运用Deform数值模拟的钢锭加热规范的制定

钢锭的加热是大锻件生产的一个重要环节,加热规范的制定长期以来只能依靠经验公式。随着有限元技术的发展,数值模拟技术越来越多地运用于生产实际。借助于有限元软件Deform-3D对八角形钢锭的加热过程进行数值模拟,获得了钢锭加热过程的温度场和应力场。结果表明:钢锭表面与心部温差将出现两次峰值;钢锭内部应力以心部轴向应力为最大,且在整个过程中会出现两次应力峰值。通过正交试验方法探讨了相变期保温温度、相变期保温时间、温度头等对加热总时间的影响规律,得到了最优的钢锭加热规范。

基于Deform数值模拟的环槽铆钉试验研究

环槽铆钉是20世纪40年代由美国人发明,因其优异的性能,20世纪90年代,原铁道部在轨道交通上开始大量使用,并开始国产化。本文基于Deform数值模拟,对环槽铆钉进行了设计及性能验证,并研究分析了铆接接头夹紧力、拉脱力、剪切力及其疲劳性能。

新型犁尖用33MnCrB5钢渗碳过程的DEFORM数值模拟

为了预测和减小犁尖用33MnCrB5钢在渗碳淬火过程中产生的组织和性能缺陷,采用DEFORM软件对33MnCrB5钢渗碳淬火过程进行了模拟,研究了淬火温度场、淬火应力场及淬火相变过程对犁尖形变的影响规律。模拟结果表明,经渗碳-淬火-回火处理后的33MnCrB5钢的渗碳层最高碳含量约为0.97wt%,最大硬度值约为60 HRC,渗碳层深度约为2.3 mm。在淬火冷却过程中,与心部基材相比,犁尖边缘及螺纹孔附近的冷却速度显著增大,导致该部位优先发生马氏体相变而产生体积突变,具体表现为这两位置处产生了最大变形量约为0.3 mm的形变。此外,由于温度变化产生的热应力及马氏体相变产生的组织应力的综合影响,犁尖表层最终表现为拉应力状态,心部表现为压应力状态。本研究可望为解决农业机械用耐磨硼钢渗碳淬火过程的组织缺陷和变形开裂问题提供参考。

随机纤维膜过滤器捕集浮游生物颗粒的DPM数值模拟

目前常用的深海浮游生物取样方法,是采用水泵抽取海水,并通过过滤技术捕捉其中的浮游生物。因此,以浮游生物过滤器为研究对象,通过随机算法建立三维纤维膜微观模型,并基于相似准则对纤维膜模型进行数值模拟研究,同时,采用拉格朗日离散相模型(DPM)追踪浮游生物颗粒在过滤器内的运动轨迹。研究结果表明:入口速度的变化对流场的压力和速度分布有显著影响,随着入口速度增加,流场内部速度差增大,流场中的压力分布出现明显的分层现象,且压力损失随入口速度增大而增大。其孔隙较小的纤维模型具有更好的过滤性能,对浮游生物颗粒的过滤效率基本稳定在80%。

渤海海冰漂移及其动力影响因子数值模拟研究

渤海作为中国重要的海上枢纽,每年冬季均会发生不同程度水位的海冰灾害,严重威胁区域经济健康发展。为研究渤海海域海冰的生长消融与动态分布过程,本文综合考虑潮流、风场、气温等影响因素,建立渤海海冰三维数学模型,对比分析潮流和风场协同作用,不考虑海冰运动,仅风场作用以及仅潮流作用工况下渤海海冰的运动过程。模拟结果表明:潮流的不对称性会造成海冰漂移,仅潮流作用下的海冰漂移具有明显周期性;渤海三个海湾海冰面积在1月25日—3月3日、1月12日—2月20日与1月16日—2月13日呈现明显周期性变化,对应周期为16、17和18 d;三个海湾仅有风作用时与潮流和风协同作用时的海冰面积变化趋势一致;风对海冰分布有重要影响,海冰所受主要风会对其造成同向输送;渤海海域冬季盛行偏北风,促进渤海海冰从近岸向海漂移,当风向一定时,风速变化引起不同厚度海冰的面积变化及质心位置改变;随着风速增大的加剧,东北风向对辽东湾海冰漂移影响最大,西北风向对渤海湾与莱州湾海冰漂移影响最大。本研究丰富了对渤海海冰演变机理与运动过程的科学认知,可为区域灾害防范与应对提供科技支撑。

组合-填充药型罩成型及侵彻靶板数值模拟

针对聚能射流侵彻披挂爆炸反应装甲坦克顶部装甲的高效毁伤问题,提出了一种新型的组合-填充药型罩结构。采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对射流形成和侵彻靶板过程进行了数值模拟,并分析了填充物材料和起爆方式对射流成型的影响以及炸高对侵彻性能的影响。研究结果表明:所提出的组合-填充药型罩可以形成首尾相连的两级串联射流,填充物采用铝和特氟龙时射流成型效果较好,但铝成型更加稳定;点环起爆形成的射流动能比单独点起爆形成的前级射流动能提高67.06%,后级射流动能提高29.51%;在炸高区间为2~6 CD(装药直径)时,成型射流均可以侵彻披挂爆炸反应装甲的坦克顶甲,并保持一定的剩余头部速度,且最佳炸高为5 CD。本研究对反披挂爆炸反应装甲坦克顶甲的新结构药型罩设计具有参考意义。

复杂地质条件下隧道地质雷达与数值模拟研究

文章探讨了地质雷达在复杂地质条件下隧道勘探中的应用。对复杂地质条件对隧道施工的影响进行了分析,重点介绍了地质雷达在隧道地质勘探中的关键作用,以及数值模拟技术在解决复杂地质问题中的优势。在理论层面,着重阐述了地质雷达的基本原理以及数据处理方法,并通过运用gprMax软件设计实验,研究尺寸因素对目标体的影响。结合湖南永州紫金山3号隧道工程项目的案例,使用地质雷达采集数据并验证了数值模拟的结果。在这一实例中,有效地应用了地质雷达技术,预测了隧道掘进面前的断层破碎区及其断层位移,这为工程操作提供了重要的指引和帮助。这些发现不仅深化了大家对地质雷达在隧道勘探中应用的认识,同时也为复杂地质环境下的隧道工程施工提供了实际可行的预警和探测手段。

孔内多分段掏槽爆破数值模拟及实验研究

针对传统煤矿巷道掏槽爆破成本高、炮孔利用率低等问题,提出了一种孔内多分段掏槽爆破技术。通过采用ANSYS/AUTODYN数值模拟软件建立直眼掏槽、楔形掏槽和孔内多分段掏槽3组仿真模型,结合SPH算法进行仿真计算,对比分析了不同掏槽爆破模型的进尺效果,并针对孔内多分段掏槽爆破方法进行了现场缩比实验。研究表明:孔内多分段掏槽爆破模型理论上具有改善掘进面掏槽区自由面形态、破除岩石夹制力、增强爆破作用力等多种优点;仿真结果显示孔内多分段掏槽模型炮孔利用率可达97%,高于直眼掏槽和楔形掏槽;现场缩比实验结果表明,孔内多分段掏槽爆破进尺效果良好,最高可达100%,充分证明了孔内多分段掏槽爆破技术的优越性。

基于FLAC^(3D)的高抽巷围岩稳定性数值模拟分析

为提高高抽巷的稳定性,本文采用数值模拟的手段分析了S1302高抽巷在开挖过程中的支承压力分布规律,采用分段掘进的方法共计掘进了3次。研究结果表明,高抽巷在开挖过程中,左右两侧的侧向支承压力分布特征并不相同。在靠近实体煤一侧,侧向支承压力随距离增加逐渐缩小。在靠近回风平巷一侧,侧向支承压力随距离增加迅速下降,当超过S1302回风平巷影响范围后,侧向支承压力逐渐增加至原岩应力,然后保持不变。

高河能源掘进工作面产尘机理及运移规律数值模拟研究

高河能源公司掘进工作面产尘强度大且回采深度逐年增加,在空气流场的作用下,常规治尘措施难以对粉尘进行有效拦截。为此,对掘进工作面产尘机理及运移规律开展数值模拟研究。首先,开展现场掘进过程压入式、抽出式风量测试,随后建立掘进工作面DPM模型,构建掘进面物理模型,得到巷道中粉尘浓度分布与粒径分布特性。最后开展掘进过程粉尘浓度分布测试。试验结果表明:掘进机司机位置处总尘浓度最高值、平均浓度、呼尘浓度最高值、平均浓度;转载机位置总尘、呼尘浓度的平均值;控风风筒后方总尘、呼尘浓度的平均值,经与数值模拟结果与现场实测结果对比,模拟精度大于85%,与现场情况基本一致。

UUV水下动态布放回收流体动力性能数值模拟

UUV与水下对接装置对接的过程中存在双体干扰问题,非线性特征强烈。为了探明UUV在对接过程中流体动力随着对接姿态以及运动距离变化规律,本文借助Fluent软件中的动网格技术开展非定常工况下UUV动态回收过程的数值模拟研究。系统分析UUV运动速度、运动姿态(主要是攻角)对其流体动力性能以及流场结构的影响。本文研究成果可为后续样机试验提供技术指导和理论支撑。

基于数值模拟的澄通感潮河段水源地预警站设置研究

针对突发性水污染事件可能严重影响水源地取水,而现有研究针对感潮河段水源地预警站的确定方法尚无系统论述的问题,基于长江澄通感潮河段水动力-水质耦合数学模型,在厘清径潮共同作用下该河段污染物扩散输运规律的基础上,初步确定了长青沙和狼山水源地的预警站位置和数量;结合影响水源地的潜在污染源分布特征和污染物累积特征对预警站进行了空间校核,利用预警响应时效性对预警站进行了时间校核,最终确定了两水源地上下游共4个预警站的位置;基于预警站位置水质与水源地位置水质的相关性确定了长青沙和狼山水源地的应急响应方案,并给出了苯酚泄漏的风险响应限值。

露天爆破中炸药单耗对岩石破碎块度的数值模拟研究

露天爆破中岩石破碎块度是钻爆、铲装、运输及后续工艺等综合成本的主要衡量标准,炸药单耗是其主要影响因素,而炸药单耗对破碎块度的研究一般采用爆破模型试验,但其存在成本高、试验结果误差大等缺点.为了优化炸药单耗来降低爆堆的大块率、平均块度,并预测实际工程块度,在爆炸破岩理论基础上,运用基础力学测试设备对模型材料进行了单轴抗压、弹性模量、断裂韧度等测试,标定RHT本构模型参数,通过LS-DYNA数值仿真软件和粒子流算法(SPH)构建了三维露天台阶爆破数值仿真模型,首次对爆破破岩数值模拟结果实现块度精准统计,并对爆破破岩块度随炸药单耗的变化规律开展了系统研究.研究结果表明:炸药单耗在0.23~0.79 kg·m^(-3)范围内,岩块最大尺寸均小于240 mm,其变化区域分为240、220、140 mm三个最大块度相近区和240~220 mm、220~140 mm两个明显下降区;随单耗增加,均匀性指数n呈波浪式减小,分形维数D与n的变化趋势相反,平均块度尺寸呈现先快速下降后缓慢变化的趋势;炸药单耗的块度分布拟合曲线采用G–G–S函数拟合,相关系数均在0.91~0.97间,其变化规律验证了通过SPH法来模拟岩石爆破和岩石破碎块度统计方法的可行性和准确性.研究结果对爆破破碎块度分布规律的完善及块度控制工程具有一定的意义.

多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳寿命试验及数值模拟

为研究多尺度聚丙烯纤维混凝土的弯曲疲劳性能,开展基准混凝土、聚丙烯粗纤维混凝土及多尺度聚丙烯纤维混凝土的静载试验及不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的弯曲疲劳试验,建立弯曲疲劳寿命方程,并结合ABAQUS与FE-SAFE软件建立纤维混凝土梁的三点弯曲疲劳有限元模型。结果表明:聚丙烯纤维的掺入,尤其是多尺度聚丙烯纤维混掺显著增强了混凝土基体的抗折、抗疲劳性能。双对数lgS-lgN疲劳方程能够较好地描述多尺度聚丙烯纤维混凝土的应力水平与疲劳寿命的相关性,使用lgS-lgN疲劳方程计算得到200万次循环荷载作用下多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度最高,为3.91 MPa。三组试件疲劳寿命的数值模型预测值均介于实测疲劳寿命的最大值与最小值之间,并接近于疲劳寿命平均值,该模型为多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命预测提供了理论依据。

基于DEFORM-3D的支撑销冷挤压成形数值模拟

采用冷挤压工艺成形支撑销,相对于传统切削加工方法,可降低能耗、提高工效。基于刚塑性有限元法,采用DEFORM-3D对支撑销冷挤压成形过程进行了数值模拟,揭示其变形过程中的金属流动规律,分析了速度场、应力应变场和凸模行程载荷曲线的特点,研究了挤压速度对支撑销挤压成形过程的影响规律。结果表明,支撑销的冷挤压成形过程可分为3个阶段:镦粗变形阶段、型腔填充阶段和最终成形阶段;支撑销两凸缘处变形较剧烈,应力最大;凸模运动速度越快,凸模受到的载荷越大。模拟结果表明,冷挤压成形支撑销工艺方案是可行的。

杀爆战斗部破碎形态及破片飞散特性数值模拟研究

针对战斗部威力与毁伤效能评估需求,采用FEM和SPH方法基于相同的结构尺寸和材料参数构建了某型杀爆战斗部的数值模型,研究了杀爆战斗部的弹体破碎形态及破片飞散速度沿轴线分布规律,同时对爆炸能量在各物质之间的传递及分配情况进行了计算。研究结果表明:SPH方法可以较好的模拟弹体裂纹扩展和破片生成,但在破片初速计算上,SPH方法忽略了爆轰产物加载过程,而FEM方法无法计算破片速度牵连作用,两者与试验结果相比分别偏低4.4%和7.5%,SPH方法可以更加准确反映爆炸能量在各物质之间的传递及分配规律,其中破片动能占爆炸总能量的36%,壳体拉伸、断裂的塑性变形能占爆炸总能量的5.7%。

3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能数值模拟研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能,基于3D打印混凝土永久模板叠合柱及同尺寸整体现浇对照柱试验建立构件数值模型,模拟分析其轴压荷载-位移响应及失效形态。针对界面粘结性能、现浇混凝土抗压强度、打印模板厚度、荷载偏心距等参数开展3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能计算分析,研究表明:叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度及现浇混凝土抗压强度的增大而增大。由于打印材料的抗压强度高于现浇混凝土,叠合柱抗压极限承载力提升率与打印模板厚度呈近似线性关系,叠合圆柱的抗压极限承载力随着荷载偏心距的增大而降低,呈近似线性负相关。此外,偏心距对叠合圆柱极限承载力下降幅度的影响大于现浇圆柱。

罗家寨气田CO_(2)地质封存数值模拟研究

基于罗家寨嘉陵江组建立三维地质模型,利用FLAC3D-TOUGHREACT模拟评估了CO_(2)注入地层后的地质压力、储层物性变化和CO_(2)运移规律等。结果表明,在CO_(2)注入的10年间,CO_(2)的注入提高了整个地层压力,高压场以注入井为中心呈现梯度递减向四周扩大。储层的孔渗性随着CO_(2)的注入逐渐增大,而盖层物性未发生明显变化。CO_(2)羽流主要在中间储层中运移,未突破上下盖层。此外,通过模拟研究发现嘉陵江组的CO_(2)总封存量为3.211×10^(7)kg。结果说明嘉陵江组所选层位可有效封存CO_(2)。

库车坳陷西部阿瓦特—博孜地区构造变形差异及数值模拟分析

库车坳陷西部的阿瓦特-博孜地区位于构造挤压转换区,沿走向构造变形差异显著。本文基于最新的三维地震资料和离散元数值模拟方法,对该区域进行了精细的地质建模,模拟了其形成演化过程,讨论了差异变形的控制因素。阿瓦特地区盐下沿克深断裂远距离逆冲推覆,形成上下叠置的两套沿侏罗系煤层滑脱的逆冲体系;盐上发育厚度较小的阿瓦特凹陷;盐构造以不整合型为主。博孜地区盐下在克深断裂以北为高角度基底卷入变形,以南为沿煤层的滑脱,整体为楔形叠瓦冲断构造;盐上发育厚度巨大的拜城凹陷;盐构造以整合型为主。模拟结果表明,温宿古隆起限制了中生界至古近系的沉积范围,阻碍了变形的向前传递,是造成阿瓦特-博孜地区变形差异性的最主要原因。先存盐底辟构造和南天山的差异挤压作用对该区域的差异变形也具有一定的控制作用。综合地震剖面解释和数值模拟结果的演化过程表明,该区域构造活动具有由弱到强的变化趋势,构造变形开始于早中新世吉迪克组沉积时期,在上新世早期康村组沉积之后发生显著的构造加速事件。

基于DEFORM 2D的纯铜管热挤压过程的数值模拟

通过二维建模软件建立管材立式挤压模型,采用DEFORM2D大型有限元数值模拟软件进行纯铜管热挤压过程的数值模拟,获得了不同挤压速度下变形材料内部的温度场、应力场、应变场及应变速率场的变化规律。分析结果表明,随着挤压速度的提高,变形材料内部的温升和等效应变速率明显提高;等效应力是先提高,而在高速挤压时又下降;等效应变则无明显变化。