有限元及工程软件课程思政探索及实践

有限元及工程软件是力学及相关专业重要的研究生专业核心课之一,已成为工程设计分析和科学研究中物理过程建模的重要计算工具。在课堂教学过程中加强课程思政,是高校提高人才培养质量的有效途径,对培养具有很强专业素质的“四有”新人具有重要意义。为加强有限元及工程软件的课程思政教学,根据课程内容及特点分析课程思政的必要性,确定课程思政目标,给出课程思政内容的教学设计,使课程内容与课程思政元素有机融合,同时探讨课程思政的教学实践方案,可为专业课程的课程思政教学提供借鉴。

基于Maxwell软件10kW标准型磁力耦合器的有限元分析

研究了10kW标准型磁力耦合器在不同滑差下不同瞬态的性能。利用AnsoftMaxwell软件并依据磁力耦合器样机参数,在三维环境下建立磁力耦合器的有限元模型。对磁力耦合器进行有限元分析,得到磁力耦合器的输出转矩及铜盘内磁场强度、磁密等场量的变化规律。分析结果表明:转矩输出的稳定时刻不随滑差的变化而变化;转矩稳定输出后仍存在波动,但波动值不随滑差的变化而变化;铜盘上的涡流密度与能量损耗随滑差的增大而增大,而铜盘上的磁密、磁场强度与磁场能则随滑差的增大先减小后增大。研究结果对10kW标准型磁力耦合器的设计与改良有很好的指导意义。

二维Maxwell方程组的混合有限元高精度近似

该文研究二维 Maxwell方程组的混合有限元高精度近似 .在均匀矩形网格上 ,采用一阶Nedelec混合元空间 ,有限元解经三次投影插值后 ,在 L2 范数意义下 ,其收敛于精确解的速度由 O(h2 )提高至 O(h4) .

基于有限元自主仿真软件的教学创新研究

随着数字化建设的不断推进,计算机辅助工程(Computer Aided Engineering, CAE)在各领域的应用也愈发广泛,将CAE仿真技术引入课堂,以数字化教学模式培养新时代具有创新能力的复合型人才已经成为教育发展的必然趋势。国外商用有限元仿真软件存在操作烦琐,无仿真基础学生一时难以上手等问题。国产自主开发的有限元仿真软件配有众多应用接口,凭借其操作简单、功能完善等优势脱颖而出,为CAE仿真与课堂教学的结合注入全新的活力。

基于Maxwell2D三相异步电动机有限元仿真方法

通过分析三相异步电动机的工作原理,提出了基于有限元分析软件Maxwell2D对三相异步电动机的仿真建模方法。同时,对三相异步电动机的负载特性进行仿真。通过仿真结果和试验结果的对比,验证了该方法的可行性和可靠性,为今后开发新型电机打下了坚实的基础。

Maxwell方程的高阶间断有限元数值解法

采用高精度方法求解时域Maxwell方程,方程的空间离散采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)领域的高阶间断有限元格式,非定常时间迭代采用四步龙格-库塔格式。为了提高计算效率,本文采用了Quadrature-free implementation和网格分区并行技术。数值结果表明,采用高阶格式的情况下,采用稀疏网格便可以得到高精度数值解。另外由于本文的方法基于非结构网格,因此非常适合计算复杂外形的情况。

基于Maxwell有限元分析的高压输电线路安全距离研究

高压输电线路周围存在着很强的电场,人在其中会产生感生电流,导致不适甚至危及生命,因此确定高压输电线路的安全距离一直受到人们的普遍关注。本文采用Maxwell仿真软件,分别对10kV、35kV、110kV高压输电线路周围电场及人体模型进行有限元分析;生成高压输电线周围电场分布、人体感生电流分布等图形;并进一步对人体在高压电场中位置变化时的感应电压、空间场强变化等数据进行分析,提出安全距离建议。

开源前处理软件到通用有限元求解器的网格文件转换方法研究

有限元分析软件能够对产品进行数值仿真,减少实验次数,降低研发成本,缩短创新设计周期,是工业软件中最核心的部分之一。但是,我国95%以上用户使用国外商业有限元软件,使工业仿真软件求解器成为工业软件“卡脖子”的核心问题之一。其中,网格划分技术是有限元分析软件中的关键技术,它能够将有限元方法的计算区域实现空间离散,以进行后续的有限元求解。但是,目前有限元分析软件的研发主要集中在求解器,网格划分多采用商业软件或开源软件,开源网格划分软件的输出文件格式往往不具备通用性,无法实现与有限元求解器的兼容。因此,研究并实现了一种开源的前处理软件到通用有限元求解器的网格文件转换方法,分析并对比了网格文件和数值求解文件数据组织方式的不同,并实现了统一化、标准化。转换后的网格文件能够兼容主流的商业及开源有限元求解器,为工业仿真软件的自主化探索了可能之路。

基于有限元软件的相变调温面料设计与模拟

相变调温面料是将相变材料与纺织工艺相结合形成的一种可以自动调节温度的纺织品,同时利用有限元技术可以改变传统的设计生产模式。通过有限元软件对相变调温面料的设计流程模拟预测调温面料的调温效果。首先利用AI平面设计软件对图案进行设计,然后通过SolidWorks拉伸操作将其转化为三维模型导入有限元软件中进行模拟仿真分析。同时利用有限元软件模拟不同相变区域面积、不同厚度、不同环境温度下的相变调温面料的调温功能,达到在降低成本的同时为设计人员提供新的设计思路与优化流程的目的。

求解Maxwell方程磁准静态问题的有限元公式

通过分析推导磁准静态问题的Maxwell方程，发现经适当变换，其形式与扩散方程非常相似，可以用简单修改过的求解扩散方程的有限元公式，来求电磁场问题，求解过程大大简化。

基于Python语言和Abaqus软件的轮胎有限元分析结果自动后处理插件的研发

基于Abaqus软件的Python语言二次开发功能,采用录制并修改宏文件的方法,开发了一款轮胎有限元仿真分析结果自动后处理插件,用户只需选择要处理的Odb文件,按照需求指定输出数据,单击OK按钮,数据即自动保存到指定的文件夹中。所开发插件与Abaqus软件无缝连接,用户使用Abaqus软件对轮胎模型仿真分析得到Odb文件后,可直接在Plug-ins菜单下选用插件对数据结果进行整理,实现有限元分析结果的自动后处理,减少了数据提取和整理工作量,缩短了后处理时间,极大地提高了仿真分析效率。本研究成果可推广应用于其他有限元模型仿真结果的自动后处理。

基于Maxwell模型的线性粘弹性波传播问题的质量集中杂交应力有限元法

在用有限元方法解偏微分方程时我们往往需要对质量矩阵求逆.我们对质量矩阵进行质量集中可以将得到的矩阵对角化,大大提高计算效率.本文针对一类求解二维线性粘弹性固体介质波传播问题的全离散杂交应力四边形有限元方法研究其质量集中格式,并利用位移插值节点为求积节点的Gauss-Lobatto数值积分方法来实现质量矩阵的对角化.数值算例验证了该方法的有效性.

基于Ansoft Maxwell的永磁直流空心杯电机有限元分析

永磁直流空心杯电机是空心杯电机的一种,体积小重量轻、转动惯量小、工作效率高、功率密度高,在航空航天及国防军事装备领域得到广泛的应用。以永磁直流空心杯电机为模型,运用Ansoft Maxwell软件搭建仿真模型,进行网格剖分、材料赋予及激励源等设置。求解并分析模型在稳态的磁场分布及瞬态的输出特性,为电机的设计与优化提供参考依据。

基于Maxwell 14.0的永磁同步电动机有限元分析

以三相永磁同步电动机作为分析模型,采用Ansoft/Maxwell有限元分析软件建立了永磁电动机的有限元模型,计算了电机在稳态电磁场以及瞬态电磁场的内部磁场分布规律,为电机的优化设计提供了理论依据。

基于Ansoft Maxwell的鼠笼型三相异步电机有限元分析

鼠笼型异步电机是三相异步电机的一种,结构简单、坚固耐用、运行效率高、价格低廉,在日常生活、工业生产、石油矿石开采、港口码头等众多领域得到广泛应用。以鼠笼型三相异步电机为模型,运用Ansoft Maxwell软件搭建仿真模型,进行网格剖分、赋予材料与激励源等设置,求解并分析模型在静稳态以及瞬态不同时刻的磁场分布,为电机的设计与优化提供参考依据。

基于MAXWELL电涡流阻尼装置的有限元分析

为确保下运带式输送机的安全运行,实现其平稳制动,避免发生飞车、叠带等事故,提出采用电涡流阻尼托辊装置,通过控制其电流的大小来实现制动的调节。简述了电涡流阻尼装置的结构和原理,利用MAXWELL软件的静态场和瞬态场求解器,得到了稳定条件下电涡流阻尼装置的磁感应强度和电涡流密度的分布云图,分析了其分布特点及规律,并计算了电涡流阻尼托辊的阻尼力矩。结果表明,所设计的电涡流阻尼装置在制动时有较好的阻尼效果,有助于保障下运带式输送机的平稳运行。

利用薄层CT技术和Matlab软件辅助建立下颌骨三维有限元模型

目的 :寻求一种更为快捷、精确的全牙列下颌骨三维有限元模型建立方法。方法 :应用薄层CT技术和Matlab软件 ,结合Ansys三维有限元专用软件对 10 6层层厚为 1mm的CT断层影像进行分析处理。结果 :建立了更为精确、应用更为广泛的包含全牙列的下颌骨三维有限元模型。使用Matlab开发一种专门用于BMP图片识别的软件 ,并将所获取数据直接写入Ansys三维有限元软件 ,大大提高了建模效率。结论 :薄层CT技术的应用使得有限元模型的建立更为精确 ,同时Matlab软件的高效识别 ,极大程度提高了建模效率 ,适用于口腔医师对有限元模型的前期处理。

应用Mimics软件辅助重建人体胸廓三维有限元模型的研究

目的建立人体胸廓三维有限元模型,为研究人体胸外按压的临床效果与机制提供生物力学仿真基础。方法获取1例20岁男性胸部CT扫描图像,将断层影像输入到Mimics10.1软件,利用Mimics软件的三维模型重建和有限元网格辅助划分功能,在Ansys软件中建立完整的人体胸廓三维有限元模型。结果完整重现了人体胸廓的复杂形态,建立了包括锁骨、肋骨、脊柱等结构在内的鲜明、直观的人体胸廓三维有限元模型,共1 158 085个节点、736 022个单元,并依据CT图像灰度值将胸廓模型从骨皮质到髓核区分为6种材料性质。结论利用Mimics软件辅助建立的人体胸廓三维有限元模型具有较高的真实性和精确度,能够满足人体胸廓生物力学分析的需要,为下一步人体胸廓有限元模型的分析提供了基础。

ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用

热分析是广泛应用于各个领域的一种分析工具 ,ANSYS作为有限元分析软件在热分析方面具有强大的功能。本文介绍了ANSYS热分析的基本原理、方法 ,综述了ANSYS有限元软件在热分析中的应用现状 。

Deform有限元模拟软件材料数据库的开发与应用

Deform是专业化金属塑性成形有限元模拟软件之一,在金属2D/3D成形加工和热处理工艺的模拟分析方面得到了广泛应用。然而,在Deform自带的材料数据库中缺乏常用合金的数据,迫切需要对其进行完善。在Deform原有材料库的基础上对材料数据库进行二次开发,建立了涵盖常用60种钢、26种高温合金和30种钛合金的材料数据库,实现了材料数据库与Deform有限元模拟软件的无缝集成,完善了Deform材料数据库,并验证了所添加材料的可靠性,从而达到了Deform有限元模拟软件为实际生产提供方便服务的目的。