机械加工中有限元技术的计算精度优化研究

有限元模型技术被广泛应用于机械加工领域,其也是实现数字控制与现代加工的核心理论技术,得到了各领域研究者的广泛关注与深入探讨。基于有限元模型的计算仿真模拟技术能够大幅提升机械加工制造的精度,大量的机械加工零件实验也为有限元模型提供详细的数据参考。文中通过总结有限元分析技术的研究历史,分析归纳了当前有限元分析技术中精度优化的核心策略及其不足之处,展望了在机械加工过程中有限元分析技术的未来发展方向。

黏弹性人工边界中侧向边界距离选取对计算精度的影响

现有研究成果和震害调查均表明不规则地形对场地地震响应有重要影响,黏弹性人工边界因具有概念清晰,稳定性高,精度好的优点,广泛用于场地地震响应分析。对场地进行地震响应分析时需从无限介质中截取出计算区域,地震波通过黏弹性人工边界进入计算区,同时该边界模拟无限域的弹性恢复和辐射阻尼作用,但通过人工边界向无限域透射的散射波仍会有部分反射进计算区域形成计算误差。本文分别建立半圆凹陷和陡坎地形场地,基于ANSYS结合黏弹性人工边界对比分析侧向边界距离选取对计算精度的影响,结果表明:地震响应分析中,人工边界截断处会引起边界及相邻一定范围内场地地震响应计算误差,应充分考虑人工边界选取距离对精度的影响,设置合理的人工边界选取长度。

基于VOF方法的可调参数对气泡聚并过程计算精度与成本的影响

气泡聚并通过改变气液两相间界面面积,影响相间的传热和传质,而聚并时间和液膜厚度是描述2个气泡聚并过程的重要物理参数。采用流体体积(VOF)方法对气泡聚并过程进行数值模拟时,合理设置计算流程中可调参数(例如网格尺寸、最大库朗数以及方程循环次数等),有助于提高求解过程的收敛性、节省计算时间。因此,本文基于OpenFOAM开源软件,采用VOF方法与自适应网格相结合的方法,以同轴两气泡聚并过程为例,探究最大库朗数Co_(max)、相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)这3个参数对气泡聚并过程数值模拟的计算量与计算精度的影响,同时,得到气泡间液膜厚度在可调参数不同取值时随时间的变化规律。研究结果表明:气泡间液膜的变薄速度与最大库朗数Co_(max)成反比,与相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)成正比,这主要是由于减小最大库朗数Co_(max)以及增大相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)提高了计算精度,改善了流体在网格单元上移动滞后的现象,加快了两气泡聚并以及液膜减薄过程;综合考虑计算精度与计算成本,得到了基于VOF方法的气泡聚并数值模拟较优的可调参数组合,即(Co_(max),nα,n_(pimple))=(0.05,3,8)。

台阶式溢洪道数值模拟计算精度评价方法

随着CFD领域和计算机技术的发展,许多学者开始采用数值模拟的方法对台阶式溢洪道的水力特性进行细致研究,但学界并没有评价其计算精度的一致方法。采用从致密至粗糙3种网格尺寸,利用Flow 3D^(®)软件对台阶式溢洪道上的水汽二相流进行数值模拟,提供评价其计算精度的一般方法。首先通过计算网格收敛指数法(GCI)以优选网格尺寸,在保证计算精度的同时缩短计算时长;再以物模试验测量结果作为参照,评价在推荐网格尺寸下数值模拟计算结果的精确性。结果表明:使用相同的网格加密因子可以大幅简化GCI的计算过程,推荐采用全局GCI小于5%的网格尺寸;Flow 3D^(®)软件对台阶式溢洪道上关键水力学参数的计算精度较高,且对纯水流的计算精度优于对水汽二相流的计算精度。

提高节段梁预制场场地规模计算精度

近年来,随着节段预制拼装技术的发展,由于其具有运输方便、环保性强、梁场选址灵活等优点,越来越多的铁路建设项目开始应用节段预制梁替代传统简支梁。节段梁预制场作为重要的大临工程,其设计精度需满足更高的要求。本文以已完工项目的节段梁预制场为研究对象,分析其设计规模与实际规模的差异,探索提高节段梁预制场场地规模计算精度的方法。

广东省调提高状态估计计算精度的措施

摘要:结合广东省调EMS中状态估计软件的运行情况,从网络模型建立和量测采集的角度介绍了提高状态估计计算精度的一些措施,针对母联开关刀闸遥信错误对状态估计计算造成的严重影响,给出了一种检查与纠正母线分裂错误的方法,作为对状态估计量测预处理手段的一个重要补充。这些建议和方法的实施显著提高了广东省调状态估计的计算精度。

一种验证网格质量与CFD计算精度关系的方法

针对网格质量衡量准则与计算精度之间关系验证过程中的难题,提出一种准确验证它们之间关系的方法。该方法首先生成一系列不同单元数的网格,接着采用三维线性插值算法,获得相邻两套网格单元速度相对误差,当该误差小于某一阈值时,则认为此网格计算得到的数值解为网格独立解。此外,在网格独立解的基础之上,获得不完善网格中各单元的计算误差,并与各单元的度量值建立相应的数据库,采用不同的统计方法对其进行对比分析,获得它们之间的关系。研究结果表明:同质量衡量准则QEVS和QEAS相比,本文提出的质量衡量准则QNEW1和QNEW2在误差较大的区间内(E re>0.15),与计算精度有较好的关系。因此,在网格生成过程中,采用QNEW1和QNEW2能够正确地评判出对计算精度影响较大的单元,而QEVS和QEAS则不能。

通用大气辐射传输软件(CART)分子吸收和热辐射计算精度验证

为检验通用大气辐射传输软件CART分子吸收和热辐射的计算精度,利用精确的逐线积分法(LBLRTM)和广泛使用的中分辨率大气传输模式(MODTRAN4.0),就CART软件计算的晴空大气分子吸收透过率和热辐射进行对比验证。模拟了水平距离、观测天顶角和观测点高度对光电工程各观测波段内平均大气透过率和积分辐射的影响特性。结果表明:CART软件分子吸收的计算精度优于MODTRAN4.0软件,大气热辐射的计算精度和MODTRAN4.0相当。

数值解析结合法提高电机磁场后处理计算精度

气隙磁场对电机的性能分析十分重要,但是气隙网格的存在使电机磁场后处理计算难以达到满意的精度。采用数值解析结合法计算旋转电机磁场,气隙内无网格,转子可以自由转动,能方便地计算电机感应电动势和电磁转矩,并能容易地找到齿槽定位转矩的最大值,计算精度也相应提高。计算了一台非均匀气隙各相解耦永磁同步电动机的感应电动势和齿槽定位转矩,电动势波形和实验波形取得很好的一致,证明了方法的正确性和有效性。

通用大气辐射传输软件(CART)大气散射辐射计算精度验证

为检验通用大气辐射传输软件(CART)计算大气分子、气溶胶散射辐射的计算精度,在大观测天顶角、太阳天顶角、观测与太阳方位角之差、散射相函数不对称因子变化范围内,就CART软件模拟的单次散射辐射和多次散射辐射,分别与MODTRAN5.0计算的单次散射辐射和离散坐标辐射传输软件(DISORT)计算的多次散射辐射进行比较分析。结果表明:CART软件计算的单次散射辐射与MODTRAN5.0的相对偏差一般小于10%,最大相对偏差为15%;CART计算的多次散射辐射与精确的DISORT算法的相对相差小于2.5%。CART在包括多次散射在内的大气背景辐射计算方面具有较有高的计算精度和效率。

提高气冷涡轮气热耦合计算精度的措施

温度场计算的准确性对气冷涡轮的设计影响极大.实际的气冷涡轮在运行状态下,存在多种物理现象:冷气带来的燃气组分变化、湍流、转捩、温度边界层的发展变化、热辐射等.而在数值计算中,计算结果也要受到网格质量的影响.采用自编程序、商业CFD软件对某两级气冷涡轮、C3X以及MARKⅡ叶片进行计算,分别描述冷气组分变化、计算网格、湍流模型以及转捩温度场模拟精度的影响;同时定性分析温度边界层复合性质与辐射换热对温度计算的影响.得出在气热耦合计算中,考虑上述因素的影响是很有必要的。

剪切弯曲下短深梁位移数值计算精度的研究

分析了短深梁位移的基本解 ,评述了有限元解法中关于高次分布力简化为节点力的问题。使用虚功原理和位移线性插值推导了满足二次分布力作用的精确节点力分配公式。通过矩形截面悬臂梁自由终端受集中载荷的算例 ,阐明了提高短深梁位移计算精度的途径。

绿色建筑采光模拟软件的适用性分析与计算精度验证

建筑采光模拟软件对绿色建筑设计有不可或缺的作用。文章首先阐述了建筑采光模拟软件的种类及特性,然后对4款采光软件的适用性进行分析,最后选取3款适用性较强的软件,通过实测与模拟对比的方法验证了软件的计算精度。

PVT参数误差对物质平衡计算精度的影响研究

采用物质平衡方程计算时,常常由于PVT参数的误差而影响最终计算结果的精度。以定容封闭干气藏、水驱干气气藏、水驱凝析气藏为例,主要讨论PVT参数误差对物质平衡计算的影响。结果表明:Bg或Bt误差对干气气藏的影响较大,对凝析气藏的影响较小;Bg误差变化趋势对干气藏和水驱气藏物质平衡计算结果影响则相反。

单元尺寸对内燃机模态计算精度的影响

从数学理论出发分析了有限元求解精度的影响因素 ,并从工程角度探讨了单元尺寸的选择对复杂内燃机零部件及整机模态计算精度的影响 ,得出的结论可为类似结构模态计算时单元类型及尺寸的选择提供参考。

权函数对梁自由振动问题计算精度的影响

为了比较权函数对无网格法计算精度的影响,选取样条型权函数和指数型权函数及其不同影响域半径,运用移动最小二乘法分别构造插值函数。以此插值函数作为位移场函数,建立了梁结构动力学无网格方程。采用罚函数方法满足本征边界条件,计算了梁的固有频率和模态向量,得到梁的自由振动问题的两种权函数及其不同影响域半径的无网格解,并与解析解进行了比较分析。数值算例验证了该方法的可靠性。

数值模式预报时效对计算精度和时间步长的依赖关系

通过数值计算研究Lorenz非线性动力系统,探讨了非线性动力系统中初值问题的解对时间步长和计算精度的依赖关系,从新的角度研究动力系统的预报时效问题,讨论了评价舍入误差对预报时效影响程度的方法。实验结果表明:动力系统的预报时效不仅与初值误差有关,而且在一定条件下敏感地依赖于计算采用的时间步长和计算精度。

薄壁弯曲结构有限元计算精度研究

基于h-p型有限元精度计算法,以薄壁弯曲结构为研究对象,系统地介绍了实体单元常见的分类方法及优缺点;通过理论公式推导了薄壁弯曲结构发生弹性和弹塑性变形时的位移和应力理论解;采用有限元法计算数值解,研究了影响有限元计算精度的因素和规律,并用算例证实了研究结果的合理性。研究结果表明:当单元类型、积分方式、阶次、长高比相同时,只有1层实体单元情况下得到的计算误差总是大于多层单元;只要严格控制单元长高比为1左右,单元层数不小于4层,采用一阶全积分六面体单元就可以控制位移及应力误差在5%以内;当采用一阶减缩积分六面体单元,只需2层单元就可以控制弹性位移误差在1%左右,但此时应力误差达30%以上,对于塑性变形,单元层数达6层时其位移误差仍达8%以上;对于二阶六面体及二阶四面体单元,只需2层单元,且不需严格控制单元长高比为1左右就可以使位移及应力计算误差在5%以内。

提高多体系统离散时间传递矩阵法计算精度的研究

深入探讨多体系统离散时间传递矩阵法对平面、空间刚体 光滑铰多体系统运动响应的研究。提出提高该方法计算精度和计算稳定性的方法 ,导出相应的多端刚体传递矩阵。设计了角坐标的迭代循环 ,该变量不必采用近似形式 ,因而提高了计算精度和计算稳定性。其它方法有 :1)增加泰勒展开式的高阶项 ;2 )合理选择将速度、加速度表示为位移的线性函数的方法 (本文简称线性化方法 ) ;3)合理确定迭代循环的初值等。对 4种多体系统进行了计算机仿真研究 。

石油钻机井架结构梁单元计算精度分析

目前,对于如何提高BEAM188梁单元在石油井架结构设计中的计算精度研究不多。为此,在分别介绍BEAM188梁单元及其一次、二次和三次形函数之后,通过一悬臂梁算例,分析了一次、二次和三次形函数的适用条件,指出它们分别适合于计算常弯矩、一次弯矩和二次弯矩载荷作用。在侧风无立根条件下,对某ZJ30-1700DBF钻机井架进行了工程实例有限元应力计算。计算结果表明,井架梁结构划分为一个梁单元计算规模小,且采用二次及三次形函数具有较高的计算精度。