足实际要求,同时也验证了程序的正确性.