有限元仿真模拟在超声喷水无损检测用水套设计中的应用

水套在超声喷水穿透检测中具有重要作用,为设计出具有良好耦合效果的水套,减少水流紊流对声波耦合的影响,本文通过构建探头套几何模型、物理建模、数值求解的有限元仿真方法对探头水套进行流体动力学仿真。结果表明,在无整流装置下,从入水口射入的水流撞击探头套内壁,产生严重紊流,进入出水管后,紊流状态仍然保持,水流流线方向杂乱。增加整流装置后,探头套内紊流得到很好的抑制,使得进入出水管的水流流线方向趋向一致,这种现象随着整流片增多而效果越加明显。本文为后续模拟水流经过出水口后的水柱状态,特别是随着初始水流速度加大后的水柱状态,以及利用有限元多物理场模拟功能,在加入声场后,模拟紊流状况下声场的变化打下了基础。

数控转台蜗轮转动元动作的热变形有限元分析

为研究数控转台传动系统元动作的热误差建模方法,首先介绍了元动作理论以及有限元数值模拟的温度场模型假设及边界条件,并分析了温度场仿真所需的摩擦机理及参数计算方法.采用ANSYS仿真分析从稳态和瞬态两个方面对转动元动作进行数值模拟,并给出其中关键元动作的温升曲线,分析了元动作瞬态、稳态及热-结构耦合温度场和变形场,得到元动作温度分布云图、温升量及热变形量.通过热变形理论计算和热变形有限元分析,得到考虑动作件热变形的传动系统元动作热误差模型.

基于有限元分析的走刀策略对铝合金薄壁筋铣削仿真工艺研究

铝合金薄壁筋具有弹载计算机结构件的典型特征,其结构简单但整体刚性差,在加工过程中极易产生加工变形,影响工件的加工精度。为合理选择走刀策略,使用ABAQUS软件对铝合金薄壁筋铣削过程进行有限元仿真建模,分析了不同走刀策略下铣削过程中的铣削力及工件铣削后的变形情况。同时设计对照试验组进行试切验证,通过三坐标测量仪分别测量了薄壁筋在不同走刀策略下的形变,验证了仿真分析结果的正确性。

有限元仿真技术在力学教学中的应用及思政元素探索

探索力学课程教学改革的新途径对于提高力学课程的教学效果具有重要的指导作用和现实意义。对有限元仿真技术在力学教学中的应用进行了案例分析,并对教学内容中所蕴含的思政元素进行了探索。有限元仿真分析将计算结果可视化,以图画或者动画的方式生动展示构件变形或流体流动规律,加深了学生对理论知识的理解。思政元素的融入强化了学生的爱国热情、民族自豪感、职业道德和创新意识等。教学实践表明,有限元仿真、教材内容和思政理念的有机融合培养了学生独立思考和理论联系实际的能力,有效的提高了力学课程的教学效果。

基于有限元仿真的ECT感兴趣区域高分辨率图像重建

感兴趣区域的高分辨率图像重建是电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)技术的研究热点之一。均匀电极分布的ECT模型仅在重建场域的边界位置具有较高的灵敏度系数,不适用于感兴趣区域成像。为改善感兴趣区域中的灵敏度分布,提高图像分辨率,提出了一种基于有限元仿真ECT感兴趣区域高分辨率图像重建方法,根据保角变换理论优化电极分布。进行了仿真实验,将均匀电极和优化电极分布的灵敏度矩阵代入Tikhonov算法、Landweber算法和ART算法,重建结果表明上述方法可有效提高感兴趣区域的图像重建精度。

基于有限元的工程力学模拟仿真实验辅助教学

本文旨在探索有限元软件在工程力学教学中的进一步应用,通过模拟仿真各种基本变形的过程以及生活和工程实际中与力学密切相关的例子,既弥补了实验教学的不足,又提高了课堂教学效果。这不仅补充了力学课程的授课内容,增强了学生对力学变形的感性认识,更有利于学生深入地理解和掌握所学的理论知识,同时还提高了学生发现问题并且主动解决问题的能力。

SPS多腔烧结碳化硅块材的有限元仿真及实验研究

通过设计加工具有3个模腔的石墨模具,并建立放电等离子烧结的有限元仿真模型,研究了烧结工艺对碳化硅块材物相及密度等的影响.结果表明,烧结时的电流主要通过石墨压头及样品产生热量实现样品的加热,且当模具温度高于1200 K时,样品中心与模具的温度差异逐步增大,烧结模具的中心区域温度高于模具的温度.此外,采用放电等离子烧结同时制得了3个碳化硅块体,实验结果表明,随烧结温度的增加,烧结助剂钇铝石榴石的含量逐渐减少,而碳化硅的含量及结晶性逐步增加,当烧结温度达到2023 K时,得到了纯相的碳化硅.烧结所得的碳化硅密度为(3.103±0.043)g/cm^(3),致密度为97%.

煤矿液压定向钻机回转器结构设计校核及有限元仿真

以液压定向钻机回转器结构为研究对象,通过分析其传动原理,对其结构进行了设计,同时针对回转器组件开展了选型设计及强度校核,使其符合井下生产作业的需要。最后将回转器及其传动系统进行了有限元仿真分析,从极限载荷及动载效应两个角度出发,验证了所设计回转器的动态特性良好。

融合编程实践与科研仿真的有限元方法教学改革探索

有限元方法是现代工程和科学领域中广泛应用的数值分析工具,是力学专业中一门重要的专业基础课。随着有限元方法与计算机技术的深入融合以及数值模拟需求的不断增加,熟练掌握与运用有限元方法的重要性日益凸显。传统的有限元教学侧重理论知识的传授,在实践教学中局限于简单算例,导致学生难以将理论知识与实际问题相结合。结合科研需求和技术发展趋势,作者在有限元的教学过程中,探索了融合编程实践和科研仿真的教学改革,通过引入有限元开源程序和编写小型项目来提升有限元编程的实践效果,通过引入科研课题仿真案例来丰富和完善有限元教学案例库。经过教学改革实践,提升了有限元方法的教学效果,为培养新时代高水平人才提供经验。

基于有限元自主仿真软件的教学创新研究

随着数字化建设的不断推进,计算机辅助工程(Computer Aided Engineering, CAE)在各领域的应用也愈发广泛,将CAE仿真技术引入课堂,以数字化教学模式培养新时代具有创新能力的复合型人才已经成为教育发展的必然趋势。国外商用有限元仿真软件存在操作烦琐,无仿真基础学生一时难以上手等问题。国产自主开发的有限元仿真软件配有众多应用接口,凭借其操作简单、功能完善等优势脱颖而出,为CAE仿真与课堂教学的结合注入全新的活力。

GH4169G高温合金车削切削力与切削温度有限元仿真研究

为研究GH4169G高温合金车削用量及刀具几何特性对切削力和切削温度的影响规律,基于ABAQUS有限元仿真软件,通过依次改变切削深度、切削速度和刀具几何角度,获得不同参数组合下切削力和切削温度的变化规律,进一步揭示车削参数和刀具几何角度对GH4169G高温合金切削过程中热—力耦合作用的影响机理,从而对切削工艺参数和刀具特性进行优选。

有限元模拟仿真在压力容器对接接管焊缝相控阵超声检测工艺设计中的研究与验证

针对大壁厚压力容器接管焊缝多为窄间隙对接焊接头,超声检测中存在扫查路径复杂、定量定性精度差和检出率相对较低等难点,引入有限元模拟仿真技术。通过建立工件3D模型和不同类型的缺陷,模拟各缺陷在压力容器筒体外壁和接管内壁相控阵超声检测时的响应情况,优化相控阵超声探头、楔块设计和探头运动轨迹,最终实现检测工艺的理论设计。在带有自然缺陷的模拟试块上,验证检测工艺的准确性和可靠性。对比有限元模拟仿真和在模拟试块上的实际检测情况表明,经过仿真设计过的相控阵超声检测工艺可有效提高接管窄间隙焊缝中缺陷的检出率和检测精度。

ABAQUS软件分析测井用金属连续毛细管塑性变形

针对金属连续毛细管因在测井绞车滚筒上的弯曲行为而产生塑性变形对性能的影响,采用有限元软件ABAQUS分析不同弯曲半径时金属连续毛细管产生的塑性变形和疲劳寿命。结果表明:金属连续毛细管在弯曲过程中的塑性变形随着中性层向外逐渐增大;当弯曲半径由75 mm增加至150 mm时,随着弯曲半径的增加,金属连续毛细管的塑性变形逐渐增大,等效塑性应变由3.5×10^(-2)减小至1.46×10^(-2),并且使用寿命逐渐趋于平缓,循环次数由25 000增加到398 107。

中耳力学:有限元仿真研究进展

中耳听骨链系统是一个构造精巧的传声装置,通过自身振动将空气中的压力变化(声)信号传导至内耳,克服空气和内耳淋巴液间的阻抗差异。各种中耳病变均会引起这一传声系统的工作异常,导致传导性听力损失。对中耳生理功能和病理机制的深入研究有助于相关临床诊断和治疗技术的发展。实验测量和仿真分析是中耳力学研究的常用方法[1]。实验测量手段的不足主要在于侵入测量困难,获取数据有限,且特殊病理状态的测试样本极难获得。有限元仿真方法基于动力学的理论,在计算机上对中耳传声过程进行再现,不仅成本低廉、可获得多种数据,而且便于研究一些实验中难以模拟的中耳状态。本文介绍有限元仿真技术在中耳生理功能和病理机制研究中的应用,尤其是近年来的进展。

拉毛针织面料热传递性能的有限元仿真

为探究拉毛针织面料的毛羽对面料热传递性能的影响规律,提出了一种预测拉毛针织面料热传递性能的方法,建立了针织线圈-毛羽层模型,在此基础上对拉毛针织面料的热传递性能进行有限元仿真分析,并通过实验验证模型的有效性。首先对实验面料进行测量,得到织物的几何结构参数,利用SolidWorks专业建模软件建立织物的针织线圈结构,利用ANSYS DesignModeler建立织物的毛羽层;然后借助有限元分析软件ANSYS Fluent,根据模拟环境设置边界条件,进行迭代运算,得到该模型的温度分布云图;最后将仿真模拟的结果与实验测试结果进行对比,对模型的有效性进行验证。研究结果表明:拉毛针织面料的模拟热阻值与实验热阻值相关系数接近0.993,最大差异小于17.7%,表明该有限元模型具有一定的可行性;拉毛针织面料的表面毛羽密度越高,织物的热阻值越大,但是毛羽密度达到一定范围后,织物热阻值发生较小变化。

数据驱动与有限元仿真融合的纱线断裂强力分析方法

为揭示机器人运动速度等参数对纱线性能的影响规律,考虑纱线夹持长度与拉伸速度对断裂强力分布的影响,分析了动态环境下环锭纺细纱断裂强力的分布特征。首先设计拉伸实验对环锭纺细纱性能进行分析,并构建了环锭纺短纤纱本构模型表征其强伸性能。其次建立有限元仿真模型模拟短纤纱的断裂过程,揭示了纤维间载荷传播的规律和纱体结构演化的4个阶段模型。最后对纱线强力数据的统计特征进行分析,建立了其分布参数模型。结果表明,分布检验与威布尔分布相比,对数正态分布的拟合误差最小,残差平方和为0.0006,进一步提高了动态环境下环锭纺细纱强力预测的可靠性。

网格密度对切削加工有限元仿真的影响研究

切削加工有限元仿真模型中,网格密度的选择多依赖于经验,缺少量化标准,一定程度上会影响计算精度,造成计算资源浪费。针对该问题,采用ABAQUS分析软件建立切削加工过程有限元仿真模型,并验证了仿真模型的准确性;对比分析了不同网格密度对计算精度以及仿真效率的影响,确定了与切削加工工艺相关联的网格密度标准,即网格尺寸为切削厚度ac的1/10,能够在最经济的计算成本前提下,保证切削加工仿真的计算精度。

基于混合有限元模型的航空发动机主轴承剥落故障仿真分析方法

高保真的整机实体有限元模型可以逼真地反映航空发动机整机振动特性,但是难以考虑复杂的滚动轴承故障动力学模型,且其计算量太大,不能胜任主轴承故障激励下的整机非线性动力学仿真。为了有效地进行发动机主轴承的故障诊断,开展了主轴承剥落故障激励下的整机振动响应机理研究,提出了一种基于整机实体有限元模型和整机梁单元有限元模型的主轴承故障动力学混合仿真分析方法。利用整机梁单元模型仿真分析得到主轴承故障激励下与机匣相连接的主轴承支反力,在整机实体有限元模型中去除转子实体有限元模型,将支反力直接施加到各支承处的轴承座上,利用瞬态响应分析方法获取主轴承故障激励下的整机振动响应,并利用整机梁单元模型进行了方法验证。结果表明:利用混合有限元仿真方法获取了航空发动机主轴承故障激励下的仿真信号,误差均不超过1%,表明了所提出方法的正确有效性。

跨越既有线路钢箱梁顶推施工有限元仿真分析

崔家崖特大桥钢箱梁项目是当地一项重要的民生工程,该项目跨越既有中川铁路,与既有线中线交角为75°,施工具有一定的难度和危险性。为顺利地完成施工任务,采用顶推的方式进行钢箱梁的施工作业,并采用多种施工模拟软件对崔家崖特大桥钢箱梁项目进行施工仿真模拟分析,来保证结构的刚度、强度、稳定性。分析表明,在整个顶推施工过程中,钢箱梁最大组合应力为31.0 MPa<265 MPa,发生在钢箱梁支点处,导梁最大组合应力为62.7 MPa<250 MPa,发生在导梁的中间部位,钢箱梁挠度最大值21.8 mm、导梁挠度最大值48.0 mm,且都发生在导梁最大悬臂长度为33.3 m时,均小于L/400=83.2 mm,强度、刚度、稳定性均满足相关要求;钢箱梁局部受力分析,最大应力为137.5 MPa<265 MPa,发生在钢箱梁与垫梁接触位置的端部,满足相关规范要求;导梁局部受力分析,最大应力为176.5 MPa<265 MPa,发生在导梁与垫梁接触位置的端部,满足相关规范要求。

基于有限元仿真和光纤传感的隧道损伤监测

对苏州四号线支线红庄站至蠡墅站段地铁进行隧道结构开展静力场和动力场有限元仿真分析,并根据仿真结果和现场勘察结果,成功设计并布设了能够对隧道结构水平位移、裂缝、沉降、结构应力、结构表面应变、振动等信息进行实时监测的光纤传感网络,实现了对隧道结构健康状态的实时监测,然后利用光纤传感网络反过来验证有限元模型可靠性,从而得到更准确的有限元仿真模型。最后,结合两种技术,针对该地铁中三种主要断面建立了二维有限元模型,研究了三种断面在隧道结构有损伤基础和无损伤基础的两种情况下,受到地铁列车振动荷载影响产生的混凝土结构损伤分布规律,从而更好地为地铁安全运营提供技术保障。