基于流固耦合算法的单颗磨粒切削仿真研究

基于欧拉/拉格朗日耦合算法,采用四棱锥模拟磨粒的切刃,进行了单颗磨粒的三维切削仿真.该方法解决了传统有限元法进行切削仿真时易于发生单元畸变的问题.仿真结果表明,磨粒的挤压使工件材料向前方及两侧流动而产生隆起,侧向隆起高度及范围逐渐增大,形成切屑后基本保持不变;磨粒切削刃处的工件材料变形剧烈,产生较大的加工应力,在沟槽侧面及底面留下较大的残余应力并产生较高的温度;磨粒刃尖处的接触应力最大,并沿着棱边向上迅速降低.     

精密超声振动切削单晶铜的计算机仿真研究

精密超声振动车削是一种非常有应用前景的加工技术，是将一定振幅（一般小于30微米）的高频振动添加到刀具的运动过程的加工方法。对金属的超声波振动正交切削加工进行了非线性弹塑性有限元模拟分析，采用新的材料本构关系模型，在考虑刀具与工件间的存在摩擦的情况下，对超声波振动切削的一个周期进行了细节的分析，给出了振动加工过程中应力分布的变化和切削区温度分布的变化规律．揭示了振动车削降低切削力、切削热的原因。     

钛合金TC4切削温度变化规律仿真研究

以钛合金TC4为研究对象,在仿真计算中将切削区的温度分为切屑上的温度、已加工表面的温度和刀具上温度进行分析.分析结果表明,切屑上的最高温度、已加工表面的最高温度、刀具上的最高温度都随切削速度的提高而提高.如果在研究中选择的切削温度测量点为切屑上的点和已加工表面上的点,由于不同切削速度下切削温度变化率的不同以及测量仪器的响应速度和采样周期的不同,可能会出现切削温度随切削速度先增加后降低的结果.如果所选择的切削温度测量点为刀具上某点,则在切削过程中不会出现温度先上升后降低的现象.     

PCBN刀具硬态切削淬硬轴承钢的数值模拟与实验研究

通过运用建立的倒棱PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15热力耦合有限元模型,研究了锯齿形切屑形成过程中,倒棱角度对切削力和切削温度分布的影响规律.通过切削实验对有限元结果进行验证,发现二者具有较好的一致性.研究结果表明:随着倒棱角度的增大,主切削力和径向力增大,径向力增加尤为显著,整个切削过程中径向力都小于主切削力.切削温度随着倒棱角度的增大也逐渐增大,最高切削温度位于切屑和倒棱刃口接触表面上距离刀尖0.1-0.15mm处.锯齿形切屑产生导致切削力周期性变化.     

平面磨削温度场三维数值模拟及其试验研究

在考虑工件材料物理性能与温度的非线性关系情况下,采用三角形热源模型对一些典型的磨削工况进行了三维有限元仿真,获得了工件的温度分布.分析了热源模型、磨削液和工件材料的变物性等因素对磨削温度场的影响,得出了一些重要结论.利用热电偶法测量了磨削温度,发现有限元仿真值与实验测量值相当吻合;采用表面粗糙度仪探测了工件轮廓,验证了湿磨时磨削温度沿工件宽度方向的变化规律.     

溶质梯度影响非等温凝固过程的相场法模拟

采用相场法模拟了Ni-Cu二元合金非等温凝固过程溶质梯度对枝晶生长的影响.结果表明:非等温凝固时,潜热的释放使固相区的温度比液相中的高,在二次枝晶生长较为密集的中心区域温度最高,固相区温度升高会使得金属重熔,发生重熔现象,晶体的生长速度和凝固区域的温度随之出现波动.溶质梯度对溶质分布影响较大,溶质梯度增加,固相率提高,溶质分配系数k增大,固相区溶质富集,形成了过饱和的固相,溶质截流效应明显.     

基于有限元分析的高速切削温度场建模与仿真

为了研究高速切削加工过程中的温度场分布情况,根据金属切削平面应变原理及温度场的有限元理论,通过对材料本构模型、刀-屑接触摩擦等关键物理环节建模,建立了正交切削有限元模型.采用伴随刀具行程移动的网格窗口描述切削区的局部大变形,使用摩擦窗口表述刀/屑间的摩擦关系,设定合适的热边界条件和形变边界条件对高速切削AISI-1045钢的温度场进行数值模拟.研究表明,最高温度集中在刀/屑接触面上刀尖附近的局部区域;刀具最高温度点位于前刀面上距刀尖不远处;工件内部温度几乎不变,仅表面的薄层发生温度变化;切削速度对切削温度影响很大,高速时温升变缓;切削厚度对切削温度影响较小.     

聚晶金刚石复合片硬质合金层磨削过程数值模拟

建立了聚晶金刚石复合片硬质合金层磨削过程中的传热学模型,并基于有限元原理,利用工程数值模拟软件ANSYS对硬质合金层磨削时的温度场及应力场分布进行了模拟,分析了不同磨削参数对磨削温度场、应力场及复合片变形量的影响规律。研究表明,磨削深度、砂轮速度等参数对复合片变形量影响较大,磨削深度增大,磨削表面温度升高,残余应力增大,变形加剧。砂轮速度增大,磨削表面温度升高,残余应力增大,变形量也变大。利用有限元方法是研究磨削温度场、应力场及复合片变形规律的一种有效方法。     

笛卡尔空间机械手间接轮廓运动控制

针对笛卡尔空间机械手的轮廓运动控制问题,提出了一种具有双闭环结构的间接轮廓运动控制方法。外环为笛卡尔空间运动学控制策略,首先将期望轮廓的Frenet标架定义为任务坐标系,然后机械手运动学的误差动态方程被转换到该任务坐标系内,跟踪误差向量被解耦为切向误差向量和法向误差向量,设计外环控制器,分别配置切向误差和法向误差动态特性,为内环提供速度给定信号;而内环为关节空间的速度伺服环。数值仿真显示这种控制结构具有良好的性能。     

AZ31镁合金快速铸轧过程热应力场有限元仿真研究

近年来变形镁合金得到了广泛的研究和应用,薄板快速铸轧技术为新型变形镁合金提供质量合格的板坯.为了研究铸轧工艺参数对AZ31镁合金薄板快速铸轧过程温度场和热应力场的影响,根据读技术在镁合金中应用的特点基于铸轧区板坯的对称性建立了纵截面1/2的二维几何模型;选择自由网格划分法和Smart-Sizing算法划分有限元网格;采用大型通用有限元分析软件ANSYS对镁合金快速铸轧过程中的铸坯温度场和热-应力场进行了仿真分析,并就不同工艺参数(接触界面换热系数、铸轧速度)对铸坯温度和应力的分布及其相变区的影响进行了研究.仿真结果增强了对镁合金快速铸轧过程相变区温度变化和热裂产生机制的理解,为快速铸轧工艺参数的优化提供了依据.     

简化线形大分子动力学模型

分子运动仿真是计算机辅助药物设计(CADD)的重要研究内容之一。为了通过简化方法来模拟线形生物受体大分子低能构象时存在的形态(瞬时位置,速度,加速度),本文提出了“球-虚弹簧”结构模型来模拟分子的横向伸缩振动和轴向扭转振动,并从理论上探讨了影响线形分子柔性的力学问题。文中的推导对于线形分子的运动仿真具有一定的意义。     

GPS辅助修正惯性导航误差的虚拟卫星算法

传统的GPS(Global Positioning System)/INS(Inertial Navigation System惯性导航)松散组合要求GPS接收的卫星数目不小于4颗。在软件接收机的基础上,提出一种新的组合算法模型,称为虚拟卫星法。只要GPS接收的卫星数目为一颗以上即可修正误差。接收卫星数目达到三颗以上,即可确保速度误差不发散,位置误差也可以很好地抑制。当接收卫星数目达到四颗以上,速度、位置误差均不发散。仿真结果表明,虚拟卫星法在收到新的卫星信号时,能迅速地收敛导航误差。     

材料切除过程三维动画仿真软件GNCV

介绍了一个材料切除过程三维动画仿真软件ＧＮＣＶ的设计和实现。该软件模拟了刀具切削毛坯的全过程,利用图形检查加工过程的正确性。该软件为ＣＩＭＳ的虚拟制造技术提供了支撑环境。本文比较了用于加工过程三维动画仿真的多种算法,提出了解决切削过程中改变观察视向的方法和光线追踪方法用于三角形平面表示的实体时的一种加速算法。以上两个算法上的突破,使得在微机上开发的本软件在速度上接近在工作站上的同类软件,而在动画效果和功能上则优于同类软件。本软件目前已用于并行工程课题和山西经纬纺织机械厂ＣＩＭＳ课题,效果显著。     

基于SVR的回转窑烧成带温度软测量方法的研究

提出了一种新的回转窑烧成带温度的软测量方法.首先利用大津方法从烧结图像中分割出物料区和火焰区,并提取相应的特征值,然后采用最速下降法选择支持向量回归(SVR)模型的参数,基于这些参数建立了烧成带温度的软测量模型,最后利用前向滑动平均进行滤波提高拟合优度.将该方法应用于中国铝业公司山西铝厂的3#回转窑的氧化铝烧结过程,通过大量实验,验证了烧成带温度的软测量结果与实测值的拟合优度达到0.927,表明了该方法具有很强的实用性和准确性.     

考虑BoP热区内部件间热传递的SOFC系统建模仿真

高温固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）是一种高温高效的氢电转换装置,其高温工作环境对系统电堆和辅助部件（balance of plants,BoP）的保温绝热提出极高要求。考虑SOFC系统BoP热区内多部件之间存在的热交换,结合高温系统有限的可测数据,开展基于热效率?传热单元数法（ε-NTU法）的高温SOFC系统集总建模;通过模拟BoP热区内零部件与环境的热交换,实现BoP热区内多部件间的传热和温度定量分析;通过设计简洁的反馈控制器实现系统的自启动和稳定运行仿真。仿真结果表明,BoP热区整体保温绝热起温度均衡作用,有利于尾气余热对进气气体的进一步加热,也可适当降低设备最高温度,有利于系统长期运行。     

基于波动方法的履带振动模型与仿真

履带振动影响履带车辆的平稳性和舒适性。运用波动理论,将履带振动在履带中的传播视为波动过程,建立了履带振动的动力学模型,推导出履带振动与车辆平稳性之间的关系,并对影响履带振动及传播的各个因素进行了数值仿真分析。结果表明,车辆行驶速度、履带板尺寸以及诱导轮支撑条件是影响履带振动及车辆平稳性的主要因素。为改善和提高履带车辆的平稳性和舒适性,还提出了减小履带振动产生及传播的措施。     

UUV回收过程中非定常流体动力数值模拟

UUV在回收运动过程中会受到回收平台的非定常干扰作用,这对UUV的运动控制及安全回收有很大影响。基于有限体积法和非结构动网格技术,模拟了UUV回收运动过程中的非定场流场。通过仿真得到了UUV在不同速度、间距、攻角下的水动力干扰规律,同时提出了一种能够反映非定常流体动力实际物理意义的数据拟合方法。仿真结果表明,UUV靠近回收平台过程中,始终受到排斥力的作用,最大扰动力随着Re数和攻角单调增加,扰动作用范围随攻角单调减小。     

采用多CPLD技术设计多点激励振动控制系统

从外场振动测量数据的分析中早已发现,产品在使用过程中的振动环境本质上是多轴的,但是国内的多点激励振动控制系统还是一项空缺。通过对同类产品进行比较、分析和借鉴,介绍了多点激励振动控制系统总体设计方案,并给出了前向通道的设计原理和部分仿真结果图,在关键处理方法上提出了自定义总线的设计方法。     

发动机磁流变悬置隔振模糊控制与仿真

在宽频范围内对发动机振动进行积极隔振研究,对提高运载器性能具有重要意义.在分析发动机隔振动力学模型基础上,提出用可调刚度的磁流变弹性元件和可调阻尼的磁流变阻尼器件构成磁流变悬置,以减小发动机对基座的垂向传递力为目标,设计出用仿人思想修改参数的发动机垂直隔振模糊控制器,在不同激励频率下,对发动机隔振进行了仿真试验.结果表明,相对于被动的橡胶悬王和液压悬王隔振,基于磁流变悬王的发动机模糊控制隔振具有明显的优势,能在宽频范围内把力传递率控制在10%以内,并降低了机体的振动.     

旋转燃烧室两相湍流燃烧过程的三维仿真

为了解旋转对两相湍流燃烧过程的影响,采用RNGK-ε湍流模型,ED湍流燃烧模型和离散液滴模型,对转速n=0r/min.1000r/min和2000r/min三种工况下,单组元推进剂在某型水下航行器旋转燃烧室中的燃烧进行了三维仿真,得到了燃烧室内气相速度、静压、液滴轨迹和推进荆质量分数的分布,并对计算结果进行了比较和分析.结果表明,随着转速的增大,静压力升高,燃烧流场回流区中心的位置前移,回流区长度减小,燃烧室内燃气流场和液滴轨迹呈现螺旋状态,推进剂质量分数向燃烧室头部集中.说明旋转使得液体推进剂燃烧加剧,燃烧效率提高,燃烧室结构可以优化缩小.