Analysis Process of Finite Element Method in Heat Transfer through Fabrics

According to heat transfer principle and the process of solving engineering problems by finite element method, examples were given to demonstrate how finite element analysis can be used to describe transient heat transfer through fabrics. Details were given to describe how conduction and convection affect temperature distribution and heat loss during heat transfer processes by taking advantage of the quick calculation of FEA software MSC.Marc. Experimental results show good agreement with the theoretical results.

基于Workbench的齿轮稳态温度场和传动误差分析

基于Workbench建立了齿轮温度场和传动误差有限元分析模型,对不同转速和转矩齿轮温度场、不同转速和不同温度下齿轮传动误差进行了分析。通过Ansys的Workbench对齿轮温度场进行仿真,得到齿轮温度场和齿轮啮合线温度场分布结果;把温度结果作为载荷,通过间接耦合的方法应用于齿轮传动误差仿真研究中,得到齿轮传动误差仿真结果。结果表明,随着齿轮转速和转矩的增加,齿轮温度整体呈现出上升趋势;齿轮转速、转矩分别与齿轮啮合线温度变化量近似呈现出线性关系。齿轮传动误差仿真分析中,随着齿轮转速和温度增加,齿轮传动误差曲线分别上移和下移,但齿轮传动误差曲线峰谷值变化不大;齿轮转速、温度分别与齿轮传动误差变化量近似呈现出线性关系。

横向磁场电励磁磁通切换磁悬浮直线电机温度场有限元分析

研究用于轨道交通的横向磁场电励磁磁通切换磁悬浮直线电机特殊结构下的温升问题,设计冷却系统以保证电机正常运行。分析电机的结构和运行原理,建立了三维稳态温度场数学模型,并推导出边界条件方程。考虑电机各部分热交换的情况,确定各材料的导热系数以及电机不同部分的对流换热系数。通过有限元方法计算出电机的铜损耗与铁损耗,并求出相应的生成热。利用三维有限元法对电机不同工况下的温度场进行计算,得到了电机铁心、电枢、励磁绕组的温度场分布情况。最后,设计冷却系统,比较自然风冷和强制水冷的温度分布,证明该冷却系统装置的可行性和合理性。

高速传动齿轮稳态温度场变化特性分析

以一对高速传动条件下的渐开线圆柱直齿轮为研究对象,基于传热学理论推导出齿轮副稳态温度场的边界条件,计算分析了齿轮啮合线上任意点的摩擦热流密度,结合SolidWorks的三维建模功能和ANSYS的有限元仿真分析功能得到了不同传动参数下的齿轮稳态温度场变化特性图。结果表明,降低转速、转矩会不同程度地降低齿轮本体温度,为降低齿面温升、改善齿面润滑性能和提高齿轮胶合承载能力提供了一定的理论依据。

旋转齿轮瞬时接触应力和温度的分析模拟

建立了高速齿轮传动轮齿瞬时接触温度的分析方法和模型;采用赫兹接触理论和有限元接触分析方法分析了标准渐开线齿廓和齿顶修形齿廓的齿面接触压力;研究了啮合过程中轮齿的相对滑动速度和齿面摩擦因数以及摩擦热流密度的计算方法;建立了轮齿本体温度的有限元温度分析模型;计算了轮齿接触面的瞬时温升;分析了标准和齿顶修形渐开线齿轮的轮齿本体温度和瞬时接触温度及相关因素对它们的影响。

行星齿轮轮齿本体温度场与闪温研究

利用齿轮啮合、摩擦学、传热学、赫兹接触等理论,研究了啮合过程中行星齿轮轮齿接触面的相对滑动速度及齿面摩擦因数的变化规律,推导了行星齿轮轮齿齿面接触应力模型。精确计算了轮齿不同啮合位置的摩擦热流密度以及轮齿端面、轮齿齿面等区域的对流换热系数。建立了轮齿本体温度场有限元分析模型,获得了行星齿轮轮齿稳态温度场。分析了标准齿廓和修形齿廓对接触应力及温度场的影响。在稳态热分析的基础上,采用有限元法进行瞬态热分析,得到了啮合过程中轮齿齿面瞬时温度分布。

板坯结晶器钢水凝固的数值模拟

以实测结晶器铜板温度计算的热流量作边界条件,采用有限元方法,建立了结晶器内凝固传热方程,对凝固传热方程进行了离散化,利用ANSYS商业软件进行求解,得到凝固坯壳的应力、应变情况,从而确定连铸结晶器壁的合理锥度。

轴–径向磁通全超导同步电动机的磁场分析

为了简化传统超导电机的低温冷却系统,提出一种新型轴–径向磁通全超导同步电动机,分析该电机的结构特点和工作原理。利用三维有限元法计算了电机的空载磁场分布,对不同轴向超导励磁绕组下的磁场以及轴向磁路对径向磁路的影响进行分析,分析结果通过空载反电动势实验得到了验证。在样机结构基础上,提出一种新型转子结构方案,分析了2种转子结构下的气隙磁场,并对气隙磁密的谐波含量进行了比较,得出一些有益的结论,为该新型大容量电动机的优化设计和性能分析提供参考。

燃气轮机用人字齿轮副接触应力及稳态热分析

为了获得人字型齿轮副齿面接触应力和本体温度的分布特征,利用参数化设计语言,建立了齿轮副的三维模型,结合传热学、摩擦学及啮合原理,对齿轮副的接触应力场及稳态温度场进行了数值模拟,分析了齿轮副的接触应力、本体温度及啮合齿面热流密度的分布情况。分析结果显示,载荷沿各条接触线的分布具有规律性;摩擦热流密度沿齿高方向呈现出先减小后增大的变化趋势;齿体本身的传导散热作用强于齿顶的对流换热作用。结论表明有限元模拟方法可用于评价此种传动副的传动性能。

基于ANSYS的GMAW温度场计算

根据传热学、流体力学、物理冶金等理论 ,建立了运动电弧下熔化极气体保护焊 (GMAW )的三维非稳态熔池的数学模型。在数学模型的基础上建立了GMAW堆焊的有限元模型 ,并使用通用有限元软件ANSYS对熔池温度场进行了计算 ,在计算的过程对有限元模型进行了非均匀网格划分 ,加入了熔滴对熔池的能量和表面变形的影响 ,采用了双高斯热源叠加的双峰热源分布模型 ,应用有限元生死单元的处理方法。并通过不同工艺参数下的工艺试验的熔宽和熔深的测量值与ANSYS计算值进行了比较 ,熔池的熔宽和熔深的误差均控制在 8%以内。结果表明 ,使用ANSYS和使用双峰分布的热流来计算GMAW温度场均是可靠和可行的。

双渐开线齿轮传动稳态温度场模拟分析

双渐开线齿轮传动是一种新型齿轮传动。融合摩擦学、传热学和齿轮啮合原理,将轮齿之间摩擦接触所释放的热能视为热源,计算出稳态条件下双渐开线齿轮的摩擦热通量和对流系数;利用Ansys有限元软件,对双渐开线齿轮传动进行稳态温度场有限元分析;通过对不同阶梯参数下双渐开线齿轮的温度场仿真计算,得到轮齿最大温度值变化规律。

纺织品热传递有限元分析

根据纺织品热传递的基本原理及有限元方法的求解过程,结合具体实例介绍了有限元方法在纺织品热传递过程中的实际应用,并利用有限元软件模拟热传递过程计算迅速的特点,对影响纺织品热传递的因素进行了系统分析。为了验证理论分析的正确性,在人工气候室进行了相关的实验,发现理论结果与实验数据有良好的相关性。

基于PCB绕组的盘式永磁同步电机温度场分析与冷却方式研究

盘式无铁心电机通常体积比较小,功率密度高。定子绕组采用印制电路板结构(printed circuit board,PCB)的盘式无铁心永磁同步电机,其温升直接影响着PCB基材和永磁体的性能。文中以基于PCB绕组的盘式无铁心永磁同步电机为研究对象,根据传热学原理,建立电机三维温度场计算的数学模型。采用有限元法对电机进行了温度场仿真分析,研究电机的发热以及电机各部件的温度情况。通过与实验数据对比,验证了所建模型的合理性和计算结果的准确性。最后通过增大电机机壳与PCB定子的接触面积研究电机温度的变化,优化了电机温升,为基于PCB绕组的盘式电机冷却方式的研究提供了一些参考依据。

电子芯片冷却用微管道散热器的换热性能分析

在对电子芯片内部冷却用的微管道散热器进行传热性能分析时 ,现有分析方法大都仅能在假设微管道下壁上的热载荷处于均匀分布时适用 .当微管道下壁上的热载荷处于任意分布情况时 ,利用文中设计的有限元分析法可对微管道散热器的传热性能进行分析 .在微管道下壁上的热载荷处于不同的分布情况下 ,利用伽辽金有限元公式计算了微管道散热器中的微管道表面温度分布、流体温度分布及散热器总热阻等 ;通过与现有的分析方法所得结果进行对比 :在对热载荷均匀分布状态下的微管道散热器进行传热性能分析时 ,有限元方法完全可作为CFD(CalculatedFluidDynamics)法的一种替代 ,且使用有限元方法对微管道散热器进行传热分析时的运算更为快捷 .当微管道下壁上的热载荷处于任意非均匀分布状态时 ,利用文中设计的有限元分析法仍可有效地对微管道散热器的传热性能进行分析 ;

塑料斜齿轮与钢制蜗杆传动的热力分析

结合齿轮啮合原理,推导出塑料斜齿轮与钢制蜗杆传动副的啮合方程式.基于MSC.Patran/Nastran建立塑料斜齿轮和钢制蜗杆传动的本体温度场,并对啮合传动副进行有限元结构分析,得到此传动机构热平衡过程中载荷、本体温度和环境温度之间的内在联系.并通过赫兹接触理论验证了有限元分析的正确性.结果表明:在该传动过程中,热源从啮合齿面逐渐扩散到轮齿端面和非工作齿面上,热平衡时啮合齿面上轮齿中部靠近分度圆处温度最高,而轮齿端部温度最低.

双圆弧齿轮传动的有限元热分析

综合利用传热学、摩擦学和齿轮啮合理论,建立双圆弧齿轮热分析计算机模型和有限元模型,运用有限元法,计算在稳定负荷下运转并处于热平衡状态的双圆弧齿轮本体温度和热变形,分析双圆弧齿轮温度场和热变形的变化规律。

轴向磁场调制型永磁磁力齿轮及其电磁性能分析

介绍了新型轴向磁场调制型永磁磁力齿轮的工作机理。根据样机技术指标和设计方案,采用二维动态场的双转动域与三维静态场的时步有限元法计算其电磁性能。与样机试验数据进行比较,验证了样机设计的可行性和合理性,同时验证了有限元算法的准确性。

RV减速器摆线齿轮热分析

为了提高RV(Rotate Vector)减速器的传动能力及传动精度,本文分析了RV减速器中摆线针轮传动部分的传动原理和齿廓形成,计算了摆线轮接触齿面摩擦热流量所需的各种参数,得出啮合接触区域的摩擦热流量及对流边界条件。通过三维建模,并运用有限元软件Ansys Workbench进行分析,得出了摆线轮齿在实际传动过程中的稳态温度场分布,考虑了不同输入功率和接触区条形区域划分数量对实际结果精度产生的影响,得出了最佳的条形区域划分数量为32。为提高机构整体传动精度、避免轮齿胶合、指导轮齿修形等更深入的研究奠定了基础。

一种可适用于瞬态辐射换热问题的蜂窝夹芯壳体有限单元

提出一种三层32结点温度壳单元,对蜂窝夹芯复合材料壳体的瞬态温度场进行了有限元分析。分别假定上下面板与芯层沿厚度方向的温度分布规律,事先近似满足上下表面的热边界条件及层间的温度连续条件,以消减总的自由度数。壳体内外表面可以同时考虑热流、对流及辐射换热边界条件,并通过温度的后处理使芯层温度场也满足层间的热流连续条件,从而进一步提高温度场计算的准确性。两个实例分析验证了所提出单元的可靠性与有效性。

基于有限元数值模拟的超超临界锅炉水冷壁管温度分布研究

现场测试只能得到水冷壁向火侧顶点、背火侧顶点及管内工质温度这3个数据。为研究水冷壁管向火侧整体壁温与这3个点温度的关系,采用有限元数值模拟方法,在ABAQUS软件中建立水冷壁管三维模型,开发自定义传热系数和热负荷子程序,分别研究3个点温度约束与壁面热负荷载荷下水冷壁管温度场分布的差异。发现仅根据3个测试数据无法获得正确的温度场分布,必须提供壁面热负荷数值。借助已有热负荷分布特征,拟合获得了热负荷关于水冷壁管径向距离和向火侧顶点热负荷值的函数,经过试算得到了已知测试温度数据下的壁面热负荷。在该热负荷条件下,计算得到了正确的温度场分布,从而建立了向火侧外壁各点温度与顶点温度的函数。