基于CEL法熔滴冲击基板的TPF/FSI数值模拟

航空发动机和燃气轮机的高温工作环境会对其热端金属部件造成不可逆损伤,热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)能够承受高温和高压的侵蚀性环境,从而保证金属部件使用的安全性及可靠性。以空心Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)(yttrium-stabilized zirconia,YSZ)粒子在等离子焰流中的2种形态,即全熔熔滴和空心熔滴为研究对象对其冲击铺展过程进行了模拟。基于ABAQUS/EXPLICIT耦合欧拉-拉格朗日(coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)有限元方法,首先针对ABAQUS缺少相变模型,导致使用CEL方法计算熔滴铺展形貌失真的问题,给出了适用的动力黏度随温度变化的经验公式。此外,考虑周围空气对熔滴铺展过程的影响,提出了“两相流(two phase flow,TPF)/流-固耦合(fluid-structure-interaction,FSI)”2.5D模型,对熔滴冲击基板凝固成型及空气卷入的过程进行了模拟,并揭示了2种熔滴铺展形貌存在较大差异的机理,对制备隔热性能更优的热障涂层具有指导意义。

钛合金切削中切屑形态与残余应力的仿真与实验研究

钛合金作为航空工业的常用材料,其加工后的残余应力会严重影响到零件的使用寿命。本文针对钛合金加工建立了基于CEL方法的仿真模型,并搭建正交实验平台测量切屑形态和残余应力来验证模型的有效性。将所提模型与传统的拉格朗日方法和ALE方法进行比较,结果表明CEL方法虽然耗时较长但是预测结果更加准确并且不产生网格畸变,综合性能最优。最后基于所提方法探究不同进给量和刃口半径影响下的切屑形态和加工表面残余应力。结果表明,随着进给量和刃口半径的增大,切屑锯齿化程度和等效切屑厚度增大,表面残余应力随着进给量和刃口半径的增大变得更压。

基于CEL模型的搅拌摩擦焊接7055铝合金仿真模拟

基于耦合的欧拉—拉格朗日(CEL)模型,建立了高可靠性、高精度的搅拌摩擦焊7055铝合金热力耦合计算模型,开展了焊接工艺参数对7055铝合金焊接接头温度、等效应变以及缺陷预测结果的影响规律的研究,并分析和讨论了搅拌摩擦焊试验验证模拟结果的可靠性.7055铝合金搅拌摩擦焊CEL模型预测结果表明,温度和等效塑性应变与转速呈正比,与焊接速度呈反比,这主要与焊接工艺参数影响轴肩与7055铝合金的摩擦生热及材料的流动,使焊接温度和等效塑性应变值发生变化有关.当焊接速度在60-300 mm/min、转速在300-1200 r/min范围内,焊接温度均低于7055铝合金熔点,当焊接速度增加到300 mm/min时,由于产热不足,温度和等效塑性应变均降低,此时在焊接接头处容易产生孔洞缺陷.7055铝合金搅拌摩擦焊试验结果表明,当转速为600 r/min、焊接速度为180 mm/min时,7055铝合金接头组织致密,接头抗拉强度达到489 MPa,断后伸长率为4.0%.当焊接速度提高至300 mm/min时,接头抗拉强度为411 MPa,断后伸长率仅为1.0%.这与产热不足导致接头处结合较差有关,与模拟结果一致.

基于CEL方法对拖锚过程的数值分析

船锚的正常工作关系到船舶的安全运营,锚在底质中运动规律的研究一直吸引着众多学者,由于锚在土中的拖动过程中时刻发生着土的大变形和破坏,涉及到材料非线性、几何非线性及接触非线性等诸多力学问题,通过解析的研究手段很难准确地分析拖锚过程。笔者采用霍尔锚进行了物理模型试验,通过模型试验测试了拖锚过程运动特性和锚的姿态变化,采用耦合的欧拉-拉格朗日方法(CEL)建立了拖锚过程的计算分析模型,对模型试验进行模拟。通过计算得到了拖锚过程中锚的姿态随拖锚距离的变化,给出了锚的入土深度随水平位移的关系,计算结果与试验结果较吻合,验证了该分析方法在分析拖锚问题上的合理性。该方法可用于拖锚过程的研究和相关设计。

考虑软弱夹土层的预应力管桩施工影响因素分析

预应力管桩具有单桩承载力强、适应性强等优势,在越来越多的工程被广泛应用。本研究以河南某产业园实际工程为例,基于有限元软件ABAQUS构建了土体(欧拉体)–桩基(实体)三维数值模型(CEL法),考虑实际工程沉桩过程中预应力管桩不同的桩距及数量,对比分析软弱夹土层应力与桩基沉桩时间的响应规律。研究表明:桩间软弱土层的最大应力呈现出随着桩距的增大而逐渐减少的规律;随着桩的数量增加,在一定程度上增加了桩间软弱土层的最大应力。本研究可为软弱夹土层场地下预应力管桩的施工关键技术提供理论依据。

基于修正Archard模型非连续接触的浮动球密封结构磨损行为研究

针对不连续接触磨损问题,以硬密封浮动球阀中浮动球密封结构为研究对象,将欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)、全局网络重构法(ALE)、修正Archard模型与硬密封条件下的数值计算模型相结合,利用Abaqus子程序UMESHMOTION,实现对非连续接触密封结构的磨损仿真分析,探究流体介质压力、启闭速度及密封面宽度等对密封面磨损特性的影响规律,揭示不连续接触条件下的磨损机制;提出密封结构接触面全局磨损量均值(GWA)的评价方法。结果表明:非连续接触形式下,磨损较大位置出现应力集中;启闭速度和密封面宽度对密封面磨损影响较小;当V_(oc)为2 mm/s时GWA最小;当b_(m)为3.0 mm时GWA最小;流体介质压力对密封面磨损影响较大;非连续接触的磨损机理主要是磨粒磨损和疲劳磨损。研究结果可为不连续接触结构的优化设计提供理论基础和技术支撑。

基于CEL方法的管道内检测器过弯机理分析

针对管道内检测器在管道内运行的通过性问题,采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法,建立了管道内检测器运行的流-固耦合有限元模型,同时采用Mooney-RivLin模型描述皮碗超弹性、非线性行为。研究了双舱段管道内检测器通过弯管道时的复杂力学行为,探索了管道内检测器通过性的动力学响应规律。分析了双节管道内检测器在曲率半径1.5D及3D弯管内的运行情况,同时分析了双舱段管道检测器在管道运行过程中,万向节长度对检测器管内运行角度的影响规律。结果表明:随着万向节设计长度的增加,检测器的轴线夹角最大值呈现先增大后减小的趋势;且在运行过程中,检测器通过的管道曲率越小,万向节角度波动峰值越大,波动的变化率越大。因此,合理设计万向节长度,对检测器运行状态以及检测设备的稳定性具有重要的影响。

地震下方形大断面渡槽水体晃动效应对比分析

随着我国经济的发展,大型渡槽的建设向西部高烈度山区快速推进,渡槽面临着严峻的地震风险。正确模拟渡槽中水体晃动性能,是渡槽抗震性能分析的关键技术难点。依托滇中引水工程中的松林渡槽,本文建立了大断面渡槽结构的精细化有限元模型,通过欧拉-拉格朗日耦合(coupled Eulerian-Lagrangian,简称“CEL”)分析建立了渡槽水体晃动的流固耦合分析模型,同时建立了经典的等效弹簧-质量模型(简称“SM模型”)作为对比,量化两种水体建模方法产生的结果差异。通过对松林渡槽中典型简支跨进行非线性动力时程分析,对比了两种建模方式下,槽身和墩柱混凝土损伤的发展情况,摩擦摆支座的竖向反力,并呈现了CEL分析得到的水体波动情况,阐释了两种分析方法的主要误差来源。在渡槽地震响应分析的基础上,论文建立了槽身的节段模型,研究了CEL方法和等效SM模型在不同槽身加速度和竖向分量下的动力分析结果异同,并提出了等效SM模型的适用范围。

基于微刃效应的不锈钢加工表面残余应力分布研究

针对刀具微刃半径对正交切削AISI 304不锈钢在分段切屑形成时加工表面残余应力分布的影响进行探讨,并在ABAQUS/Explicit中建立耦合欧拉—拉格朗日模型(CEL),分析刀具微刃变化时沿切削速度方向的残余应力分布和切屑形貌的变化,通过不同微刃半径的正交切削实验所得到的表面残余应力和切屑形态验证了数值模型的准确性。结果表明,微刃半径越大,切屑的分割程度越大;由于锯齿状切屑的形成,导致已加工表面的残余应力呈周期性分布,并且振幅随着微刃半径的增加而增加。

自升式平台插/拔桩阻力影响因素数值分析

文中通过建立数值模型,模拟真实工况,研究并讨论了自升式平台插/拔桩阻力的影响因素及机理.首先以Hossian土工离心模型试验为基础,得出土壤实际参数;其次采用CEL分析法,建立ABAQUS插/拔桩数值模型;然后以数值解为依据,讨论插桩阻力与插桩速度、土层强度比、上土层相对厚度的关系;最后研究拔桩阻力与土体弹性模量、桩靴埋深、上拔速度的影响机制.结果表明:插桩阻力与插桩速度、上土层相对厚度呈正相关关系,与土层强度比呈负相关关系;拔桩阻力与土体弹性模量、桩靴埋深、上拔速度呈正相关关系.

基于修正剑桥模型的软黏土中沉桩过程欧拉-拉格朗日耦合模拟分析

利用CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)有限元大变形方法模拟了不排水条件下软黏土中沉桩施工对桩周土体的影响.利用有效应力的方法实现了修正剑桥(MCC)模型Vumat子程序中超孔压的计算,通过与室内土工试验(一维压缩试验和三轴试验)结果对比证明了子程序的可靠性.将修正剑桥模型的Vumat子程序嵌入到Abaqus/Explicit的CEL方法中用于软黏土中沉桩效应的模拟分析.对计算得到的桩周土体流动、水平位移、超孔压、水平应力的分析表明,所采用的考虑孔压的CEL数值分析方法可以较好地模拟软黏土非排水条件下沉桩效应问题.

固体氧化物燃料电池温度特性的T-S模糊建模

固体氧化物燃料电池(SOFC)工作温度对于其输出电特性的性能起着重要的作用。由于电池在电化学反应过程中,温度特性呈现强非线性等特性,采用常规机理建模后难以在该模型的基础上较好地管理温度特性。为此,设计了面向控制的改进型T-S模型的模糊建模方法来解决此难题。实验仿真结果表明该模糊模型能精确拟合温度动态响应的映射特性,为下一步控制算法的实现奠定了良好的基础。

解毒中药复方对实验性2型糖尿病大鼠Th1/Th2型细胞因子调控作用的研究

目的:观察解毒中药复方对实验性2型糖尿病(T2DM)大鼠Th1、Th2型细胞因子的调控影响。方法:采用高热量饲料喂养联合腹腔注射链脲佐菌素(STZ)的方法,建立T2DM大鼠模型。用解毒中药复方按10mL·kg-1·d-1灌胃(C组),并与模型对照组(B组)、二甲双胍组(D组)及正常组(A组)作对照。分别在给药前和给药第12周后检测血糖(FBG)、血清胰岛素(FINS),计算胰岛素敏感性指数(ISI);采用流式细胞仪观察各组动物外周血、脾组织中表达Th1型细胞因子(TNF-α、IFN-γ)和Th2型细胞因子(1L-4、IL-10)抗原的淋巴细胞数百分比。结果:解毒中药复方能显著降低T2DM大鼠FBG、刺激胰岛素分泌而改善ISI的同时,降低外周血淋巴细胞TNF-α的表达(P<0.01),升高外周血淋巴细胞IL-10、脾淋巴细胞IL-4的表达(P<0.01,0.05)。结论:解毒中药复方下调Th1型细胞因子、上调Th2型细胞因子的基因表达,发挥对胰岛β细胞保护作用,是拮抗T2DM的机理之一。

筒型桩靴在饱和砂土中的贯入阻力研究

桩靴贯入阻力的准确预测是自升式钻井平台安全作业的前提。通过小比尺模型试验,研究饱和砂土中桩靴贯入速度对筒型桩靴插桩性能的影响,并基于地基承载力理论提出筒型桩靴贯入阻力的计算方法,进而采用CEL有限元方法模拟筒型桩靴的贯入过程,并与试验结果进行比较。研究发现:当模型试验中桩靴贯入速度在0.1～0.3mm/s时,桩靴的贯入可看作是准静态过程,此时贯入阻力变化不大,采用基于地基承载力理论中的Hansen公式和Vesic公式可较为准确地计算出对应某一深度的贯入阻力;CEL有限元方法可有效模拟筒型桩靴的贯入过程,当桩靴的贯入速度为0.1～0.3mm/s时,数值模拟结果与试验结果吻合较好。

诱导多能干细胞的研究进展及其瓶颈

背景:随着研究的深入,诱导多能干细胞被应用于疾病模型建立、药物筛选和再生医学等多个研究领域,尤其是应用于神经系统疾病的研究。目的:总结诱导多能干细胞目前的进展并结合相关领域的最新研究提出问题和展望。方法:第一作者检索2006年1月至2014年9月Pub Med数据库中有关诱导多能干细胞的相关文献,检索词为"i PS,induced pluripotent stem cell",包括综述、临床研究和基础研究,最终纳入60篇文献。结果与结论:2006年Yamanaka团队的诱导多能干细胞问世至2012年诺贝尔奖的颁发,短短6年间诱导多能干细胞相关的研究不断取得突破。诱导多能干细胞研究在疾病模型、药物筛选和再生医学等方面拥有广阔的前景,目前存在包括重编程方式、细胞稳定性、临床转化等一系列问题亟待解决,仍需进一步研究深化。

易破碎砂土地基中“平底桩”贯入数值模拟分析

桩在贯入砂土地基时所产生的高应力会引起桩周砂土的破碎,在易破碎砂土地基中更为严重。砂土破碎会引起桩基承载力的降低,严重地会导致基础结构物失稳甚至倒塌破坏。针对平底桩贯入易破碎砂土地基所产生的上述问题,引入新近提出的砂土颗粒破碎本构模型,结合耦合欧拉–拉格朗日(CEL)方法在处理大变形计算上的优势,对平底桩贯入过程进行了数值模拟研究。首先,根据Dog’s bay钙质砂的三轴剪切试验结果,确定了砂土破碎模型的模型参数。然后,采用CEL方法对平底桩贯入Dog’s bay钙质砂的离心机试验进行了模拟,模拟结果与试验测量结果吻合,表明所提出的平底桩贯入易破碎砂土地基的模拟方法的有效性和可行性,砂土破碎可明显降低桩基的承载能力。研究结果可为桩基贯入易破碎砂土地基提供设计和施工依据。

海床中落锚问题的模型试验和大变形有限元研究

落锚在海床中的贯入问题既影响着后续的拖锚行为,又对铺设于海底的管道、电缆、隧洞等有着较大的威胁。基于耦合欧拉–拉格朗日大变形有限元方法,建立了关于落锚在黏性土海床上贯入问题的计算模型,考虑了黏土强度与重度随深度的变化,通过与模型试验结果的对比验证了模型的准确性。文章揭示了锚在贯入海床过程中锚的受力、速度及贯入深度等随贯入时间的发展规律,并利用有限元模型分析了土体强度、初始触底速度等参数对落锚贯入问题的影响。

组蛋白去乙酰化酶抑制剂对急性移植物抗宿主病模型小鼠CD4^+CD25^+Foxp3^+细胞的影响

背景:防治移植物抗宿主病,提高移植存活率是异基因造血干细胞移植急待解决的核心问题;因此寻找新的免疫抑制剂成为必要。近期的研究发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂具有免疫调节作用。目的:通过建立小鼠急性移植物抗宿主病模型,观察组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA对小鼠急性移植物抗宿主病的影响及免疫调节作用。方法:选择C57BL/6(H-2b)→BALB/C(H-2d)作为完全异基因移植供、受体建立移植物抗宿主病小鼠模型,移植后3,5,7,9,11 d,治疗组小鼠腹腔注射组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA 35 mg/(kg·次)(0.2 m L),对照组小鼠腹腔注射灭菌水0.2 m L/次,通过流式细胞术、实时定量PCR、病理学等方法,比较两组小鼠的急性移植物抗宿主病临床表现、生存时间及CD4+CD25+Foxp3+细胞百分率。结果与结论:治疗组较对照组小鼠出现急性移植物抗宿主病时间推迟,程度减轻、生存时间延长。治疗组生存率显著高于对照组(P<0.05)。移植后治疗组小鼠外周血CD4+CD25+Foxp3+细胞阳性百分率随时间延长呈逐渐递增趋势;反之对照组小鼠外周血CD4+CD25+Foxp3+细胞阳性百分率随时间延长呈逐渐递减趋势(P<0.05)。提示SAHA可延迟急性移植物抗宿主病的发生,减轻急性移植物抗宿主病的严重程度,以上作用可能是通过提升CD4+CD25+Foxp3+细胞的比例来实现的。

冷喷涂Ti涂层的颗粒变形行为及孔隙分布

在冷喷涂(CS)的沉积过程中,颗粒间结合强度较弱,涂层内普遍存在孔隙和颗粒间边界等缺陷。为研究这些缺陷的形成机制,在不同载流温度下,制备了3种不同粒度分布的Ti金属涂层;根据试验参数,建立随机多颗粒沉积的Coupled Euler-Lagrange(CEL)模型,计算获得了颗粒沉积后的变形情况及涂层内部的孔隙分布规律。结果表明,数值模拟和试验结果吻合良好。碰撞作用导致颗粒的累积呈现方向性,随着速度提高,颗粒的变形增大且内层颗粒受速度影响比外层颗粒更大。在相同参数下,大粒径颗粒沉积获得孔隙尺寸更大,孔隙率更高。在低速情况下,涂层内部的孔隙会相互连通形成孔簇,而随着临界速度比增大,孔隙率降低。

双轴肩搅拌摩擦焊仿真建模中温度相关摩擦系数的计算方法

在搅拌摩擦焊接过程中,工具-工件接触面的摩擦行为直接影响焊缝热输入及材料流动。因此,接触面摩擦系数的准确估算对于搅拌摩擦焊接过程建模是极其关键的。在本文中,针对双轴肩搅拌摩擦焊接过程,提出了一种计算温度相关的摩擦系数的新方法。采用耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL)对双轴肩搅拌摩擦焊焊接铝合金过程进行了建模,同时考虑了接触面的摩擦产热、塑性变形产热及材料流动。将试验获取的接触面温度数据与模型计算得到的接触面温度数据进行匹配。设计了一套反算算法,逐步计算温度相关的接触面摩擦系数。摩擦系数随着焊接温度上升都先缓慢下降后迅速上升再迅速下降,最后缓慢下降逐步接近于零。将计算得到的与温度相关的摩擦系数与以往文献的计算结果做对比,基于修正粘着摩擦理论分析不同方法得到的摩擦系数随温度变化规律的异同。采用本文的摩擦系数建立双轴肩焊接过程的CEL模型,计算得到的接触面温度及截面焊缝形貌都与试验结果相符合。