基于Workbench顺序耦合的中压直流断路器热稳定性仿真分析

中压直流断路器是中压直流供配电系统的重要保护装置。基于Workbench建立了中压直流断路器热稳定性顺序耦合仿真模型,在70 kA/250 ms短路电流冲击下,对某型额定电流为6000 A的中压直流断路器的瞬态温升进行了仿真分析。同时考虑短路电流产生的电动力对导电桥半径的影响,设计了通流过程中导电桥半径迭代变化的计算程序,为中压直流断路器热稳定能力设计提供更加准确的仿真依据。

换热器流固传热边界数值模拟温度场的顺序耦合方法

通过建立由壳体、管板和换热管等组成的换热器有限元分析模型,使用FLUENT生成的CDB文件和ANSYS本身的物理场进行耦合,把外部CBD边界条件映射到ANSYS模型上。先利用"分段建模,整体综合"技术,从实现换热器的工艺热分析的角度考虑,由FLUENT软件得到换热器整体温度场,输出得到了包含固体表面节点、单元和温度载荷等信息的CDB文件,然后利用温度场顺序耦合的思想,利用由FLUENT得到的结构温度场边界,在ANSYS软件中取节点文件并求解,创建结构热分析所需的结构温度场。比对CFD结果和有限元结果可知,两者温度场的分布没有差别,此耦合过程中没有出现失真现象,这为研究换热器的温差应力分析提供了可靠的依据。

板料电磁成形顺序耦合三维有限元仿真

电磁成形有限元模拟涉及多场耦合作用,其中结构场与电磁场之间的不同耦合方法对模拟结果影响显著。与松散耦合方法相比,顺序耦合方法考虑了板料变形对电磁场的影响,从而能够更精确的描述电磁成形过程。以ANSYS仿真软件为平台,建立板料电磁成形的顺序耦合三维有限元模型。通过不同耦合方法的模拟结果与实验结果对比表明,采用顺序耦合模型得到的板料变形与实验接近,而采用松散耦合模型得到的板料变形明显大于实验值。由此可见,顺序耦合模型是适合于电磁成形模拟的可靠模型。采用顺序耦合模型研究发现,放电电流的加载时间对板料电磁成形中板料变形的影响显著。当取放电时间为电流曲线的1.5个周期时,模拟结果与实验数据吻合最好。综合考虑计算效率与精度,板料电磁成形中放电电流的加载时间取1.5个周期为宜。

自适应步长顺序耦合法及其在瞬态场耦合问题分析中的应用

采用顺序耦合分析方法求解瞬态场耦合问题,在各迭代步累积的非平衡载荷残差会危及数值积分收敛性,选取极小迭代步长能够保证求解的精度及稳定性,但求解效率低。通过提取迭代节点耦合状态变量数值解,构造基于拉格朗日基函数的一阶变步长三点数值微分公式,建立步长自适应调整策略,在求解该类问题时根据耦合状态变量数值曲线波动性动态调整迭代步长。对于包含多个耦合状态变量的复杂瞬态场耦合问题,通过在迭代节点比对各变量独立步长与系统步长取值,建立多状态变量问题数据交互及步长自适应调整机制。构建异构计算机辅助工程系统联合仿真平台,对低压塑壳断路器短路分断中的运动场与电磁场耦合问题进行分析,结果表明该方法能有效求解此类问题,且求解效率较传统固定步长方法有明显提高。

基于顺序耦合的火灾环境下气瓶热及力学响应数值模拟

火灾环境下,气瓶内流体介质的温度和压力及气瓶壁的温度不断地升高,可能导致气瓶爆炸。基于分区求解、边界耦合数值解法和流固耦合传热理论,采用计算流体力学软件FLUENT得到火灾环境的温度场、热流密度分布与气瓶的温度场及其内部介质的温度场、流场和压力场。然后根据顺序耦合思想,利用节点差值方法将FLUENT热边界无缝转化到有限元软件ANSYS中,继而进行热-应力分析,预测该钢质无缝气瓶爆破时间为6 min左右,对气瓶火灾应急方案的制定具有理论指导意义。

基于多物理环境顺序耦合法的联合弧特性分析

由于转移弧和非转移弧的并存以及电、磁、热、流等物理现象的复杂耦合作用,使得传统数值方法分析联合弧射流特性较为困难.依据磁流体动力学和电磁学理论建立联合型等离子体弧的三维数学模型,利用物理环境顺序耦合法对多场复杂耦合的联合弧进行有限元迭代计算,并分析工作电流、气体流量相关工艺参数对联合弧射流温度特性的影响.结果表明,联合型等离子体弧射流特性的仿真结果与检测结果基本相符,其分布规律以及同工艺参数间的关系有着自己显著的特点.

顺序耦合分析在复杂结构热分析中的应用

基于顺序耦合分析解决工程中复杂结构分析的难题,简要介绍顺序耦合场分析的基本过程,为耦合分析应用于工程结构分析提供了参考。

基于热-结构顺序耦合对机床主轴箱环境温度的热特性分析

以轮槽数控铣床为研究对象,利用有限元软件中热-结构顺序耦合功能对机床主要热源主轴箱在运行中受环境温度影响进行热特性分析。为了能够准确揭示环境温度对机床主轴箱在运行中的热特性影响,通过模拟主轴箱在20℃~32℃的环境温度状态,结果表明:当主轴箱运行的环境温度从20℃升高到32℃,主轴前端的热变形从52μm增加到187μm,同时随着环境温度升高,主轴前端热变形加剧。主轴箱的热特性受环境温度影响很大,对于轮槽数控铣床这样大型精密加工设备,应该合理降低环境温度变化对主轴箱加工精度的影响,提高机床加工的整体稳定性。

基于热-结构顺序耦合对轮槽铣床主轴箱热变形分析

以轮槽数控铣床为研究对象,利用有限元软件中热-结构顺序耦合功能对机床主轴箱在运行中受环境温度影响进行热变形分析。由于热耦结构分析实质是一种结构分析,只是在分析过程中,以环境温度作为热传导模型,属于多场耦合瞬态分析。且机床的热源主要来自于主轴箱内部的电机和主轴系统,因此主轴箱的温升及变形影响了主轴温度和相关配合位置的改变。通过建立主轴箱有限元模型,以主轴箱温度场在工作时的热载荷和边界条件为依据,进行热-结构顺序耦合分析,从而得到工作时主轴箱的热变形状态。分析结果显示,主轴箱的温度场在5 h左右达到热平衡状态,而主轴箱热变形平衡时间在6h左右,热变形总量为22μm,且主轴三个方向的热变形分别为X方向为62μm,其次Y方向和Z方向,分别为19μm和9μm。随着运行时间增加,主轴热变形逐渐趋于稳定。

基于ANSYS顺序耦合法对导轨热特性模拟仿真研究

为了准确揭示导轨在工作时,环境温度对其热变形的影响,有必要建立导轨在工作状态的热结构仿真模型,并通过顺序耦合法分析其热变形状态。模拟仿真结果显示:当导轨工作环境温度从20℃上升至36℃时,导轨的热变形量呈左右对称分布,两端的最大热变形量为0.38mm,最小热变形量为0.35mm,同时随着温度升高变形量继续增加,从而降低机床加工时的整体稳定性。

基于顺序耦合法的立柱温度场模拟仿真分析

由于立柱是控制主轴箱Z方向移动的关键要部件,因此,立柱的热变形对主轴箱在Z方向的工作精度至关重要。为了准确揭示立柱在工作时,环境温度对其热变形的影响,有必要建立立柱在工作状态的热结构仿真模型,并通过顺序耦合法分析其热变形状态。模拟仿真结果显示:当立柱工作环境温度从20℃上升至35℃时,立柱的热变形量为1.27 mm,同时立柱热变形量呈上大下小的趋势,并随着温度升高变形量继续增加,从而降低机床加工时的整体稳定性。

基于顺序耦合对主轴箱环境温度的热特性分析

以轮槽数控铣床为研究对象,利用有限元软件中热结构顺序耦合功能对机床主轴箱在运行中受环境温度影响进行热特性分析。为了准确揭示环境温度对主轴箱在运行中的热特性影响,通过模拟分析了主轴箱在20℃~32℃环境温度的状态。分析结果表明:当主轴箱运行的环境温度从20℃升高到32℃,主轴前端的热变形从52μm增加到187μm;同时随着环境温度升高,主轴前端热变形加剧。

基于多场顺序耦合的高温超导电机磁体应变分析与验证研究

本文以高温超导电机磁体为研究对象,采用电磁场和结构场顺序耦合,重点解决电磁场与结构场之间的数据映射,对磁体低温下受电磁力作用产生的应变进行数值计算和试验验证,从而获得磁体在载流状态下的应变场分布特征,确定磁体结构中较为薄弱的区域,为超导磁体的结构设计和优化提供依据。

双向顺序耦合法求解动力响应的试验验证

为验证双向顺序耦合法求解的可信性,设计并建立一套气流激振下叶片结构的动力响应试验系统.通过平板叶片振动响应的计算与试验对比分析,验证双向顺序耦合法适用于非共振状态以及共振状态的动力响应求解,数值仿真结果可以准确地反映振动响应的时域变化规律和频域特征.计算求得的振动位移和振动应力具有较好的计算精度,相对误差在40%以内,可以满足大多的工程计算需求.

排气涡轮基于顺序流固耦合传热数值模拟研究

针对某四缸发动机涡轮增压器排气涡轮在高温及废气气动载荷、离心载荷下的综合数值模拟研究,该数值模拟联合计算流体动力学和有限元分析进行顺序流固耦合传热分析。首先利用STAR CCM+精确模拟计算涡轮增压器排气涡轮的温度场、表面压力场、壁面传热系数分布,将其作为第三类边界条件和压力载荷映射到排气涡轮有限元模型上。通过ABAQUS进行稳态热传导数值模拟,计算出排气涡轮有限元模型网格所有节点的温度场和表面温度,将计算所得的温度场作为预定义场进行热应力分析,最后结合气动载荷和离心载荷进行综合应力分析。

转动热源作用下的制动盘顺序热机耦合分析

当对制动器进行设计时,需对像循环制动工况等重负荷工作条件下的制动盘热机耦合现象进行研究。考虑到采用完全热机耦合方法存在求解时间长、且不容易收敛的缺点,不适合分析制动时间较长的重负荷制动工况,同时传统的基于固定热源的顺序热机耦合又不能很好地模拟热源转动的真实情况。因此,提出基于转动热源的顺序热机耦合法,在验证该方法的可行性后,将其运用至循环制动工况的热机耦合仿真分析中,仿真结果令人满意,具有工程价值意义。

基于顺序热力耦合大体积混凝土施工方案优化

采用ABAQUS中顺序热力耦合技术,针对某地铁站大体积混凝土浇筑的不同的施工顺序下的温度应力进行对比分析研究。结果表明浇筑段长度对混凝土最高温度影响不明显,浇筑顺序对混凝土最高温度略有影响;不同浇筑顺序下混凝土的温度应力不同;混凝土温度应力在组合法浇筑施工方案中最小,因此采用组合法施工方案。

基于顺序热力耦合的活络模具花纹块性能分析

以斜平面X1188型号的轮胎活络模具为例,借助ABAQUS有限元分析软件,对活络模具进行整体式顺序热力耦合分析,得出活络模具在硫化过程中花纹块的应力位移分布、花纹块内表面和侧面取点应力-位置曲线图。通过对活络模具结构改进和优化,改变花纹块口径高度、花纹块与花纹块间的贴合面宽度,花纹块与弓形座采用不同的配合方式,比对不同条件下花纹块的应力、位移有限元分析结果,得出应力位移分布和变化规律,可为模具设计提供参考依据。

搅拌摩擦焊型材热力耦合仿真分析

焊接温度场和应力变形模拟仿真在工程结构制造领域具有广泛的应用前景,特别是针对铝合金搅拌摩擦焊这类对型材结构强度有特殊要求的工艺,通过焊接过程模拟仿真评估结构瞬态应力和变形,进而实现结构设计的优化。该文采用顺序热力耦合的方法对搅拌摩擦焊过程进行研究,建立材料的有限元模型,同时结合焊接测温试验,调整模型相关参数,从而对模型进一步优化,实现对瞬态温度、应力的准确预测。结果表明,优化后的瞬态温度场结果与实测值误差控制在3%以内,且试验过程中型材结构未产生压溃。同时,通过焊接过程中瞬态应力和应变的仿真分析,实现对既定型材结构承载能力的评估,满足轻量化的设计要求,降低搅拌摩擦焊铝型材结构的设计验证成本。