发动机一级转子抗鸟撞试验与数值模拟研究

鸟撞发动机在鸟撞事故中最容易造成飞机损坏失事的情况,为了研究发动机一级压气机转子抗鸟撞适航性能,对发动机转子在工作状态下进行鸟撞试验,鸟体质量为1000 g,撞击速度为195 m/s,发动机一级转子转速为8525 r/min;基于显式碰撞动力学分析软件PAM-CRASH建立相应的叶片鸟撞数值计算模型,通过与试验结果的对比来验证本文计算模型的合理性;根据发动机适航条例分析不同工况下发动机一级转子抗鸟撞性能。结果表明:大鸟撞击相比于中鸟鸟群和小鸟鸟群,对于叶片的撞击结果更加恶劣;叶尖位置撞击会引起叶尖部位的大变形,叶根和叶中位置撞击会引起叶片根部较大的集中应力,导致叶片断裂。

数值模拟在单晶高温合金熔模铸造中的应用

由于单晶高温合金消除了晶界这一高温薄弱结构,已成为航空发动机首选的热端部件材料。为了满足航空发动机对推重比和涡轮燃气温度的更高需求,新型单晶高温合金中添加了越来越多的Re、Ru等难熔元素,致使单晶制备过程中缺陷形成倾向显著提高,研制周期和研制成本明显增加,严重限制了单晶高温合金的产业化应用。近年来,随着计算方法和熔模铸造技术的发展,数值模拟在单晶高温合金制备领域中得到了越来越广泛的应用,已成为减少单晶铸造缺陷,获得高质量单晶铸件的重要手段。以商用铸造模拟软件Procast为例,对单晶高温合金定向凝固过程的温度场分布和组织演化进行了分析,综述了数值模拟在单晶熔模铸造研究中的应用现状。首先,介绍了数值模拟中的前处理过程,即几何建模、网格划分等,强调了前处理过程的注意事项。随后,根据已有文献,分析了数值模拟技术在研究温度场和晶粒组织演化过程的作用。最后,指出数值模拟技术在单晶高温合金熔模铸造领域进一步发展需要解决的问题。

铝合金变速箱后壳压铸工艺设计与数值模拟优化

以某汽车变速箱后壳为研究对象,选择合适的压铸工艺参数并设计了浇注系统。应用MAGMAsoft软件对其充型过程、凝固过程进行数值模拟。结果表明,金属液充型过程平稳,但凝固时间顺序不合理,产生缩松缩孔缺陷。根据铸件凝固时间顺序添加冷却系统。通过对优化后的工艺方案进行数值模拟分析、产品试制,最终得到了合理可行的压铸工艺方案,提高了压铸件的产品质量。

行星架铸件成型数值模拟及缺陷精准调控

行星架是采煤机齿轮传动系统中承受转矩、动载的关键传动件,使用中常多发裂纹缺陷而导致报废。基于此,针对采煤机齿轮传动用行星架的铸造工艺方案,利用ProCAST软件研究行星架铸件在充型和凝固过程中的温度场、速度场、凝固固相率及缩松缩孔分布等模拟结果,对铸造方案进行了优化。结果表明,添加明冒口和冷铁后,行星架的缩松缩孔等缺陷得到了有效控制,行星架侧板部分缺陷减少57%以上,柱状部分缺陷完全避免,有效指导了煤机齿轮传动用行星架缩松类缺陷的防治,进而从根本上解决多发裂纹的问题。

高压工业管道焊缝泄漏信号数值模拟

高压工业管道焊缝泄漏信号高精度数值模拟可帮助后期相关信号传感器的设计与研究,保障工业现场安全。分别建立泄漏过程中物质质量、动量和能量守恒方程,通过湍动能和耗散率描述风场环境,分析壁面粗糙程度,利用湍流方程描述湍流形成过程,建立焊缝泄漏模型;将上述模型耦合到FLUENT软件中,确立模拟区域,合理划分线网格与面网格,针对风速入口、泄漏入口、出口和地表设定边界条件,提高模拟结果的合理性。将天然气高压工业管道作为模拟对象,模拟结果显示,泄漏位置的泄漏速度越快,湍流扩散范围越大;距离泄漏点越近的地方,泄漏物质浓度越高,模拟结果和实测结果的误差越小,模拟方法能为泄漏事故解决措施提供合理依据。

钢结构梁柱加固节点框架损伤演化过程数值模拟分析

为研究不同因素对钢结构梁柱加固节点框架演化过程损伤的影响,选择4个钢结构梁柱加固节点框架试件作为实验对象,在其他条件不变基础上,改变试件轴压比、钢盖板厚度以及混凝土强度,用ABAQUS软件对钢结构梁柱加固节点框架进行模拟,观察损伤演化过程的应力云图情况,并对屈服位移与峰值位移进行统计。结果表明:轴压比以及钢盖板厚度对受力性能影响不大,混凝土强度对受力性能影响较大,并且随着混凝土强度的增加,钢结构梁柱加固节点框架的承载力也在增加,在节点框架设计时,应适当增加混凝土强度,提高节点框架承载力。

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。

地铁站应急疏散数值模拟研究

为了提高地铁站的应急疏散效率,进一步保障人员的生命安全,利用数值模拟技术,对地铁站的应急疏散进行研究。通过文献研究和问卷调研,从人和物两方面分析突发火灾事件后影响地铁站应急疏散效率的因素。在Agent模型的基础上,从地铁站应急疏散人群的基本特点、行人的移动规则、人员对障碍物的辨别、人员移动方向、人群的行走速度等多方面入手,建立地铁站的应急疏散模型。以“北京白石桥南站”地铁站为实例,采集模型构建所需真实参数,并利用Pathfinder软件,进行数值仿真,提出建议措施。研究显示:应急疏散模型和Pathfinder软件可以判断部分因素在应急疏散过程中产生的影响。通过对应急疏散过程和结果进行分析,针对“北京白石桥南站”应急疏散预案提出以下建议:(1)适当增加疏散楼梯的通行效率;(2)设置明显的疏散标志并及时广播;(3)设置合理专业的人员进行引导工作,从而提高地铁站应急疏散效率,减少人员伤亡损失。

生态清淤对滆湖水质影响的数值模拟

本研究以滆湖清淤为例,采用MIKE21软件对清淤后滆湖不同区域水质变化进行情景模拟预测。结果表明,清淤的集中区域取水口附近水体中,氮磷削减明显,丰水期削减率最高可达8.15%;部分清淤的北部区域丰水期削减率最高可达7.42%,未进行清淤的南部区域水体中氮磷几乎没有削减。

基于Fluent软件的Keyhole-TIG焊接电弧的数值模拟

以自由燃烧的Keyhole-TIG电弧为研究对象,建立了统一电弧-钨极-阳极的二维轴对称模型。采用Fluent软件对焊接电流为520 A的稳态Keyhole-TIG电弧进行了模拟,以获得电弧的温度、速度、压强和电流密度等物理量及其分布。结果表明:钨极下方电弧的最高温度达36000 K;电弧出现强烈的阴极喷射,高速等离子体产生的动压力是形成小孔的主要原因;由于小孔的泄压作用,阳极表面附近未形成明显的高压区;大部分电流从阳极工件上表面流入钨极,仅19%的电流从小孔中进入;电弧传入小孔的热量占总热量的17%,剩余热量通过阳极上表面进入。

孔隙率对岩石力学性质和能量耗散影响的数值模拟

应用ABAQUS软件对岩石三轴压缩试验进行了模拟。利用python编程脚本,实现单元的随机删除,从而获得不同孔隙率的加载模型。基于实际的三轴压缩试验数据获得的岩石力学参数开展数值模拟,分析在加载过程中岩石呈现的力学性质和能量耗散演化规律。结果表明:①随着孔隙率的增加,弹性模量、峰值应力及其对应的内能和弹性应变能均呈线性递减。②当岩石中的孔隙量较少时,发生剪切破坏,形成一条明显的应变局部化带,峰值应力之后,岩石的应力快速降低,呈现脆性破坏;孔隙较多的岩石,破坏时出现多条应变局部化带,岩石变得更为破碎,峰值强度之后的应力缓慢降低,呈现延性破坏特征。③孔隙率的增加,内能和弹性应变能逐渐减小,达到峰值应力之后,内能和塑性耗散能稳定增长,弹性应变能部分释放,且释放量和释放速度因岩石孔隙量增加而减小,岩石的破坏剧烈程度减弱。④在加载初期因岩石产生弹性变形为主,此时塑性耗散能接近于零,当应力到达一定值时,塑性耗散能缓慢增长,在峰值应力附近,迅速增加直至岩石破坏。

基于ABAQUS软件ELBOW单元的LNG管道有限元模拟

本文运用ABAQUS软件中的ELBOW单元进行LNG管道有限元模拟,并与CAESAR II计算结果对比,最大应力出现在Π型弯下侧弯头处,差值比小于5%,可见ELBOW单元可用于管道应力分析。进一步分析了管道温度对应力的影响,结果表明,温度变化对二次应力和操作应力影响较大,对一次应力无影响。

MODFLOW地下水流模拟软件在引水工程中的应用

为更好地制定滇中引水工程磨盘山隧洞进口段的降排水方案,文章参考通过MODFLOW模拟软件数值模拟其合理性的南水北调南阳白河倒虹吸施工降排水方案,实施前将该模拟成果应用到磨盘山隧洞进口段的降排水方案设计中,通过现场实践为隧洞施工提供了良好的施工条件并已完成开挖掘进和衬砌施工。可为滇中地区引调水工程建设地下降排水施工提供借鉴和实践参考。

数值模拟在我国地质灾害研究中的应用

我国是世界上地质灾害严重的国家之一,地质灾害严重影响了我国经济社会的可持续发展.随着科技进步,基于计算机技术发展的数值模拟在我国地质灾害研究的各个领域得到了广泛应用.以ANSYS软件为例,重点回顾数值模拟技术在滑坡、泥石流、地震和火山地质灾害中的应用,认为数值模拟在未来我国地质灾害研究中将发挥重要作用,建议加大国内相关数值模拟软件和模型的开发力度,以实现高效率的科学研究.

基于PLAXIS 3D的深厚淤泥质土基坑数值模拟分析

以深厚淤泥质土基坑为例,设计方案为“钢板桩+内支撑”支护体系,采用PLAXIS 3D软件建立三维数值模型,通过模拟基坑的开挖过程,研究了淤泥质土基坑支护结构的应力状态和变形情况。结果表明:(1)土体硬化模型能够准确反映淤泥质土的特性,设计采用的“钢板桩+内支撑”支护体系能够满足规范要求;(2)第3道内支撑为施工的关键所在,对控制土体侧向位移有显著影响。

水下管汇入水冲击数值模拟研究

基于ABAQUS软件,采用耦合欧拉-拉格朗日算法(CEL)对水下管汇入水工况中框架响应进行数值模拟。根据管汇框架入水受力特点,选取其局部结构(工字梁)建立入水数值模型,其中工字梁采用壳单元模拟,海水区域采用欧拉网格离散,为模拟管汇质量的影响,采用等效密度方式修正工字梁质量。模拟了工字梁入水过程,计算了关键部位速度和应力时间历程,给出了不同时间点的应力场,讨论了初始速度对最大Mises应力的影响,为管汇框架入水强度分析奠定了基础。

基于GMS软件的某工业园区地下水水质影响的数值模拟预测

以安庆市高新技术产业开发区某厂区为例,基于GMS软件的MODFLOW和MT3DMS模块模拟分析污染物中模拟预测因子(COD、氨氮)在正常工况、非正常工况条件下在地下水中的运移路径、影响范围及浓度分布情况,评估其泄露可能引起的地下水污染风险。结果表明:正常工况下,20年后COD和氨氮在第一含水层最大迁移距离分别为122.6 m和71.3 m,在第一弱透水层最大迁移距离分别为100.1 m和54.3 m;正常工况下,20年后COD和氨氮在第一含水层最大迁移距离分别为194.3 m和159.8 m,在第一弱透水层最大迁移距离分别为179.7 m和146.1 m,均小于污染源与下游方向最敏感点石门湖之间最短距离。因此,在污染泄露得到及时的处理后,对敏感点处地下水环境污染风险低。

基于数值模拟的焊接虚拟仿真实验教学软件设计与实现

针对原有焊接实验教学中存在的不足和现阶段虚拟仿真技术存在的弊端,设计并开发了一款焊接虚拟仿真实验教学软件。该软件围绕焊接传热问题,以数值模拟技术为基础,兼具科学性、功能性、高效性、灵活性和低成本特点。

ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用

为研究铸造工艺对铸件质量的影响,利用计算机进行了铸件的凝固模拟.介绍了有限元软件Pro-CAST的组成模块、功能以及应用,在应用实例中利用ProCAST软件模拟预测了铸件砂铸工艺中产生的宏观缩孔缺陷.研究表明:铸件中存在模拟预测的宏观缩孔缺陷;对浇注系统和冒口设置参数进行了优化,优化后的工艺提高了铸件产量,降低了成本;模拟结果表明,铸造模拟软件ProCAST能够准确地预测铸件在充型凝固过程中可能产生的缺陷.

煤岩裂隙形态对渗流能力影响数值模拟研究

煤岩内发育的裂隙网络是气体运移的主要通道,影响煤储层的渗流能力,裂隙网络的几何特征对煤层气流动特性具有重要影响。以保德区块煤样为研究对象,利用COMSOL Multiphysics模拟软件,建立了煤岩二维裂隙网络模型,研究裂隙长度、密度、开度和角度等因素对产量影响,为提高煤层气产量提供理论指导。研究结果表明:裂隙形态因素影响关系为长度、密度、开度越大,与流动方向夹角越小,煤岩渗流能力越强。但随着长度、密度与开度的增加,流量增幅变缓,继续增加单一因素提高煤层气开采效果不显著且成本难以控制。各因素的增长对出口流量的影响程度中,角度、密度影响效果大于长度和开度。考虑地面定向井+高压水力切割方法提高煤层气开发效率。利用定向井眼和水力缝槽沟通天然裂缝系统,充分利用平行面割理方向渗透率优势;高压水力切割过程中诱导煤层产生裂隙,增加导流通道数量与连通性,有助于提高煤层气产量。