巧用拉伸法建立冷却管的三维有限元模型

大型有限元软件ANSYS功能强大，单元类型众多。当采用间接法对锌液冷却管进行热应力计算分析时，温度场的计算和应力分析是非线性的，热分析与结构分析两步骤之间是有数据传递的，因此模型网格划分必须采用映射网格。拉伸法非常适合于建立形状复杂，要求网格具有对应性的热一结构耦合有限元模型。章介绍了用拉伸法建立锌液冷却管的三维有限元模型的基本方法，为类似的工程有限元建模计算提供了参考。     

基于三角形网格的无量纲最小二乘有限元法及其应用

利用最小二乘有限元法计算二维流体场需要采用四边形网格，而仅采用四边形单元剖分含有角环、圆角和尖角等复杂结构的电力装备二维仿真模型时往往出现网格畸变。为此，本文提出了一种基于三角形网格实现最小二乘有限元的方法，即在三角形剖分网格上再处理得到四边形网格，从而实现最小二乘有限元法计算流体场。为验证所提方法的有效性，论文分别对方腔模型和带有角环等复杂结构的变压器单分区模型进行了数值计算，并分别与规则四边形网格下的最小二乘有限元法和Fluent计算结果进行对比。对比结果表明本文所提出的网格处理方法可以实现含有复杂结构电力装备的二维流体场仿真。     

基于嵌入式离散裂缝和扩展有限元的裂缝性页岩油藏流固耦合高效数值模拟方法

通过耦合嵌入式离散裂缝模型和扩展有限元建立了一种适用于裂缝性页岩油藏的流固耦合高效数值模拟方法。该方法创新性在于:通过对裂缝进行显式降维处理,可以准确刻画水力裂缝对渗流场和应力场的影响,同时可以模拟水力裂缝开度的动态变化过程以及水力裂缝内流体压力对裂缝变形的影响;在划分网格时仅需对基岩系统进行正交网格剖分,不必考虑裂缝的几何形态,渗流场和应力场均选取一套网格,使得网格划分时的复杂度大幅降低。对于渗流方程求解采取模拟有限差分方法,满足局部质量守恒并且可以有效处理全张量形式渗透率;对于岩石力学方程求解采取扩展有限元方法,可以准确处理裂缝两侧的位移间断性。通过算例分析,本文方法的正确性与优势得以验证。     

基于拓扑分割的泵叶轮六面体网格划分方法

叶轮是泵设备的核心零部件之一,关系着泵设备运行的稳定性与安全性;为提高叶轮数值模拟试验的精度与求解效率,提出了一种基于拓扑分割的泵叶轮全六面体网格划分方法;首先进行物理三维模型的拓扑结构理论分析,获取模型的拓扑分割方法;其次研究基于映射理论的六面体网格生成方法,获得虚拟计算域模型;然后优化网格质量并进行网格规模控制;最后以泵叶轮为例,开展全六面体有限元网格划分,并利用ANSYS仿真软件,验证叶轮全六面体有限元网格划分方法的合理性;研究结果表明:叶轮全六面体网格模型具有网格质量高、抗畸变能力强、规模数量小、求解效率快等特点。     

基于UG的蜗轮蜗杆设计

产品建模技术是计算机辅助设计与制造（CAD／CnM）系统的核心技术。以UGNX作为支撑平台,创建参数化的蜗轮蜗杆三维实体模型,为之后的装配设计、强度分析、仿真蜗轮传动的啮合过程、干涉检测、啮合特性及表面特性进行更深入的分析提供了基础。     

A simulation method of combinding boundary element method with generalized Langevin dynamics

A new simulation approach to incorporate hydration force into generalized Langevin dynamics (GLD) is developed in this note. The hydration force determined by the boundary element method (BEM) is taken into account as the mean force terms of solvent including Coulombic interactions with the induced surface charge and the surface pressure of solvent. The exponential model is taken for the friction kernel. A simulation study has been performed on the cyclic undecapeptide cyclosporin A (CPA). The results obtained from the new method (GLDBEM) have been analyzed and compared with that obtained from the molecular dynamics (MD) simulation and the conventional stochastic dynamics (SD) simulation. We have found that the results obtained from GLDBEM show the obvious improvement over the SD simulation technique in the study of molecular structure and dynamic properties.     

曲面均匀网格轮式行进生成法

提出一种新的曲面有限元网格生成方法,将曲面边界离散相邻节点连接构造线段序列,并从序列中的线段出发,以线段的空间位置为依据,构造圆,再利用该圆在曲面上布点筛选求取网格节点,生成单元,使节点一单元一线段交替生成,该方法实现了曲面均匀网格的自动生成,网格质量良好,适用于不同形式的曲面,具有很大程度的通用性,有利于解决有限元分析建模的瓶颈之一——曲面网格自动生成问题。     

基于Workbench的齿轮啮合振动分析

齿轮的振动能快速、全面地反映其运转状态,有限元法能更为准确模拟轮齿啮合过程,求解啮合刚度进而研究其振动响应。联合利用Hypermesh和Workbench对啮合齿轮模型进行有限元仿真,得出齿轮啮合时变刚度。利用MATLAB求解齿轮系统动力学模型得到动力学响应。通过机械式封闭功率流试验台对仿真结果进行试验验证。试验结果表明仿真分析得到的结果与试验结果基本相符。利用有限元方法求解啮合刚度进而研究振动响应有更高的可靠性和准确性,为齿轮振动的研究及改善提供方法参考。     

基于2.5维有限元算法的边界处理及网格划分

由于2.5维周期化技术能有效地处理列车振动波传播模拟过程中计算尺度与计算时间的矛盾,因而国内外学者在此理论基础上将FE(有限元)和粘滞边界以及IFE(无限元)等边界处理方法进行耦合.为讨论上述算法中有限元网格划分区域及单元大小对计算精度影响,通过运用软件Matlab编制程序读取Ansys中的模型信息,并将2.5维有限元和无限元边界耦合等算法在其中得以实现.在此基础上发现在相同的网格划分条件下,采用2.5维无限元边界较粘滞阻尼边界具有更高的精度,同时通过选取不同尺寸的有限元模拟区域及最大网格大小,将计算结果与经典解析解进行比较,并对上述网格划分参数的合理选择提出了建议.     

密闭腔室内爆炸效应的数值模拟

为研究密闭腔室内爆炸效应的特性,采用有限元计算方法,对某密闭腔室内中心装药爆炸后流场的产生、传播和壳体动态响应全过程进行了数值研究. 从物理建模、网格划分、求解文件建立和计算结果分析等几个方面进行了较为详细的论述. 计算结果给出了密闭腔室内自由场几个观察点的压力时程曲线、腔室壁面上几个观察点的爆炸载荷压力曲线. 研究结果可以为公共场所等大型建筑物内爆炸效应研究以及结构强度设计提供理论依据.     

牵引火炮非线性有限元隐式动力学分析

研究牵引火炮全发射过程非线性结构动力学有限元建模和分析中的关键问题。建立了某牵引火炮含身管与摇架导轨之间大位移滑动接触的非线性结构动力学有限元模型,运用隐式时间积分动力学方法模拟了该炮发射的后坐一复进过程,获得了炮架关键部位应力、应变和位移的瞬态响应,计算结果与实验测试结果基本一致。研究表明：该文的建模原理和数值模拟策略突破了火炮全发射过程总体结构动态应力分析的瓶颈。利用该文方法可以进一步研究火炮发射时的动态刚强度、冲击振动、结构动态稳定性等问题。     

城区渗流场分析的奇异点子结构法

为克服城区渗流场有限元分析中的困难,采用奇异点子结构法对渗流场中的阻水结构进行处理.首先用较粗的网格对计算区域进行划分,然后从整体网格中分离出包含阻水结构角点的网格,将其作为一个子结构进行处理.对分离出来的子结构,采用有限相似划分方式逐层进行网格加密,由内向外逐层凝聚得到子结构的等效刚度矩阵和等效列向量.分析结果表明,奇异点子结构法避免了大区域中小尺寸物体的网格划分问题,其精度和效率与无限相似单元法相当,且在处理入渗、潜水、多层透水层和悬挂式阻水结构等方面更为方便.     

基于随机扩展方法的致密油储层裂缝建模研究

现有的储层裂缝建模方法大多忽略了储层裂缝扩展历史与裂缝属性随机分布特征之间的本质关系,所建裂缝模型多为不考虑断裂尖端扩展历史的静态模型,因而不可能给出有效的区域裂缝信息。针对裂缝建模难题,提出了基于裂缝扩展反演模型的裂缝建模方法。首先,基于裂缝扩展规律,采用扩展有限元方法,利用模拟退火技术,建立裂缝扩展反演模拟模型;然后,采用克里金模型和断裂力学模拟系统,综合构造和成像测井裂缝解释资料,构建多场趋势克里金估计模拟模型。选取大情字井地区青山口组扶余致密油层作为实验区,建立了该区块的裂缝扩展模型和裂缝分布模型。实验表明,构建的基于随机扩展有限元模拟的裂缝建模方法可以克服现有裂缝建模方法的不足,可提高裂缝性油藏的表征精度。     

Stability Analysis of Spatial Cubic Spline Geometric Nonlinear Beam Element Considering the Second-Order Effect

To analyze the stability problem of spatial beam structure more accurately,a spatial cubic spline geometric nonlinear beam element was proposed considering the second-order effect.The deformation field was built with cubic spline function,and its curvature degree of freedom (DOF) was eliminated by static condensation method.Then we got the geometric nonlinear stiffness matrix of the new spatial two-node Euler-Bernoulli beam element.Several examples proved calculation accuracy of the critical load by meshing a bar to one element using the method of this paper was equivalent to mesh a bar to 3 or 4 traditional nonlinear beam elements.     

包络环面蜗杆传动的实体建模和几何分析

基于曲面包络理论和计算机图形学,讨论了包络环面蜗杆的实体建模方法,并在实体模型的基础上进行了包络环面蜗杆传动的装配模拟及配对齿面的间隙和干涉分析,考察了加工和装配参数的调整对齿面啮合与接触的影响．     

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。     

风电增速箱结合部刚度分析及振动噪声预估

为了研究风电增速箱的振动特性和辐射噪声,基于轴承支承刚度及齿轮副啮合刚度分析,建立了风电增速箱轴系扭转振动模型,运用Matlab求解振动微分方程,得出轴系扭振频率及对应振型;综合考虑刚度激励、误差激励及冲击激励,建立了风电增速箱动力学有限元模型,仿真得出增速箱的动态响应。以箱体表面节点振动位移为边界条件,建立了增速箱声学边界元模型,采用直接边界元法求解得到箱体表面声压及场点的辐射噪声。结果表明,风电增速箱扭振频率与激励频率及其倍频相差较大,不会出现共振现象;增速箱结构噪声和辐射噪声的峰值主要出现在高速级齿轮啮合频率的二倍频附近。     

减速器弧齿锥齿轮动态啮合疲劳强度研究

以某型直升机尾减速器的弧齿锥齿轮副为研究对象,基于其非线性有限元接触分析模型,在一个啮合周期内,对该齿轮副进行了连续动态啮合过程的仿真,研究了该型轮齿的动态啮合齿面接触和齿根弯曲疲劳性能.啮合过程仿真得到的齿面接触和齿根弯曲应力的变化规律符合轮齿实际动态啮合规律.疲劳过程仿真得到了疲劳寿命分布云图并判断出轮齿疲劳破坏主要发生在齿根受压侧的倒角区域,进而得到了经渗碳处理前后齿根疲劳破坏节点位置的疲劳寿命值.     

斜齿轮精确接触分析有限元建模方法

针对影响齿轮有限元接触分析应力计算精度的关键因素：有限元模型网格质量、接触带网格密度和齿面节点几何精度,提出一种高效的斜齿轮三维有限元精确齿面控制建模方法.优化算法求解接触线方程,规划斜齿轮节点模型潜在接触带节点分布,局部细化接触带单元,映射轮齿表层节点到设计齿面上,实现齿面精确几何建模.数值实验表明整体采用六面体单元映射网格划分结合接触带局部单元细化建模方法,能够有效地解决斜齿轮有限元接触分析计算精度与计算效率之间的矛盾.     

基于离散Kirchhoff理论的多边形样条薄板单元

在有限元方法中,采用多边形单元可以有效地模拟材料的力学性能,又使得网格剖分变得灵活方便.此外,允许退化情形的多边形单元可以处理出现悬节点的奇异网格.但目前对多边形薄板单元的研究却不多.多边形单元的研究难点在于插值基函数的构造.本文采用样条和基于三角形面积坐标的B网方法,将多边形进行三角剖分,通过适当选取连续性条件消去内部节点自由度,构造允许1-irregular退化的多边形样条插值基函数,再结合离散Kirchhoff理论得到多边形薄板弯曲单元,记为DKPS单元.该单元的插值自由度为各个顶点处的扰度和两个转角,并对直角坐标具有二次完备性,可以处理凸多边形、凹多边形和退化的网格.而且,采用多项式B网方法,可以方便地进行单元刚度矩阵的计算,无需使用数值积分公式.数值实验显示该单元对畸变网格仍然能保持很好的计算精度,是一种高效的单元.