A Numerical Model Coupling Electromagnetism and Thermomechanics Application to Induction Heating Modeling

A numerical model coupling the various physical phenomena (electromagnetic, thermal and mechanical) taking place in the induction heating process has been developed. The mathematical model and the numerical methods are presented here, along with some results ( electric, thermal and mechanical fields in the workpiece)

Implementation of Heat Treatment Process Simulation with Object-Oriented Method

In this paper, mathematical models and FEA formulation for implementing heat treatment process simulation were given out. The various coupling effects were treated. The object-oriented methodology of developing heat treatment simulation was explored. The framework of simulating programs was outlined. The main C++ classes were developed, some important member functions were implemented. The present research work shows that using object-oriented method can greatly reduce the amount of coding. The programs are clear in conception, easy to test, modify and expand. By using the methodology introduced in this paper, one heat treatment process three dimensional simulation tool was developed.

大体积混凝土低桩承台温度场分布及温度效应研究

为研究大体积混凝土低桩承台早龄期温度场分布规律以及热效应引起的应变演化规律,以太原武宿机场T3航站楼工程中某一低桩承台为研究对象,对承台内部不同位置进行了时长为300 h的温度和应变跟踪监测试验,并采用Midas/FEA进行建模计算,对比分析了观测点温度和应变随时间变化的趋势。结果表明:在浇筑后约51 h内,承台内部处于温升阶段,峰值温度出现在承台中心区域,达54.4℃,此时承台内部最大温差为20.3℃,承台内部压应变急剧增加;51 h后,进入降温阶段,承台内部温度场趋于稳定,承台内部应变场以压应变为主,表面应变逐渐由压变拉,且受外围地基作用沿水平方向自中心至角点区域逐渐减小,最大温度应变为107.5με。现场监测试验数据与有限元计算结果吻合度较高,二者结合可以为大体积混凝土施工提供质量监控保证。

煤炭地下气化通道传热下顶板岩温度和应力研究

针对煤炭地下气化中的顶板岩稳定和气化热利用问题,建立了热—流—固耦合的流场和应力场计算模型,模拟研究了气化通道传热下顶板岩的温度、应力变化。结果表明,燃烧面前的顶板岩升温幅度低于燃烧面后的;随着燃烧面的推进,气化通道周围顶板岩的升温幅度和升温区域增大;高温可大幅增加顶板岩底部的拉应力和剪应力,最大可增加10倍以上;最大拉应力和最大剪应力发生在燃烧面所在的顶板岩底部位置,顶板岩主要发生拉伸破坏。

大型直齿圆柱齿轮局部感应加热过程的数值模拟

大型齿轮的表面局部强化是提高其使用寿命的强化方法之一。应用一种新型感应加热装置对钢板进行局部加热试验,并应用ANSYS APDL对其过程进行数值模拟,验证模型可靠性。在此基础上对大型直齿轮的局部感应加热过程中的温度场及应力场进行模拟仿真求解,对比分析两种加热方案的温度均匀性和应力均匀性。结果表明:此新型感应加热装置对齿轮感应加热效率较高;第5 s时两种方案的温度均匀性分别为92.62%和90.28%;应力均匀性分别为91.78%和97.9%,温度均匀性和热应力均匀性变化趋势不同步。

纤维排布对CFRP感应加热固化成型过程影响表征

在采用电磁感应加热方式实现碳纤维复合材料(CFRP)加热固化成型的过程中,如何准确表征材料各组成部分的属性参数状态对研究材料加热过程中温度、固化度及应力场分布至关重要。根据纤维实际铺层方式对材料各组成部分进行独立表征,以及碳纤维壳体的等效电-磁-热特性建立了CFRP感应加热有限元细观分析模型,将纤维织构和树脂基体单独建立,实现CFRP在感应加热过程中其内部纤维织构中物理场的变化规律以及对材料整体升温变化规律进行系统分析。通过该模型计算了材料温度、固化度及应力场分布的变化规律,揭示了碳纤维排布对材料感应加热效果的影响,并根据感应加热实验验证了该模型可以准确表征各物理场的分布状态。为研究CFRP在感应加热中各物理场变化规律提供了有效的计算模型和分析方法。

不均匀温度场下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空分析

为了解不均匀温度场作用下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空原因,依托高原山区某跨径430 m的钢管混凝土拱桥,进行强辐射、大温差联合作用下拱肋拱顶节段足尺模型试验,分析模型温度场分布,并对该不均匀温度场作用下管内混凝土脱空机理进行研究。结果表明:钢管混凝土拱桥水化阶段和运营阶段径向温度场可简化为多段式折线变化规律。14:00时刻,水化阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)先减小后升高再减小,在距向阳侧界面D/8~3D/8处(D为钢管内径)存在一个大温差面,运营阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)呈先减小后不变再增加的非对称分布规律,从钢管混凝土界面至距其D/8处温度变化大。混凝土水化阶段和运营阶段管内混凝土脱空机理为:在温度场作用下钢管混凝土界面最大纵向应力差分别高达82.6 MPa和61.95 MPa,最大界面径向拉应力分别为0.8 MPa和2.06 MPa,均超过钢管和混凝土间的粘结强度。

选区激光熔化的微流道换热器芯体传热板成型工艺

为解决传统工艺存在的截面形状受限、污染环境等问题,研究采用选区激光熔化技术制备高通量微流道换热器芯体传热板.分析传热板的几何形状、316L不锈钢粉末的材料特性及主要成型工艺参数,采用Altair Inspire软件的Print3D模块对成型过程进行仿真模拟,研究温度场、Mises应力和塑性应变的分布及变化规律.结果表明:熔化成型区温度随着激光的射入和远离发生剧烈变化;由于激光能量在制件内的累积效应,使得后成型区域的温度明显大于先成型区域.Mises应力和塑性应变与换热板的结构和温度场有密切关系,流道位置结构复杂,Mises应力和塑性应变较大;温度越高的区域金属粉末熔化越充分,Mises应力和塑性应变的值越小.

基于ANSYS的零号块大体积混凝土水化热分析

针对大体积混凝土在施工过程中由于水化热引起的开裂及应力超限难题,采用有限元分析方法对箱梁零号块大体积混凝土水化热进行分析研究。以阜淮铁路跨青阜铁路(72+72)m预应力混凝土T构连续梁桥为工程依托,首先利用ANSYS有限元软件建立该桥梁的零号块模型,分别建立有无冷却水管条件下的温度场和应力场有限元模型,并对该零号块浇筑期间的水化热及应力进行分析。结果表明,在无冷却水管条件下,混凝土温度达到60.8233℃,局部最大拉应力到达2.07 MPa,而考虑冷却水管的条件下,温度下降到46.6632℃,局部最大拉应力下降到1.47 MPa,满足工程实际要求。该研究为此类型桥梁的零号块混凝土浇筑施工提供重要参考。

高寒地区低热水泥混凝土拱坝温控防裂方案

高寒地区年平均气温低、昼夜温差大,拱坝易产生温度裂缝,从筑坝材料源头就降低温升,可进一步降低拱坝开裂风险。开展中、低热水泥混凝土拱坝温度场、应力场的对比分析;进行低热水泥混凝土拱坝温控措施优化比选;形成适合高寒地区低热水泥混凝土拱坝的温控防裂方案。结果表明:低热比中热水泥混凝土拱坝最高温度低4.0℃左右,应力最大值低0.7 MPa左右,安全系数从2.48提升到3.65;低热水泥混凝土拱坝可放宽约束区冷却水管间距至1.5 m×1.5 m,强约束区浇筑层厚可从1.5 m放宽至3.0 m,坝体表面流水措施可取消,夏季浇筑温度可放宽至16.0℃,冬季实现常温浇筑;脱离约束区,高温季节5-9月浇筑温度可放宽至18.0℃,层厚对大坝最高温度及应力影响较小,因此可放宽至6.0 m;大坝采用全年永久保温,等效放热系数取β≤3.05 kJ/(m~2·h·℃)。研究结果验证了低热水泥混凝土拱坝抗裂性能的优势,给出高寒地区温控优化措施,实现大坝快速施工,进一步降低了温控和施工成本。

激光植球工艺参数的有限元分析

激光植球工艺作为一种新型工艺,广泛地应用于机械、航天和船舶等领域。然而,由于焊接质量不稳定和焊点一致性差等原因,还需不断地调整工艺参数、改进工艺方法。采用有限元法对焊球模型施加旋转高斯体热源,进行瞬态热分析和静力学分析,研究激光植球过程中激光高度、功率和作用时间对Sn63Pb37焊球在Au/Ni/Cu焊盘的焊点可靠性的影响。通过正交试验简化试验流程,并引入信噪比分析试验数据。结果表明,激光作用时间对焊点温度场与应力场的影响最为显著。同时,还得到3种因素的最佳设计方案。期望对激光植球工艺的改进与优化提供一定的理论支撑。

冻土区桩基温度场分析及温度应力控制研究

以传热学为基础,结合川藏铁路沿线冻土区某桥梁工程实例,确定边界条件与模型计算热力学参数。通过有限元软件建立三维数值模型分析求解,绝热温升的数值模拟计算值与公式理论计算值相吻合,研究了低温环境下桩基浇筑完成后桩土温度场的演化规律,分析并探究了温度应力的成因及其控制措施,以改善桩基的工作性能。结果表明:在混凝土浇筑完成前期,受水泥水化热的影响,桩中心温度明显高于同一深度桩壁温度,桩内外温度差引起温度应力,即在桩表面出现拉应力、桩中心出现压应力;但地面以上桩基部分出现了拉应力大于混凝土允许抗拉强度的状况,为此在桩顶处设置5 d、1℃的保温措施,温度应力明显改善,有效防止了桩基冻裂发生。研究成果可为类似工程设计及施工提供借鉴。

无管冷系统厚壁衬砌的水化热影响

明挖隧道厚壁衬砌大体积混凝土厚度在1.0~1.5 m之间,厚度不同于大跨径桥梁的承台和锚碇,通过研究厚壁衬砌水化热温度场规律,避免其结构产生裂缝。以某1.2 m厚现浇连拱明挖隧道衬砌大体积混凝土为研究对象,通过现场实测温控数据了解其温度场规律,并采用有限元软件Midas Fea进行温度场模拟,结果吻合良好。利用验证后的有限元模型开展应力分析,提出厚壁衬砌无管冷系统温控施工法,通过控制变量进行数值模拟验证其可靠性。结果表明:厚壁衬砌的水化热温度场温度上升快下降慢,结构整体降温速率平均为5.0℃/d,高于2.0℃/d,但不会引起结构裂缝;该施工法能够适用于1.2 m及以下厚度的隧道衬砌施工,对于同等类型的明挖隧道施工具有指导意义。

离合器摩擦片的热-应力耦合分析

离合器是汽车传动系中的重要总成,摩擦片是离合器的重要零件之一,对离合器性能具有很大的影响。为了提高离合器的工作性能,采用有限元技术对离合器摩擦片进行了热-应力耦合分析,基于所建立的离合器接合过程中的热传导物理模型,进行了有限元分析,并得到了热载荷下摩擦片的温度分布以及应力分布情况。实验研究结果表明,该方法对于离合器的使用、设计具有一定的指导作用。

高温胁迫下冷季型草坪草的耐热性评价

对5个典型冷季型草坪草品种在海南进行耐热性试验。在大田高温胁迫环境下，草坪草热害症状最初表现为叶片发生萎蔫，生长率减缓或停滞，但其是否受害却最先反映在叶片灼伤率上，受害最终表现为草坪盖度和根系生长量的下降。叶片灼伤率是判断草坪草早期是否受到热伤害最敏感的指标。耐热性评价结果：Pacer高羊茅Festuca arundinaceacv．Pacer〉Houndog高羊茅F．arundinaceacv．Houndog〉Merit草地早熟禾Poa pratensiscv．Merit〉Derby黑麦草Lolium perennecv．Derby〉Cobra匍匐翦股颖Agrostis palustriscv．Cobra。28-36℃可认为是冷季型草坪草的临界受害温度区间，28～32℃为初始受害温度区间，32～36℃为致死温度区间。

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上,提出水热力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393+950的冻土路基为计算对象,得出了1月份路基温度场、水分场及应力场(变形场)的分布规律:路基温度场内部存在着未冻土核;水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势;在负温条件下,土体的体积含冰量超过临界值时,将产生冻胀现象。研究结果表明,多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中,路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。

柴油机喷油嘴三维有限元热分析

提出了确定柴油机喷油嘴传热边界条件的方法,用该方法建立了某柴油机喷油嘴的传热边界条件,并对喷油器工作时喷油嘴的复杂热负荷进行了三维有限元分析,得出了喷油器工作时喷油嘴的温度场、热变形及热应力。

不同热流加载方式下车轮踏面制动温度和应力场模拟分析

利用有限元软件ANSYS建立车轮三维有限元模型,计算分析移动热源和均布热源2种不同热流密度加载方式下,车轮在连续两次紧急制动下的三维瞬态温度场和应力场。结果表明,采用移动热源法计算的车轮温度场分布更接近于真实的情况,而采用均布热源法更为简便,且计算所得的温度及热应力分布与移动热源法相差很小,因此采用均布热源法计算车轮踏面制动过程的三维瞬态温度场和应力场更加可取。

大体积混凝土施工期的水化热温度场及温度应力研究

针对使用低水化热复合硅酸盐水泥的某船闸底板混凝土,利用ANSYS程序对其温度场及温度应力进行了有限元数值模拟分析,并与中水化热普通硅酸盐水泥进行了比较,为大体积混凝土不出现有害温度裂缝的温控防裂措施提供了依据。

压力锅工作过程中的热分析

对食品器具工作过程中的受热情况进行分析,有利于缩短加热过程中燃气的燃烧时间,减少燃气的排放量,提高食品器具的热效率和安全性能,起到绿色节能的作用。以压力锅作为研究对象,对其加热过程中的热传递情况进行分析,应用有限元分析软件ANSYS对压力锅受热状态下的温度场和热应力场进行计算。根据计算结果,为了提高压力锅的热效率,减少压力锅的热变形,提出压力锅体侧壁可采用导热系数和热膨胀系数均小的材料。