火箭仪器舱结构模型的热振耦合模拟方法

传统的热振耦合方法缺乏对材料热特性变化的考虑,影响仿真分析的精度。为此,文章提出一种热特性参数与振动动态耦合的分析方法,建立动态变化的热振耦合方程,基于闪光瞬态法得到材料的热特性参数并将其应用在结构传热过程的数值仿真计算中。结果表明,是否考虑材料的热特性变化会对结构的传热过程仿真结果产生较大影响,并进一步影响结构的刚度特性仿真结果,从而造成结构模态分析偏差。采用本研究提出的动态变化的热振耦合模拟方法可提高传热仿真分析的精度和可靠度。

横风环境列车外流场数值模拟及INTESIM软件的初步应用

为助力CAE软件国产自主化,聚焦轨道交通行业中列车明线运行遇到的横风问题,以三辆编组高速列车为研究对象,选用三维定常不可压缩雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型进行数值模拟,采用INTESIM软件对不同横风工况进行数值模拟,并与相同参数设置条件下的FLUENT软件模拟结果进行对比。结果表明:INTESIM软件计算的车体表面压力分布和列车周围速度分布与FLUENT软件计算结果相吻合,列车表面压力监控点误差不超过10%,验证INTESIM软件对列车明线运行外流场特性问题计算较准确。

含多场控集成的海上风电场DIgSILENT/PowerFactory建模及实证技术研究

结合大规模风电场并网分析最新技术要求,国内常用的建模方法和计算平台往往有功能上的侧重,难以同时满足故障穿越、场站功率控制、调压调频等多种要求,难以应对构建含多场控集成、准确开放的模型开发需求。对此,基于DIgSILENT/PowerFactory软件平台,利用自定义功能和DSL语言,构建“单机场站场控”多层级的海上风电场通用化模型。以某一实际海上风电场为例,搭建详细的风电场模型,并验证所提方案。基于现场故障穿越实测数据、现场AGC/AVC等实测数据,给出所提模型的仿真校验结果。结果表明,所提机组并网特性和场控功能与实际特性相符,模型准确有效,所建模型适用于实际工程海上风电项目的机组级和场站级控制的并网策略的开发和应用。

基于SIMP及应变能理论的高速动车齿轮箱结构优化

为获得高速动车齿轮箱最优结构设计方案,针对目前国产高速动车牵引齿轮箱箱体特点及存在的问题,基于SIMP(solid isotropic material with penalization)材料插值模型及应变能理论,利用软件HyperMesh中的拓扑优化与形状优化模块对动车齿轮箱箱体结构进行拓扑优化和局部形状优化。优化结果表明:优化后的动车齿轮箱结构的最大变形和最大应力有大幅度降低,能有效提高齿轮箱箱体的刚度和强度。文中结果可为设计性能优异的国产化高速动车齿轮箱提供数据支持。

汽车变速箱壳体的压铸过程模拟及工艺优化

由于汽车铝合金变速箱壳体的尺寸大、形状复杂,进行压铸生产具有比较大的困难。利用铸造仿真软件对铝合金变速箱壳体零件进行压铸过程数值仿真模拟,较为准确地预测了零件出现缺陷的位置,并结合试压铸生产的铸件分析了缺陷类型及产生的原因。通过采用改进内浇道设计、增设工艺性过桥等优化措施,减少了缺陷,提高了压铸件的品质。

基于响应面法的牙轮钻头球面浮动套优化设计

为了提高牙轮钻头滑动轴承的寿命,消除球面浮动套的边缘应力集中现象,采用响应面法与有限元方法相结合对球面浮动套圆槽结构进行全面的优化。建立以浮动套外球面、内表面的接触线上中间应力σ_m与端部应力σ_e差值为目标函数,分别为σ_1、σ_2,以圆槽圆心到浮动套内表面的距离h、圆槽的半径r、圆槽圆心到浮动套端面的距离t为设计变量的优化数学模型。通过对模型的回归分析,求得圆槽的最优控制参数:r=0.53 mm、t=0.07 mm、h=1.10 mm。运用有限元仿真分析对最优结构参数进行可靠性验证,结果表明,优化后的球面浮动套内表面和外球面的接触应力分布较为均匀,降低了边缘应力的集中。

初始应力对瑞利波无损评价45钢表层应力的影响

基于瑞利波声弹效应理论,在瑞利波无损表征45钢表层应力的基础上分析了45钢表层初始应力状态对应力评价结果的影响。采用声程固定不变中心频率为5MHz的双瑞利波探头对45钢表层应力进行评价,在归一化互相关函数基础上计算了应力引起的瑞利波信号间时间差。结果表明:初始应力不会影响瑞利波在45钢表层中传播速度随拉伸应力的变化规律,即随拉伸应力的增加,瑞利波在45钢表层中的传播速度基本呈线性规律增加,当应力达到一定值时,再随应力的增加,瑞利波传播速度不再呈线性规律变化;但初始应力和去应力退火状态45钢的名义瑞利波声弹性系数不同,分别为0.838和1.041,最大时间差对应的应力值也不同,去应力退火前后应力评价结果的误差约为22%。

轨道车辆新型组合结构吸能装置耐碰撞性分析

为保证列车碰撞时车体次要部位或附加装置尽可能多地吸收撞击能量,减少财产损失和人员伤亡,提出组合结构吸能装置的设计思想.根据耐撞性车体吸能装置设计原理,设计出不同截面形状管的组合结构吸能装置.利用ANSYS/LS-DYNA对其分别进行动态仿真,研究其吸能特性,并取其最优方案与试验结果进行对比,从而验证仿真模型的正确性.通过对原始设计方案外箱板的截面形状和吸能管的端部结构加以改进,设计出两种新型的组合结构吸能装置.仿真分析结果表明,结构的截面形状对整个装置的吸能特性有较大影响,改变结构的截面形状可以有效调节碰撞界面力峰值和均值载荷,改进后的吸能装置耐撞性综合指标更优。

铣削稳定性预测的时间有限元法

为减小切削颤振对加工的影响,提出一种时间有限元预测法来预测铣削稳定性。将动态切削颤振模型简化为一阶时滞微分方程组,基于时间有限元法及Floquet原理预测动态铣削过程的稳定性极限。对该方法的预测值与Insperger提出的时域半离散法的预测值进行比较可知,该方法能有效地预测动态铣削稳定性,并利用一组实验证实了该方法的正确性。采用该方法选择铣削参数可以有效降低切削颤振对加工过程的影响,对提高铣削加工效率和加工质量有重要意义。

卫星外露电缆束介质结构深层充电仿真分析

受到空间高能带电粒子的作用,航天器蒙皮外侧电缆束的绝缘介质会产生深层充电效应。基于介质的电流连续性方程,并利用Geant4粒子输运模拟和辐射诱导电导率公式分析了介质深层充电的物理过程。在地球同步轨道(GEO)恶劣电子环境下,对外露电缆束介质结构深层充电进行三维仿真分析。结果表明:深层充电导致介质结构带20 V以内负电位,电位和电场强度峰值分别出现在电缆束外圈电缆介质层的外侧与内侧;对于导线介质层厚度为0.19 mm的情况,各介质层间是否紧密邻接和电缆束包含电缆根数多少对充电峰值结果影响不大;捆缚电缆的条状介质块是发生放电的危险区域,介质块厚度为0.8 mm时,充电电位在-103 V量级,电场强度可达到4×106 V·m-1,且电场强度与电位随介质块厚度增加而显著增大。

移动式容器中液体的晃动及其影响因素的研究

保证移动式压力容器的运行安全具有特殊重要性。结合典型移动式压力容器———罐式集装箱,数值模拟了罐体内液体的晃动过程,重点考察了冲击力、压强、雷诺数等物理量的变化。结果发现,晃动所产生的最大压强远大于初始最大静压强,晃动过程中流场湍动剧烈;加速度越大,充装率越大,容积越小,最大冲击力出现的时刻越早;当罐内充装一半液体,即充装率为0.5时,晃动最剧烈;在数值模拟基础上,以加速度、充装率、介质密度和罐体容积等变量为参数,拟合出液体晃动对罐体封头的最大冲击力计算公式,精度超过95%;对于湍流状态的晃动,黏度对最大冲击力的影响很小。

大开孔接管结构优化设计

对某公司设计的尾气再热器中的大开孔结构进行强度和稳定性分析,发现原设计的结构过于保守,有较大的优化潜能。以设备质量最小为优化目标,利用ANSYS的优化模块对该结构进行优化计算,经强度及稳定性分析,优化所得结构完全满足强度、稳定性及功能要求,且具有很好的经济性。

涡轮叶片辐射热冲击疲劳试验应力温度场模拟仿真

针对传统热冲击试验中大梯度热环境模拟难以实现的问题,采用虚拟试验技术,对基于石英灯辐射加热方式实现叶片热冲击疲劳特性试验的热环境进行模拟.以航空发动机涡轮叶片目标温度场分布为基准,模拟单纯石英灯辐射加热以及石英灯辐射结合内膜气流冷却这2种热环境状态.模拟结果表明:在辐射加热的同时引入内膜气流冷却后,模拟温度场与目标温度场分布更为接近,能够准确模拟涡轮叶片结构上沿厚度和叶弦方向的温度梯度以及结构内的热应力,从而保证热冲击疲劳试验方法的有效性.

基于Isight与Tosca的抗侧滚扭杆装置优化分析

基于Isight和Tosca软件对抗侧滚扭杆装置轻量化设计问题进行优化分析.采用Isight软件集成Abaqus软件对扭杆轴进行结构参数优化分析;采用Tosca软件集成Abaqus软件和fe-safe软件对扭转臂进行结构拓扑优化分析,研究扭杆轴与扭转臂的轻量化设计方法.

基于ANSYS的全焊接球阀焊接过程的温度场分析

焊接部件温度场分布对全焊接球阀质量的提高有直接影响。利用ANSYS软件建立全焊接球阀温度分布模型,并对其焊接过程中的温度场进行了模拟计算,分析焊接过程中全焊接球阀内部温度分布及变化情况。研究结果表明,温度场的模拟与实际测量结果较吻合,可为下一步研究焊接应力场奠定基础,对全焊接球阀焊接工艺和生产工艺具有重要的指导意义。

基于局域均值分解的冲击响应谱时域波形合成新方法

冲击响应谱时域波形合成技术是目前实验室环境下模拟实际复杂冲击环境的重要手段。文章在研究局域均值分解(LMD)方法和冲击响应谱时域波形合成原理的基础上,对实测冲击时域波形进行分解得到一组具有不同频率分布的PF信号分量,然后对不同频率分布的PF信号分量进行聚类分析并重新构造得到一组新的PF信号分量,使得PF信号分量的频率-幅值特性与设定的冲击响应谱试验条件一致。将重构后的PF信号分量组合即可得到合成后的冲击时域波形。数值仿真分析结果表明,基于LMD的冲击响应谱时域波形合成新方法生成的冲击时域波形能更好模拟真实冲击环境,冲击响应谱具有较好的控制精度。

基于模块化的产品服务系统设计方法研究

为了实现基于模块化的产品服务系统设计方法,文中提出了定性分析方法:将产品服务系统包含的服务划分为产品相关性服务和产品无关性服务;通过建立产品各结构模块和各产品相关性服务之间的关联矩阵,找到两者之间的关系;再对每个产品相关性服务提出可量化指标,如经济性、灵敏性、效用性等,通过增加或修改相关的产品模块满足上述可量化指标的要求,最终实现产品和服务的集成设计。

基于有限元分析的地铁车辆转向架构架优化设计

为实现地铁车辆转向架的轻量化设计,参照国际标准UIC 615-4,计算某地铁车辆转向架构架的主要载荷.将垂向载荷、横向载荷和纵向载荷等6种载荷组合成5种超常载荷工况,经有限元强度分析,找出应力薄弱点.通过优化模型的建立和OptiStruct的优化,实现转向架构架的轻量化设计,总质量减轻约12%.

基于神经网络的轴承故障预测模型

利用在故障预测领域广泛应用的神经网络模型,对轴承监测数据的特征提取与建模,挖掘出监测数据与剩余寿命间内在关联,从而对轴承剩余寿命做出评估。在轴承全寿命数据的实际实验中,证实了该模型的有效性。

连续结构拓扑优化的一种简单实现

通过基结构的方式,给出一种连续结构拓扑优化的简单方法。该方法通过比较相邻两次迭代过程中结构各单元的性能指标,计算出下一迭代步中的优化变量值,基结构中多余的单元被删除,从而获得结构的最优拓扑构型。利用该计算思路,分别介绍von Mises应力和应变能约束下连续结构的拓扑优化方法,通过若干数值算例验证所给方法是有效和可行的。