高超声速飞行器热防护系统分析与数值计算

 针对大气环境内吸气式高超声速飞行器热防护要求,得出前缘、下表面和上表面的热防护结构应分别采用碳/碳(C/C)防热材料、刚性陶瓷防热瓦材料和柔性隔热毡材料。基于Abaqus 分析软件建立以机身为主的热分析有限元模型,计算了高超声速飞行器在典型气动加热载荷情况下的温度场分布和在整个飞行过程中温度的变化情况。通过温度分布得到机身前缘的峰值温度达1637℃,上下表面峰值温度分别为635、805℃,验证了本研究提出的热防护结构形式的有效性。通过温度与时间曲线得出飞行500 s 左右时,飞行器前缘及上下表面温度急剧增加、温度梯度大,500~1500 s 期间持续高温,在1500 s 后温度迅速降低。同时建立了C/C、陶瓷瓦及柔性隔热毡3 种典型耐高温材料的传热模型,对其防热结构的防热效率进行评估,得到其最佳的防热材料厚度为57.6、52.9、53.3 mm,可为防热结构的设计提供参考。     

基于扩展有限元法的混凝土重力坝多裂纹数值模拟

针对含有多个初始裂纹的混凝土重力坝的裂纹扩展问题,在ABAQUS有限元分析软件上,应用扩展有限元法和黏聚裂纹模型来进行数值模拟。分析了多裂纹的扩展路径以及主导裂纹的荷载-裂缝口张开位移。结果表明,混凝土重力坝多裂纹的扩展路径与文献结果几乎相同,主导裂纹的荷载-裂缝口张开位移曲线与文献结果有差异,但差异很小。可见采用扩展有限元法能够精确地模拟混凝土重力坝多裂纹从加载到失稳破坏的全过程,无需重新划分网格,减少了计算量,为解决工程实际问题提供了一种有效的应用途径。     

棒材切分轧制过程中三维弹塑性有限元模拟

采用三维弹塑性有限元法对棒钢三线切分轧制过程的金属变形区进行了模拟。通过建立数学模型和计算，对切分轧件的变形特征、应力与应变进行了分析，提出了预切孔金属流动变形的稳定性问题。如果预切孔内轧件的变形过大，切分楔附近的金属网格发生了很大的扭曲畸变，造成变形不均匀和金属的流动不稳定。根据模拟分析的结果，设计了直径为Φ12mm带肋钢筋的三线切分孔型系统，轧制生产实验结果表明：采用优化的新切分孔型系统进行生产，提高了轧机的生产率，改善了产品质量。     

瞬态热传导方程的时空有限元法

基于Gurtin变分原理，推导了适用于热传导方程时空有限元法的泛函，并对空间域和时间域同时进行离散，建立了求解瞬态热传导方程的时空有限元模型。最后对二维热传导方程采用面向对象技术进行了编程计算。计算结果表明时空有限元法精度高而且稳定收敛，是一种有效的方法。     

可拓决策方法应用研究

分析关键要素是制定关键策略的前提 ,以可拓学的理论和分析方法为基础 ,给出了确定物元的三个关键要素———关键事物、关键特征和关键量值的分析方法和基本步骤 ,并构建了相应的物元模型 ,讨论了策略生成的方法。进而应用该理论和方法对高等级公路路面进行选型研究。     

高炉炉墙三维传热的计算与分析

应用有限单元法分析了高炉炉墙的三维传热问题，探讨了简洁、实用的三维传热有限元求解方法，得到了近乎实际的计算结果     

基于螺旋CT的人体颅脑三维有限元模型构建

阐述了基于螺旋CT图像构建颅脑三雏有限元模型的过程。首先，对人体颅脑进行CT断层扫描，然后采用CT图像三维重建软件和CAD软件构建轮廓线，用有限元软件ANSYS划分网格，构建了颅脑三维有限元模型，并对该模型进行了验证。此模型包括大脑左右半球、小脑、脑干、大脑镰、小脑幕，是完全真实的人体颅脑三维有限元模型。本模型以精确CT数据为依据，为宇航、交通事故、司法鉴定、创伤判断和临床治疗等提供了可用的颅脑有限元模型。     

膜式水冷壁换热系数的有限元分析

将有限元用于水冷壁的换热分析,计算了鳍片结构对换热的影响,探讨了用测量壁面温差法求取炉内向水冷壁换热的可能性。计算发现,有限元计算与目前中国采用的标准吻合得非常好,但是标准给出的鳍片中间点温度偏大。增大管节距时,鳍片吸热份额和最高温度升高;较大的厚度可以降低鳍片最高温度,提高吸热份额。壁面上两点温差可以表征水冷壁受热状况,炉膛向受热面的换热系数与温差呈较好的线性关系。对几台商业运行的循环流化床锅炉的水冷壁进行了有限元测量,将有限元结果与热平衡结果进行了比较,表明有限元测量方法比较真实地反映了实际情况。有限元方法测量结果呈现偏大的趋势,主要与鳍片和母材的根部焊接出现附加热阻有关。     

基于可拓理论面向大规模定制的模块配置识别法

分析大规模定制模式下产品设计的研究现状,针对模块化设计理论难以在工程中实现的问题,在基于物元模型的产品可拓模块化设计的基础上,提出用功能物元系统描述模块.在模块配置环节引入可拓评价方法,应用此法从主功能特征相同或相似的多个模块中识别出与期望物元最接近的模块物元,提高了模块配置和变型设计的效率,从而缩短了大规模定制的设计周期,使模块化设计更能适应大规模定制.     

高速电机转子临界转速计算与振动模态分析

采用3D有限元方法,计算磁力轴承转子系统临界转速并分析振动模态,利用磁悬浮转子系统自身悬浮特性进行激振实验,确定有限元模型中磁力轴承支承刚度,有限元法计算的临界转速与转子系统实际运行临界转速相一致.研究表明,磁力轴承刚度对转子临界转速影响很大,可以通过改变磁力轴承刚度和转子材料来调整临界转速;为了避免转子超越弯曲模态的临界转速,转子轴伸长度应控制在安全范围内.