脉冲激光线源热弹激励的圆柱表面波声场

将脉冲激光线源的热弹激励等效为一横 (S)波源的切变效应 ,导出了光激圆柱声场的积分表达式 ,采用留数理论进一步得出了圆柱表面Rayleigh波声场的表达式 ,用数值求导和快速傅立叶变换 (FFT)技术数值计算了铝圆柱Rayleigh波的瞬态位移波形 .计算结果表明 ,圆柱Rayleigh波在传播距离较小时 ,与平界面Rayleigh波相似 ,随传播距离的增加 ,由于频散加剧 ,Rayleigh波形状、相位逐渐发生变化 .     

单向纤维增强复合材料中激光激发瑞利波的有限元模拟

本文研究单向纤维增强复合材料中瑞利波的传播特征.以平面弹性理论为基础,推导得到频域动力学平衡方程.考虑材料的黏弹性及各向异性,采用有限元频域方法,建立激光等效力源作用在碳纤维增强环氧树脂复合平板上激发瑞利波的数值模型,进而研究各向同性和各向异性平面中瑞利波的传播特征,并分析材料的黏弹性对瑞利波传播的影响.此外,研究复合...     

黏弹性流动数值模拟的稳定化方法

采用稳定化有限元法对服从Oldroyd B型构成律的黏弹性流动数值分析。应力，速度和压力分别用不连续分片k次多项式Pk，连续分片k 1次多项式Pk 1和连续分片k次多项式Pk逼近，这里k≥0为任意整数。Lesaint-Raviart方法被用于处理附加应力张量的扩对流项。在假设连续问题有一充分小的光滑解的情况下，用不动点定理证明了逼近问题有唯一解，并给出了误差估计。     

轴流式血泵黏弹性流体水动力特性数值模拟

将一种黏弹性流体k-ε模型应用于自行设计的轴流式血泵内流动特性的数值模拟,分析了轴流泵的水动力特性,得到了泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道内的紊动能和紊动能耗散率的分布规律.研究发现:在相同流量和转速条件下,质量分数为O.06%的黄原胶水溶液的扬程高于以水为工质时的相应扬程,二者最大约相差35%,且计算结果与实测数据符合良好;轴流泵内黄原胶水溶液的紊动能和紊动能耗散率均显著低于水的相应值,粗略估算每千克黄原胶水溶液的机械能损失只是水的相应值的37%,表示以黏弹性流体为工质时,泵内部的黏性耗损降低,这正是黏弹性流体扬程高于水的扬程的物理原因.     

板料激光弯曲成形动力显式有限元模拟

考虑物性参数与温度的相关性,将三维瞬态温度场与热弹塑性形变场耦合,对激光诱发的热应力弯板过程进行了动力显式有限元模拟并定量地揭示了其成形机理．分析发现：激光弯曲成形时板料的应力状态与机械折弯时有根本不同;当激光束沿直线单向扫描时,板料两端的弯曲角度不同;板料的长度大于10倍板厚或5倍光斑尺寸时,板长对弯曲角度的影响不再显著;沿扫描方向,距离光斑中心3倍光斑尺寸以外的区域,仍然对弯曲变形量产生影响．数值模拟所得的位移场的形态与实验吻合．     

基于特征解的有限弹性板中声表面波的二维分析

通常认为声表面波(Rayleigh 波)在无限大弹性板中具有不同的振动模态. 确切地说, 在板中具有代表对称和反对称模态的并以指数形式衰减和增长的成对模态出现. 随着板的厚度的增加, 这些成对出现的模态在叠加后将接近半无限弹性体中的表面波模态, 当然也具有表面波的变形和速度特征, 但在弹性板的表面却有着较大的变形. 将有限弹性体表面波的二维理论加以扩展, 在展开函数中除了熟知的指数衰减项外还考虑了指数增长项, 从而建立了有限弹性板中表面波分析的二维理论. 利用这些新的方程, 研究了不同厚度弹性板中表面波指数衰减和增长型模态的耦合. 发现对于厚度较小的弹性板, 这两组模态是强耦合的, 在分析中予以全部考虑也就显得非常重要. 当弹性板的厚度增加到一定程度, 如大于5个波长时, 只用厚度衰减模态就可以分析表面波的振动模态, 从而可以极大地简化弹性板中表面波分析的二维方程组.     

埋置高速移动荷载作用下黏弹性半空间地表响应规律研究

分析不同埋深的高速移动荷载作用在黏弹性无限半空间的响应规律. 推导了埋置移动荷载作用下均匀无限黏弹性半空间地表响应的解析解,在柱坐标系下利用时间的拉普拉斯变换和位移的坐标变换得出了埋置移动荷载下黏弹性半空间的动态响应的二维积分解析解,之后用IFFT及坐标变换计算二维积分,提高了运算效率,最后分析了不同埋深、移动荷载速度情况下地表动力响应规律,发现了移动荷载在超Rayleigh波波速时地表位移出现明显的非对称性.      

金属材料中激光产生Lamb波的数值模拟

材料表面吸收激光辐照的能量后,产生瞬态温度场进而引起材料表面层的热膨胀,产生超声波．从超声波沿不同方向传播的特性出发,根据激光作用源的特征,建立了热弹性有限元模型,研究了激光和材料相互作用的瞬态过程,包括瞬态温度场和瞬态应力场及其分布．数值模拟结果表明：瞬态温度分布等效于体力源,其中轴向应力将产生纵波,径向应力将产生横波,激光作用在薄金属材料中激发出Lamb波．     

激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析

利用激光诱导产生的多种模态超声波的波速反演金属铝板的弹性常数.实验中将脉冲激光聚焦成线源在铝板表面诱导超声波,采用双通道非接触接收表面波的时域信息并测算其速度.在有限元分析中,将激光等效为时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,建立热力耦合分析模型对激光诱导超声波的过程进行模拟,提取超声信号的时域信息并计算表面波和纵波速度,利用声弹性方程得到铝的弹性常数.数值结果与理论值相吻合,表明建立的激光超声力学模型能够有效模拟激光诱导超声波的物理过程,为进一步利用激光超声技术研究材料力学性能提供了依据.     

有限元计算应力模拟实验光弹性等差条纹图

提出用有限元计算应力模拟光弹性等差条纹图像的方法，介绍了由计算应力计算图像显示点应力的算法．通过主应力差与光弹性等差条纹的关系获得了模拟条纹图．模拟条纹图的灰度值可由数字图像卡快速全场显示，实现了计算应力的光弹性应力等差条纹图的模拟．所提出的新思路为计算结果与实验结果进行全场定量比较提供了新的途径     

构件内部裂缝缺陷的有限元三维重建

提出了利用有限元的网格生成方法来实现构件内部裂缝缺陷的三维重建算法。首先,将边缘检测算法和基于种子填充的区域生长算法相结合,准确定位出裂缝的形状,提高重建的精度;其次,应用8节点的六面体单元格创建出裂缝模型,直接利用等方性体素建模,节约了计算成本;最后,对模型中的节点分类,针对不同种类的节点分别进行光顺处理。试验结果表明,该算法实现了对构件内部裂缝缺陷的三维空间形态的观察,弥补了以往算法只进行面重建的不足,提供了构件质量判定依据。     

复合材料层合板非线性粘弹性有限元分析

用有限元方法进行了复合材料层合板非线性粘弹性分析，给出了有限元列式及相应的分析程序，对在机械及热载荷作用下的层合板粘弹性响应进行了研究，得到一些有益的结果。     

基于剪切修正GTN损伤模型的辊冲工艺数值模拟

在GTN模型基础上,考虑到微孔洞剪切变形对材料劣化的影响,建立适用于压应力状态的剪切修正模型。通过用户子程序接口VUMAT将与损伤耦合的弹塑性本构模型嵌入具有ALE法的有限元软件Abaqus/Explicit中。利用模拟拉伸与纯剪切试验拟合载荷-位移曲线以确定模型参数。将修正模型应用到辊冲工艺有限元模拟中预测断面质量,并进行试验验证。结果表明：前刃口为小间隙冲裁,塌角较小,光亮带较大但带有一定的倾角;后刃口为大间隙冲裁,塌角与断裂带较大,光亮带较小;裂纹会同时在前刃口凸模与凹模侧面萌发,而对于后刃口,会首先在凹模侧面产生。     

厚铝管中激光激发温度场和瑞利波的模拟

利用有限元方法数值模拟了脉冲激光作用于厚铝管时产生的温升以及由此温升而产生的表面瑞利波的情况。给出了温度随角向的分布曲线,比较了物理参数随温度变化和不随温度变化两种情况下温度场的区别,并进一步得到了近场区域表面波的时域波形。数值结果表明：在考虑材料物理参数随温度变化基础上得到的近场区域的表面声波中显著的波为掠面纵波和瑞利波,与平板中的类似。为热弹条件下管状材料的激光超声无损检测提供了参考。     

箔材激光弯曲成形的有限元模拟

建立了箔材微尺度激光弯曲成形的三维热力耦合有限元模型,并采用大型非线性有限元软件MSC.Marc对其激光弯曲成形过程进行数值模拟.通过模拟计算得到了箔材弯曲变形过程中的温度场、变形场与应力应变场.分析了应力、温度、变形三者之间的内在关系.研究发现:采用功率为25 W,光斑直径为0.2 mm的激光光束,以100 mm/s速度扫描厚度为0.1 mm的不锈钢箔,其弯曲成形的主要机理为温度梯度机理.     

718合金轴类锻件径向锻造工艺模拟

利用Forge模拟软件对718高温合金在径向锻造过程中温度场、等效塑性应变场、最高温度变化和散热情况进行了研究。在第一道次,坯料升温集中在表面至距离心部1/2半径处;第二道次后心部成为温度最高部位,且心部温度较之前趋于均匀,心部温度最终比初始温度升高约45℃;坯料最高温度在径向锻造过程中先升高而后略微降低;在所有散热形式中,热辐射是坯料散热的主要方式;对等效塑性应变的模拟发现,坯料在第二道次锻造后已被锻透。现场取样观察与模拟结果对比显示,模拟结果具有可信性。     

有限元与离散元混合法在裂纹扩展中的应用

基于有限元与离散元混合方法研究裂纹扩展模拟问题。对含原生裂纹的结构进行单元离散,用有限元计算单元内部,采用离散元计算单元界面,通过单元连接形式的转变实现连续到非连续的转化;采用平面半弹簧法进行接触判断,通过显示迭代求解运动方程,不断更新单元坐标,实现裂纹扩展的数值模拟。以单裂纹与雁形裂纹在单向位移载荷作用下的扩展为例,对比数模结果与试验结果。结果表明:采用有限元与离散元混合方法可有效模拟单、多裂纹的扩展过程;岩桥为90°的雁形裂纹受对向挤压载荷作用发生翼裂-翼裂贯通。     

二维方腔流动的有限元模拟

采用了Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法离散Ｎ－Ｓ方程，该法保留了高阶的空间离散精度，隐含了流线迎风的耗散作用，采用了压力校正法求解流场中各原始变量，推导了压力修正Ｐｏｉｓｓｏｎ方程的有限元离散格式，最后给出了二维不可压缩方腔流动计算结果。     

渐开线直齿圆柱齿轮有限元仿真分析

利用ANSYS软件对齿轮变形和齿根应力进行了有限元计算,建立了一对齿轮接触仿真分析的模型,利用ANSYS的面面接触单元进行齿轮接触仿真分析,计算了齿轮啮合中的接触应力和接触变形,说明了ANSYS在齿轮计算尤其在接触分析上的有效性,为齿轮的优化设计和可靠性设计及CAE奠定了基础.