基于FDM/FEM的镁合金挤压铸造温度场数值模拟

开发模拟挤压铸造凝固过程中温度场变化的有限差分/有限元计算模型,该模型包括凝固过程中的潜热释放。温度场模拟中采用交替隐式算法;应力场模拟中采用热粘弹塑性本构模型。为验证模型的正确性,对镁合金AM50A圆柱体实验件挤压铸造温度场变化过程进行模拟计算,模拟结果与实验结果基本一致。

一种新的基于FDM/FEM挤压铸造温度场计算模型

根据挤压铸造特点,构建一种新的基于FDM/FEM的温度场计算模型,实现FDM网格直接转化为FEM网格。建立AM50A镁合金压力和熔化温度变化的关系曲线,修正熔化温度值及与温度有关的热物性参数,通过温度与热物性参数关系建立数据库,为解决大型复杂铸件FEM网格剖分困难的问题提供参考。选用AM50A镁合金进行挤压铸造实验,验证测量结果与模拟结果基本一致。

基于FDM/FEM联合的铸件凝固过程热应力数值模拟的研究

为了模拟铸件凝固过程的热应力场,开发了基于华铸CAE(FDM)和ANSYS(FEM)联合的铸件凝固过程热应力场数值模拟集成系统,并计算了应力框试件的应力和位移。应力框的变形模拟与公认结果符合较好,实现了FDM/FEM联合进行铸件凝固过程的热应力数值模拟,为进一步模拟分析热应力和进行热裂预测奠定了一定的基础。

FEM与FDM在脑电正问题求解中的比较

从算法的精度、效率和复杂性3个方面对三维各向同性脑电正问题求解中的有限元法(FEM)和有限差分法(FDM)进行了比较,分别采用三层同心球模型和偶极子源模拟具有3种组织的头和大脑活动神经元,研究了头模型的网格细化程度、对称性和偶极子源方向、偏心率对有限差分法和有限元法精度和效率的影响.仿真计算结果表明,有限元法的精度易受切向偶极子的影响,而有限差分法的精度易受径向偶极子的影响,在相同的网格细化程度下,两种算法需要同样的耗机时间;由于有限元法精度易受网格模型对称性的影响,有限差分法的真实头模型网格构建比有限元法简单、直观.

一种新的基于FDM/FEM挤压铸造收缩缺陷计算模型

根据挤压铸造的凝固特点,采用高阶导热偏微分方程有限差分计算模型(FDM格式)进行温度场数值模拟,使用动态孤立多熔池判定法确定熔池位置,采用FEM进行熔池中心位置压力计算。若熔池中心位置的压力已经降至0,封闭在硬壳内的液态金属将在没有压力作用的情况下凝固,并按照重力补缩方式进行补缩。采用孤立熔池等效液面下降法来预测收缩缺陷的形成,模拟结果与实验结果基本吻合。

基于FDM/FEM的挤压铸造收缩缺陷数值模拟

建立了模拟挤压铸造凝固过程中收缩缺陷形成的有限差分/有限元计算模型,该模型包括了凝固过程中的潜热释放和体积收缩效应。在温度场模拟中采用了交替隐式算法,在应力场模拟中采用了热粘弹塑性本构模型。为验证模型的正确性,对A356铝合金挤压铸造凝固过程进行了模拟计算,模拟结果与实验结果一致。

一种新的基于FDM/FEM挤压铸造温度场计算模型

构建了一种新的挤压铸造过程中基于FDM/FEM的温度场计算模型,从而实现将FDM网格直接转化为FEM网格,之后建立了AM50A镁合金压力变化和熔化温度变化的关系曲线,修正熔化温度值的大小,修正其他与温度有关的热物性参数,通过建立温度与热物性参数关系数据库,为解决大型复杂铸件FEM网格剖分困难的问题提供了一种参考。为了验证模型的正确性,选用AM50A镁合金进行挤压铸造实验,实际测量结果与模拟结果基本一致。

基于FDM/FEM耦合的铸造热应力分析

使用华铸CAE铸造模拟软件模拟铸造过程的温度场,通过自主开发的温度转换模块,将华铸CAE计算的温度场结果转换为有限元温度载荷,并加载到ANSYS的有限元模型中,进行铸造热应力分析。使用ANSYS中的接触单元处理铸件与铸型之间力的相互作用,对典型应力框试件进行了热应力分析,并与自由收缩模型的计算结果进行了对比。结果表明,采用接触单元法的计算结果更为准确。

三维电磁场有限元数据到有限差格式的转换算法

为实现电磁场作用下三维凝固传输过程高效率有限元/有限差(FEM/FDM)耦合数值计算,针对任意三维ANSYS有限元剖分网格与有限差网格间不规则空间几何对应关系,并基于有限元数值插值原理,提出了一种将三维有限元网格节点上的场量计算结果转换为有限差格式数据的算法.采用基于Visual Fortran6.6A平台的QuickWin模块及Fortran95语言编写了三维数据转换和后处理图形显示程序.经冷坩埚电磁定向凝固等工艺三维电磁场有限元计算结果的FEM→FDM数据转换及三维矢量/标量场结果显示,表明该算法及计算与显示程序是成功和有效的,可为后续基于有限差法的电磁凝固传输耦合计算提供可靠的电磁场数据和有效的图示分析手段.

大型轧钢机机架凝固过程温度场应力场模拟分析

采用FDM/FEM集成分析系统,对152 t轧钢机机架凝固过程中的温度场和应力场进行了模拟计算;根据温度场计算显示了机架凝固过程中补缩通道变化情况。机架应力场模拟包括铸件凝固、冷却及落砂后冷却整个过程。以凝固过程中准固相区的等效应力与强度的比值分布规律为依据,对该铸件的热裂倾向性进行了预测,给出了危险区的位置。还给出了机架的残余应力和变形。模拟结果与实际生产情况较为吻合。

基于水-土完全耦合的地面沉降计算方法研究

水-土耦合模型是地面沉降计算模型的一种。现有的水-土耦合模型存在精度低或计算工作量大等缺点,在国内外地面沉降数值模拟与预测中的应用受到限制。本文对水-土完全耦合理论的控制方程离散化,基于Biot理论的有限单元法(FEM)对平衡方程离散化,采用有限差分法(FDM)对连续方程离散化。在此基础上,采用在FORTRAN平台上开发的二维、三维有限元-有限差杂交计算程序得到解析解,并与计算值对比验证,结果表明两者基本吻合,证明本文基于水-土完全耦合地面沉降计算方法的合理性。

注塑模充模过程动态分析

注塑成型是利用型腔模制造理想制品主要的成型加工方式 ,塑料熔体的流动行为将直接影响着最终塑件的质量 ,塑料熔体在三维薄壁型腔内的流动属于带有运动边界的粘性不可压缩流体的流动 ,本文针对塑料注塑成型特点 ,经过量纲分析和引入合理而必要的假设 ,得到了适合于充模分析的数学模型。控制方程的求解主要包括三个阶段 :压力场、温度场和流动前沿位置的确定。数值求解采用有限元法求解压力场、有限差分法求解温度场、并利用控制体积法跟踪熔体前沿 。

铸件凝固过程应力场数值模拟技术

分析了应力场数值模拟采用的数理模型和数值方法 ,指出了存在的问题 。

凝固过程应力场模拟技术在大型铸钢件中的应用

基于FDM/FEM方法,对某水轮机下环铸件的整个铸造过程中的热应力进行了模拟计算。模拟中采用接触单元法处理铸件与砂芯之间力的作用,改进了传统的铸件/铸型边界条件处理方法。根据应力场模拟结果,分别采用不同的判据,对铸件整个凝固、冷却过程中的热裂和冷裂倾向性进行了预测。揭示了铸件从凝固到冷却至室温的变形规律,为控制铸件收缩尺寸提供了参考。实际生产结果与预测结果相吻合。

粉末注射成型充填过程数值模拟

在Hele -Shaw近似下采用有限元 /有限差分混合法求解粉末注射成型充填过程 ,有限元法处理中面离散 ,厚度方向使用有限差分 ,运用控制体积法追踪移动边界 ,压力方程和能量方程顺序求解 ,实现了充填过程的温度场、压力场和速度场的数值仿真 。

复杂型腔中粉末注射成形充填过程的计算机模拟

在Hele-Shaw近似下采用有限元/有限差分混合法求解粉末注射成型充填过程,有限元法处理中面离散,厚度方向使用有限差分,运用控制体积法追踪运动边界,压力方程和能量方程顺序求解,实现了复杂型腔充填过程温度场、压力场和速度场的数值仿真,得到了较有价值的流场数值分析结果。

粉末注射成型充填过程数值模拟

基于Hele-Shaw流动的近似描述,采用有限元/有限差分混合法求解粉末注射成型充填过程,有限元法处理中面离散求解,厚度方向则使用有限差分法,运用控制体积法追踪运动边界,压力方程和能量方程顺序求解,实现了复杂型腔多种浇口充填过程温度场、压力场和速度场以及运动前沿的数值仿真分析,得到了较有价值的流场数值分析结果。

地下电缆群暂态温度场和短时载流量数值计算方法

利用有限差分法将地下电缆群暂态过程分为离散的时间步,然后利用有限元法分析每一时间步的地下电缆群温度场分布,给出了土壤直埋电缆群的暂态温度场分布。在此基础上,利用牛顿迭代法计算了土壤直埋电缆群的短时载流量。试验和计算结果表明,利用有限差分和有限元计算地下电缆群暂态温度场和短时载流量为工程实际提供了一种新的计算方法。

边界拟合坐标系下的差分有限元破开算子法

在边界拟合坐标系下给出耦合了有限差分法和有限单元法的新型的破开算子法.利用该方法,Navier-Stokes方程被分解成对流方程和扩散方程,对流方程采用稳定性好的有限差分法求解,而扩散方程则采用有限单元法求解.由于计算是基于非均匀网格,采用边界加密的51×51网格就达到了前人在计算雷诺数为5000的方腔环流时采用的257×257均匀网格的效果,对于瑞利数Rt=107的竖腔自然对流的计算进一步表明,提出的方法是有效的.对于Re=105的高雷诺数方腔受驱环流,得到了非稳态、非周期的和带有随机特征的流场结构.

图像去噪中的有限元求解方法

提出一种图像去噪中的有限元求解方法。从P-M模型出发,利用双线性插值得到图像在任意点的灰度值,将该值作为初始条件,采用有限元法对模型进行分析求解。在相同的时间间隔与迭代次数的条件下,该方法的求解结果与传统的有限差分法相比,平滑去噪和保持边界的效果更好,峰值信噪比有较大提高。