流固耦合有限元法用于油底壳模态计算

本文运用流固耦合有限元法 ,对有润滑油存在的油底壳进行了耦合模态计算 ,发现润滑油的存在对油底壳的模态频率和振型影响较大。由于流体的存在 ,使油底壳的模态频率大幅下降 ,振型也发生了较大变化。

基于物质点-特征有限元耦合方法的向后侵蚀管涌模拟

向后侵蚀管涌是汛期堤坝中一种常见的渗透破坏形式,多发生在下游存在无保护出水口的二元结构堤基中。由于土体渗流在出水口处存在较高的水力梯度,使得固、液界面附近的土体极易被侵蚀带走,一旦侵蚀土体的上层存在不透水的黏土层时,便会形成不断向上游迎水侧发展的管涌通道,最终导致堤坝出现失稳破坏。基于向后侵蚀管涌的发展过程,采用局部水力梯度作为管涌发展的判别准则,结合饱和孔隙介质的耦合物质点-特征有限元法,发展了一个能够模拟向后侵蚀管涌的新方法。新方法将求解域内的物质点分为3种粒子类型,对满足管涌触发条件的粒子进行删除,以此表示被侵蚀带走的土颗粒。由于算法中的流体部分采用了广义的Navier-Stokes方程进行描述,因此新方法能够同时计算孔隙水渗流和管道流体的自由流动。通过对小尺度模型试验的计算,验证了新方法在向后侵蚀管涌问题中的适用性。

永磁电机分析的场路耦合时步有限元法

在建立了永磁同步电机的完整场路耦合模型的基础上,采用时步有限元的方法来分析永磁同步电机。运用气隙边界运动法来模拟转子的运动,再结合转子的机械运动方程,从而可求得永磁同步电机的暂态过程和运行特性,给出了计算和求解的过程。通过对一台永磁同步电机的有限元仿真,验证了模型的合理性,为永磁同步电机的分析和优化设计提供了借鉴。

薄壁Timoshenko梁弯扭耦合振动的动态有限元法

通过直接求解单对称均匀薄壁Timoshenko梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程,推导了其精确的动态刚度矩阵。在本文研究中考虑了弯扭耦合、翘曲刚度、转动惯量和剪切变形的影响。针对某弯扭耦合的薄壁梁算例,应用本文推导的动态刚度矩阵,采用自动Muller法和结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,计算了该薄壁梁的固有特性,并讨论了翘曲刚度、剪切变形和转动惯量对该弯扭耦合薄壁梁的固有频率和模态形状的影响。数值结果验证了本文方法的精确性和有效性,并指出随着模态阶次的增加,剪切变形、转动惯量和翘曲刚度对薄壁梁的固有特性的影响更加显著。

E面分支波导耦合器的二维有限元法分析

基于二维有限元的分析途径 ,本文提出了四端口E面分支波导耦合器的一种分析方法。利用该方法 ,开发了相应的分析软件 ,并已成功应用于“微波模块设计制造一体化系统”中。一个四端口 4 .9dB五分支波导耦合器实例的计算结果与实验结果以及HFSS(一种基于三维有限元的高频结构仿真软件 )仿真结果的比较 ,证明该分析途径及软件实现是精确而有效的 ,并可广泛应用于同类微波器件的分析。

基于场路耦合时步有限元法的永磁同步发电机设计

首先根据传统方法设计了一台永磁同步发电机,然后通过对其等效磁路的分析进行空载气隙磁密和漏磁系数的解析计算,最后再利用场路耦合时步有限元法对所设计电机分别进行空载和额定负载时瞬态磁场的分析和空载时气隙磁密及漏磁系数计算值的验证。结果表明,所设计电机磁场分布合理,各项指标均达到设计要求,且气隙磁密及空载漏磁系数的解析值和有限元计算值也吻合得较好,证明了分析和设计的有效性。

侧向挤压过程的耦合无网格-有限元法数值模拟

应用刚塑性耦合无网格-有限元法,对平面侧向挤压过程进行数值模拟.采用修正的罚函数法约束体积不可压缩条件,避免体积闭锁现象.采用边界奇异核方法,直接、准确地施加本质边界条件.针对侧向挤压工艺的特点,将无网格节点布置在变形剧烈的区域,充分发挥其处理大变形问题的能力;在变形较小的区域采用有限元单元,利用其较高的计算效率.数值模拟结果表明,该耦合方法对于侧向挤压这类局部成形问题的求解具有良好的效果.

永磁无刷单相电机场路耦合有限元仿真与实验研究

针对永磁无刷单相电机在异步起动时必须借助起动副绕组而需进行电容切换,导致电机结构复杂和可靠性降低的问题,首先从电机的电磁设计入手,提出了一种电机磁路不对称、具有自起动能力的永磁无刷单相电机结构,然后采用V/f控制的变频控制方法,实现了电机带额定负载的平滑自起动和稳定运行。并利用Maxwell软件建立了电机的场路耦合有限元仿真模型,对电机及其控制系统进行了仿真分析。最后利用样机及其控制器的实验平台对样机系统的各种运行状态进行了实验测试,并将实验结果与有限元仿真结果进行了对比分析,两者达到了很好的一致性。研究结果表明,气隙不对称永磁无刷单相电机系统具有自起动迅速、运动平稳、效率较高的特性,在空调等家用电器领域具有很好的应用前景。

连续胶体材料化学-力学耦合有限元理论及其在ABAQUS中UEL程序实现

基于哈密顿原理,得到水凝胶的化学-力学耦合控制方程的等效积分形式和有限元形式。在整体坐标系下推导出用形函数表示的化学-力学耦合应变矩阵和单元刚度矩阵,并且得到在局部坐标系下的离散化形式。结合ABAQUS软件,编制了用户单元子程序UEL,通过数值算例验证了所开发单元的正确性,为在ABAQUS软件中实现各种耦合问题的有限元UEL编程提供了参考依据。

喷丸残余应力场SPH/FEM耦合建模与仿真

针对有限元模型难以模拟大量弹丸群集撞击的喷丸过程,使用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)耦合有限元法(Finite Element Method,FEM)模拟喷丸强化过程.工件采用FEM建模,弹丸流采用SPH建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟弹丸对工件的强化作用.采用随机算法建立了包含丸粒和空气两类SPH粒子形成的弹丸流模型,推导了两者的状态方程.研究了弹丸速度、喷丸时间等对喷丸残余应力的影响及工件表面各典型位置处的残余应力分布.结果表明:最大残余压应力值及深度随喷丸速度的增加而增加;达到一定喷丸时间后,继续增加作用时间,则残余应力变化甚微,其变化幅度小于10%,达到喷丸饱和状态;处于撞击中心处的残余应力值最大.

基于磁-结构耦合的电磁线圈发射器驱动线圈累积失效研究

实验中线圈发射器常在发射5-6次后驱动线圈出现破坏现象,为了设计出满足性能要求的线圈发射器,对破坏原因进行分析是十分必要的。以实验所用单级同轴感应线圈发射器为研究对象,通过电路-磁场-结构场耦合计算方法,求解出了线圈及其封装的应力分布。对于封装非金属材料,采取静强度评估方法进行失效判断,认为当封装所受最大应力超过其抗拉强度极限时发生失效。对线圈金属材料,除采取静强度评估方法外,还结合其材料应力-寿命曲线进行了疲劳寿命分析。结果显示:封装所受最大应力超过了其抗拉强度极限,在发射过程中,破坏区域逐渐扩大直至封装完全破坏;线圈所受最大应力小于其屈服强度,没有发生静强度失效,但在多次发射后会出现疲劳破坏。通过对封装进行材料改进,使得封装所受应力在许用范围内并且增加了驱动线圈的疲劳寿命。

可压缩流固耦合振动问题特征值分析的矩阵摄动法

在考虑流体的可压缩性时，流固耦合结构的动力学振动微分方程的系数矩阵将是不对称的．将流体自由度凝聚在固体位移上之后，获得了一个具有对称系数矩阵的非线性特征方程．然后采用矩阵摄动理论给出了这一特征问题的渐近解．

气垫船在内压作用下的水下辐射声功率分析

[目的]旨在研究气垫内压对气垫船水下辐射噪声的影响规律。[方法]以某气垫船为研究对象,首先,根据Newton–Raphson迭代法模拟气垫内压下围裙的成形过程;然后,基于声-固耦合有限元法建立气垫船围裙-气垫-周围水域的耦合模型,并采用模态试验对数值模型予以修正;最后,分析围裙所受压力和气垫压陷深度对气垫船水下辐射声功率的影响。[结果]研究表明:水下辐射噪声与气垫内压呈正相关,气垫内压每增加1 000 Pa,其水下辐射的总声功率级增加约0.97 dB;增大气垫船围裙刚度可有效降低气垫船低频段水下辐射声功率,增大气垫压陷深度则会增大较高频段的声功率级峰值,且使峰值位置向低频偏移。[结论]研究揭示了气垫内压对气垫船水下辐射声功率的影响规律,对气垫船水下辐射噪声的评估与数值预报具有重要指导意义。

极槽匹配对直驱式永磁风力发电机性能的影响

直驱式永磁风力发电机具有高效率、运行可靠和结构简单等优点,如何通过适当选择定子槽数及极数来改善发电机的性能、降低成本,是直驱式永磁风力发电机设计的一个重要问题。本文以输出功率为1.5MW的直驱式永磁风力发电机为例,根据风力发电系统中永磁发电机低转速、多极数、大体积的特点,基于场路耦合有限元法对风力发电机的性能进行分析。在发电机体积相同的情况下,比较和分析了定子槽数和极数对永磁风力发电机的性能的影响。

超高速微细切削电主轴内装式永磁无刷直流电机设计研究

在分析超高速微细切削电主轴内装式永磁无刷直流电机的设计特点的基础上,研究了超高速电主轴用永磁无刷直流电机结构及电磁设计方法。基于场路耦合有限元法分析了气隙长度和充磁方式对电机性能的影响;运用有限元分析软件Ansoft RMxprt模块建立电机二维有限元仿真模型,然后导入Maxwell 2D对电机的空载和负载特性进行仿真分析。仿真结果表明,超高速永磁无刷直流电机的设计合理,电机性能能够满足电主轴的使用要求。

含油量对油底壳固有频率的影响研究

建立了流—固耦合分析有限元运动学方程。以6132柴油机为具体实例,利用流—固耦合分析有限元法,对含有1/4,1/2和3/4机油油量的油底壳进行了动态特性计算和对比分析,发现机油的存在使得油底壳的模态频率大幅下降,振型也发生了较大变化。

8/4极磁障转子无刷双馈电机

在阐述无刷双馈电机的组成、工作原理的基础上,基于场路耦合有限元法,深分析了电机功率为450 kW、8/4极的磁障转子无刷双馈电机起动、空载及负载情况下的运行特点,并对磁障转子无刷双馈电机的异步起动、同步运行及双馈运行进行分析及实验。仿真和实验验证了该磁障转子无刷双馈电机的可行性和实用性。

无刷双馈磁阻发电机的设计与优化

为了合理引入磁障,抑制电枢反应磁势的交轴分量,提高并网时无刷双馈磁阻发电机发电能力,基于场路耦合有限元法对比研究了磁阻转子在不同极弧系数、不同磁障宽度、不同磁障形状、不同磁障深度以及有、无磁障对发电机性能的影响。并在此基础上,提出一比较合理的无刷双馈磁阻发电机的并网设计方案。研究表明:在电机结构尺寸相同情况下,磁障的宽度和形状对电磁转矩影响不大,而极弧系数对输出电磁转矩影响较大。

深水桩基施工平台单桩受力性能研究

采用多物理场直接耦合有限元法对水流和单桩共同作用问题进行分析模拟,研究单桩桩体在深水大流速下的桩体应力和位移规律。将有限元理论分析同规范给出的推荐公式进行比较,两者结果相近,规范计算结果比耦合法分析结果稍大,偏于保守。

外部气体辅助注塑制品翘曲变形数值模拟

基于聚合物黏弹性理论与外部气体辅助注塑(EGAIM)的特点,构建了EGAIM气体保压阶段及脱模后自然冷却阶段制品内应力-应变的力学模型。在此基础上,采用耦合有限元法(FEM)对EGAIM平板制件的翘曲变形进行模拟计算,模拟结果与实验结果基本一致,验证了所建计算模型有效可靠。