Numerical simulation of interior ballistic process of railgun based on the multi-field coupled model

Railgun launcher design relies on appropriate models. A multi-field coupled model of railgun launcher was presented in this paper. The 3D transient multi-field was composed of electromagnetic field, thermal field and structural field. The magnetic diffusion equations were solved by a finite-element boundary-element coupling method. The thermal diffusion equations and structural equations were solved by a finite element method. A coupled calculation was achieved by the transfer data from the electromagnetic field to the thermal and structural fields. Some characteristics of railgun shot, such as velocity skin effect, melt-wave erosion and magnetic sawing, which are generated under the condition of large-current and high-speed sliding electrical contact, were demonstrated by numerical simulation.

电磁感应热压辊表面温度均匀性优化设计

以线圈内置式的电磁感应热压辊为研究主体,基于电磁场理论和温度场理论,设计了一种有利于提高其温度均匀性的结构,通过在辊内壁安装鼠笼式套筒来分散热源并降低对涡流产生位置的影响,通过在辊体安插导热铜条实现辊体综合热导率的提高并降低辊端与辊中心区的温度差,通过非均匝线圈改变热源位置以使得辊中心区温度均匀性的提高。最后使用Maxwell与Ansys Transient Thermal进行仿真分析,验证了鼠笼式套筒上几乎无涡流产生,并且辊面中心区的温差≤1.58℃、整体加热区域温差<25℃,与优化前相比,整体温差降低146.22℃,优化效果可观,对实际应用和相关技术研究具一定指导意义。

船用特种四芯电缆基本性能仿真

为解决大功率脉冲负载直流配电电缆装船对船舶环境带来的电磁场、热场、机械应力场的影响,文章结合工程项目设计了一种船用特种四芯电缆,针对工程中电缆的实际应用环境,通过建立四芯电缆有限元模型,仿真分析了四芯电缆电磁场、电-热耦合场、电-机械应力耦合场特性,设计了3组试验方案对四芯电缆运行情况进行验证测试。仿真及验证结果表明,文章提出的船用特种四芯电缆结构型式对于利用有限的船舶空间、保证电缆及周围结构乃至整个系统的安全稳定运行有着重大意义。

鼓式制动器瞬态温度场数值模拟计算

依据传热学理论和鼓式制动器的结构特点,分析了鼓式制动器的生热和散热过程,并用有限元法建立了制动鼓瞬态温度场数值模拟计算模型。以EQ1092货车后轮鼓式制动器为研究对象,运用ANSYS软件对其制动鼓在持续制动工况下的温升过程进行了数值模拟计算,得出了制动鼓的温度场的三维分布状况,分析了瞬态温度场的变化情况。经过试验验证,计算结果与实测值误差在20%以内。

螺旋磁场电磁搅拌的数值模拟

建立描述不同磁场搅拌模式下的三维有限元模型,对比研究励磁电流、搅拌频率、搅拌器空间位置对磁感应强度和电磁力的影响规律。结果表明:磁场模拟结果与实测数据吻合良好,磁感应强度随励磁电流的增加呈线性增加;随搅拌频率的增加递减,磁感应强度沿中心轴线的分布表现为"中间大两头小"的特点,在径向铸坯边缘处最大,向中心逐渐衰减。电磁力随励磁电流和搅拌频率的增加而增大,中心轴线上底部电磁力值最大,并沿着轴线方向向上逐渐衰减;半径方向上边缘处的电磁力最大,向铸坯心部方向有小幅度的衰减。不同磁场作用下的计算结果表明:搅拌参数相同时,螺旋磁场具有更强的磁感应强度和电磁力,引起金属熔体沿径向和轴向上更大范围的流动,更有利于改善合金成分分布和凝固组织。

基于电磁-热耦合场的架空输电线路载流量分析与计算

架空输电线路的允许载流量是保证其安全运行的重要参数之一。根据架空输电线路产热和散热的特点,建立了架空导线的磁场-温度场耦合二维有限元分析模型,确定电磁-热耦合场分析的边界条件,求解得到了架空输电导线内部电磁场分布。将得到的焦耳热损耗作为热源耦合至热场模型进行计算,并采用数值迭代法求解得到架空输电导线的允许载流量。此外,基于该仿真模型通过仿真分析得出了不同外部环境因素对架空输电线路载流量的影响规律。该研究成果可以为架空输电线路的热分析和载流量计算提供一定的参考。

基于有限元法的滚珠丝杠传动过程中的温度场和热变形仿真

为减小精密机床进给传动过程中传动发热对机床进给精度的影响,考虑丝杠导程引起表面积变化及螺母移动对温度场的影响,建立滚珠丝杠传动过程中温度场和热变形的数学模型.应用有限元法(Finite Element Method,FEM)对该模型进行数值模拟,得到滚珠丝杠传动过程中温度场的分布规律以及温度对丝杠变形的影响关系.结果可为机床进给传动系统散热结构的设计和丝杠热变形误差补偿设计提供依据.

准噶尔盆地新生代构造应力对石炭纪火山岩构造裂缝发育的控制

构造裂缝的发育对改善储层的储渗条件有着重要的作用,特别是火山岩这种非传统储层,构造裂缝的发育是其成为有效储层的必要条件。本文主要借助构造应力场有限元数值模拟这一成熟的方法对准噶尔盆地石炭纪火山岩构造裂缝的发育状况进行预测。其两个主要的步骤是首先对区域构造应力场进行模拟计算,然后结合岩石的强度指标判断构造裂缝的发育状况。通过对准噶尔盆地地质背景和构造演化的分析,明确了新生代构造应力场的的决定性作用和石炭纪火山岩的分布区域(划分出六个区域),建立了数值模拟的计算模型、确定了边界条件与载荷。通过二维有限元数值模拟(应用Ansys软件)得到了新生代盆地应力场的分布特征和应力值。结合岩石强度指标,对火山岩构造裂缝(张裂缝和剪裂缝)的发育进行了预测并圈出相应的区域,主要为盆地西北缘、中央坳陷中部、滴西1东部,彩参2周缘、大井-将军庙等地区,对石炭纪火山岩的油气勘探战略选区,优化勘探部署具有重要指导意义。

电磁轨道炮三维瞬态涡流场的有限元建模与仿真

本文分析了固体电枢电磁轨道炮的三维瞬态涡流问题,建立了运动坐标下的磁扩散公式,该公式基于准稳态麦克斯韦方程组,用矢量磁位和标量电位作为未知量。在运动坐标下计算含有运动导体的磁扩散问题,可以消除高速情况下的数值不稳定,减少计算量和内存需求。通过施加库仑规范,保证了方程解的唯一性。本文以方膛电磁轨道炮为例,用有限元法和后向差分格式对方程组进行了求解,得到了轨道炮中电流密度的分布,以及电流和电枢速度的变化过程。

基于红外热成像与温度场有限元模拟的混凝土无损检测研究

采用红外热像仪与温度传感器监测设备,对含缺陷的混凝土试件进行了检测。通过试验结合数值分析的手段,建立一种基于红外热成像与温度场有限元模拟的混凝土无损检测技术方法。试验及模拟计算的结果表明,红外热成像法与温度场有限元模拟均能有效地检测出试件中的缺陷,两者相结合能更全面准确的揭示出混凝土内的结构信息。

塔里木盆地大北气田构造应力场解析与数值模拟

构造应力场研究对于塔里木盆地大北气田的开发具有重要理论与现实意义。通过区域断裂与背斜长轴走向、钻井诱导缝走向与井壁坍塌方位分别确定了古、今构造应力场的方向,采用测井资料计算了古、今构造应力场的大小。在此基础上,利用ANSYS有限元分析软件建立了大北气田主体气藏区大北102区块和大北201区块的地质模型,并通过测井资料计算及动静态转换确定岩石力学参数,利用构造应力场解析结果确定边界条件,进行了大北气田古今构造应力场的数值模拟,分析了构造应力场的分布规律以及构造应力场与构造裂缝和产能的关系。结果表明:大北气田古、今水平最大主应力方向分别约NNW336°和NWW305°,应力大小分别具有σH>σh>σv和σH>σv>σh的特征,分别属于Ⅱ类和Ⅲ类地应力;主应力和主差应力在平面上表现为背斜高部位为低值、翼部为高值,纵向上随深度增加而增大;构造裂缝的走向受控于水平最大古构造应力方向,与现今水平最大主应力方向近似平行或呈小角度相交,构造裂缝可沿走向继续延伸,开度也不会因构造挤压作用大幅降低,有效性可得到很好的保存,气藏区构造裂缝发育程度与主差应力的大小呈正相关关系;背斜高点是构造应力的低值区,油气在应力势差和浮力的共同驱动下聚集成藏,其中主差应力较大的井点构造裂缝较发育,无阻流量较高,因此在背斜高点主差应力较大的区域部署井位,有较大概率获得天然气的高产。

感应透热有限元模拟分析

采用有限元分析法和ANSYS软件,引入复矢量磁位,推导了感应加热有限元模拟的数学模型。讨论了感应加热有限元分析中温度场与电磁场耦合、工件材料物理参数温度依赖性等关键技术问题的处理方法。分析了圆柱工件的感应透热过程,得到了坯料内的温度分布状况以及温度随时间的变化规律。结果表明,数值模拟结果与工程实际应用工况基本一致。

基于端部磁场函数的线性感应电磁泵优化建模

针对环形线性感应电磁泵电磁场数值模拟中因计算端部效应而采用较长端部的问题,本文提出了一种采用端部磁场分布函数来确定最佳仿真端部长度的方法。基于建立的环形线性感应电磁泵有限元仿真模型,计算得到了其电磁场和力场分布,分析了不同端部长度对电磁泵电磁性能的影响。结果表明在端部长度大于80 mm后,改变端部长度,环形线性感应电磁泵的性能基本不变。对环形线性感应电磁泵的纵向端部区域磁场进行了数值拟合,建立其端部磁场分布函数,通过反向求解,确定了最佳端部长度为80 mm的数值模型,并最终通过实验验证了该数值模型的准确性。

电磁轨道炮瞬态磁场测量与数值模拟

为研究电磁轨道炮的磁场特性,建立三维瞬态电磁场计算模型,采用时域有限元/边界元耦合方法进行求解,获得了电枢的膛内运动过程,以及电流密度和磁通密度的时空分布,讨论电枢与轨道间的滑动电接触在电流扩散过程中产生的速度趋肤效应。在发射实验中,用B探针测量电枢运动及磁场,分析了发射过程中的瞬态磁场变化特点,与数值模拟结果进行对比,验证了电磁轨道炮三维瞬态电磁场计算模型的有效性。

有限元/边界元耦合法计算电磁轨道炮三维瞬态涡流场

针对电磁轨道炮电磁场计算中的无穷远边界问题,该文提出用时域有限元/边界元耦合算法进行电磁轨道炮的三维瞬态涡流场的数值模拟。涡流场的控制方程由矢量磁位和标量电位描述,用有限元法求解满足磁扩散方程的含有导轨与电枢的导体区域,用边界元法求解满足拉普拉斯方程的导体以外的区域。耦合边界直接划分在导体表面,不需对边界作特殊处理。该方法消除了对导体周围的空气区域的网格剖分,缩小了计算规模,是一种处理电磁轨道炮电磁场问题的有效方法。

铝合金空心管坯电磁铸造中磁场分布的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了铝合金空心管坯电磁铸造中磁场的分布规律·建立了包括水冷芯、外结晶器、铸锭及内/外两个线圈的二维轴对称有限元模型·通过求解磁矢势微分方程,确定了磁感应强度在空间的分布·计算结果表明:铸造过程中内外线圈相互作用,外线圈电流约为内线圈的一半时,磁感应强度分布比较均匀;线圈电流频率和相位是空心管坯电磁铸造中重要的工艺参数,适当增加频率,管的内表面侧磁感应强度明显增强;相位影响磁感应强度梯度的大小和方向·

圆柱形Hall推力器磁场的设计与数值模拟

霍尔(Hall)推力器的磁场设计是提高其性能的关键技术之一。针对传统环形Hall推力器小型化带来的缺点,提出了圆柱形的Hall推力器。简要对比了环形和圆柱形两种推力器,对圆柱形推力器的工作原理、磁场设计的要求以及利用ANSYS有限元软件进行的电磁场数值模拟的结果进行了详细分析。结果表明,圆柱形推力器磁路设计是合理的,另外也证明了用ANSYS有限元软件进行电磁场模拟的可靠性。

激光粉末沉积温度场和应力场的有限元数值模拟

基于激光粉末沉积的特点,建立了激光粉末沉积过程的有限元数学模型和物理模型,使用ANSYS有限元软件对激光粉末沉积过程的温度场和应力场进行模拟,获得了沉积过程中温度和应力在时间和空间的分布和变化规律。采用X射线衍射方法对残余应力进行测试,结果表明数值模拟结果和实验结果相吻合。

一种改进的二维大地电磁场有限元数值模拟方法

目的提出一种改进的有限元算法,解决计算机处理地质资料时编程复杂、存储量大、运算速度慢、模型设计复杂等问题.方法采用有限元法对二维地电模型进行剖分,在计算网格的基本结构上,通过对泛函极值求解过程的分析,得出完全类似于有限差分法中的显式迭代格式.结果实验结果表明利用该方法计算的视电阻率值误差较小,在电场和磁场两种极化模式下有较高的分辨率.结论将迭代法应用于泛函求解过程中,避免了生成刚度矩阵,克服了传统有限元法在二维地电模型应用中存储量大,计算速度慢的缺点.