研磨抛光颗粒流剪切膨胀及力链演变的力学机制

将研磨抛光作为后处理可以提高工件的表面质量,如何将研磨抛光工艺价值最大化是本文首要解决的问题。由于颗粒流润滑既适用于极端环境又具有环保作用,因此本文将颗粒流用于研磨抛光。通过离散单元法建立平行板结构模型,将颗粒流作为第三体填充至摩擦副间隙,将工件表面与刀具作为第一体对颗粒流体系施加法向力和剪切力,对研磨抛光过程进行数值模拟。研究结果表明:单个颗粒剪切膨胀过程可以分为上升阶段、最高点阶段和下降阶段,不同阶段的弱力链方向都偏向于x轴,其中上升阶段强弱力链方向稳定,可提高工件的加工效率以及表面质量。当载荷的较大,会使强弱力链的分布律与承载率稳定,当载荷较大及较小时,剪切膨胀率降低,强力链方向更偏向于x轴。通过本研究,可以将不易检测的力链和剪切膨胀现象进行数值模拟,为研磨抛光条件下使用颗粒流提供了理论基础。

基于离散元的钢-土界面往复剪切特性研究

架空直立式码头结构被越来越多的应用于现代化内河港口建设,码头中所使用的大直径钢护筒嵌岩桩与桩周回填土形成钢-土界面,在船舶系靠等重复荷载作用下,界面的往复剪切行为影响桩基的承载性能。使用颗粒流软件及离散元方法,通过改变接触面的运动方式模拟了钢-土界面往复剪切特性,研究了接触面类型、剪切频率和剪切振幅等对往复剪切特性和界面能量变化的影响。研究结果表明:试样的剪切区域面积、剪切应力分布受接触面类型及粗糙度影响较大;同种类型的接触面,法向应力越大剪切区域面积会随之增大,但剪切区域面积的增加存在上限;剪切应力的主要作用范围在接触面中部,作用范围随着法向应力的增大而增大,剪切效果是几种因素共同作用的结果;在往复剪切运动中,各界面接触面附近孔隙率随时间步长增大不断减小,部分接触面孔隙率呈周期性波动;剪切频率、振幅对接触面附近孔隙率影响不大;边界能中大部分转化为应变能,小部分转化为摩擦能并受界面类型、界面粗糙度等因素的影响。

剪切流下潮流能水平轴水轮机的水动力分析

为研究剪切流下潮流能水平轴水轮机的水动力问题,本文采用叶素动量理论与动态入流模型相结合的方法,考虑相对入流速度的时域变化,计算了不同剪切率下水轮机的各水动力系数,探究了剪切率对潮流能水平轴水轮机的水动力载荷特性的影响规律。经验证,数值模型与CFD模拟结果吻合良好。结果表明:一定范围内,同一速比下,剪切率对时均轴向力系数的影响不明显,对时均功率系数的影响大约以最优速比为分界,高速比时剪切率越大,功率系数越大,低速比时关系不明显;水动力系数的波动周期与叶轮旋转周期存在倍数关系;水动力系数的幅值与剪切率呈近似线性关系。本文可为剪切流下潮流能水平轴水轮机的载荷分析、设计优化提供有效的预报。

基于离散元法的二元颗粒流剪切分离机理分析

为了解决颗粒分离的解释机制众多、尚未完全统一的问题,进一步揭示剪切分离更深刻的机制,采用开源软件LIGGGHTS构建三维离散元剪切模型,分析大颗粒周围的空间排列结构,探讨摩擦力、壁面、尺寸差异、惯性等因素对空间结构变化的影响。结果表明:大颗粒能够向上爬升是在2种机制共同作用下进行的;小颗粒群在竖直方向存在速度梯度,层与层的动量传递发生损耗;大颗粒的尺寸效应体现在对前上方小颗粒动量传递模式的改变,由此产生空隙;大颗粒前期靠挤压上升,空隙的产生是大颗粒上升的充分条件;大颗粒后期在后传递颗粒的旋转传动下,沿着小颗粒表面上升。

基于COMSOL对涂布垫片流体仿真分析研究

为探索锂离子电池涂布垫片流体仿真分析方法,进行结构优化,应用COMSOL软件的流体分析功能对涂布垫片流道进行了流体分析。按照一定的初始条件进行蠕动流分析,通过计算模拟涂布垫片的流道,从流道的流速和压力分布云图以及剪切速率曲线看出涂布垫片流道结果。针对不理想的结果,通过结构优化设计来改善流道流速、压力和剪切速率曲线,然后对优化后的结构再次进行仿真分析。结果表明,优化后流速更顺畅,压力更均匀,剪切速率波动减少,从而证明了优化设计的合理性。

多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析

基于薄壁杆件结构理论,推导出多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流的计算公式,将其应用于钢箱梁剪力流的计算,并与有限元分析结果及已有文献中的计算结果相比较,同时分析了有无悬臂板、悬臂板厚度、梁高、腹板厚度、底板厚度和箱室宽度对腹板剪力流分配的影响。结果表明,所推导的公式具有较高的精度;腹板厚度、悬臂板厚度及箱室宽度为多室薄壁箱梁腹板剪力流分配比的主要敏感参数,梁高与底板厚度为次要敏感参数;在桥梁结构受力分析中,为简化计算而不考虑悬臂板,会降低边腹板的荷载分配比,导致横隔梁的设计安全系数下降。

土壤剥蚀率与水流剪切力关系试验研究

利用稀土元素示踪技术及土槽径流冲刷试验 ,系统研究了不同坡度、不同流量下各断面的土壤剥蚀率和水流剪切力之间的关系。试验结果表明 。

薄壁结构的平面纯剪单元

本文提出一种平面纯剪单元,它是由可变节点三角形与四边形平面应力等参元退化而成.它与三节点等参轴力杆单元组合时可以精确地模拟薄壁结构中杆与蒙皮之间的剪流作用.

地铁致地表振动局部放大现象实测与机理分析

地铁运行引发的地表竖向振动并非单调递减,存在局部放大现象。对上海3处典型的埋置地铁行经场地进行了地表振动实测,实测结果表明,各场地地表振动的衰减曲线均存在局部放大区,第一局部放大区(主放大区)最为显著,位于1倍埋深的振中距(地表与振源投影点距离)附近。基于弹性波场理论,辅以有限元数值模拟,分析主放大区的主要影响因素有:(1)近场体波在地表入射与反射的叠加效应;(2)入射波在场地内的行程差导致的衰减率不同;(3)地铁运行引发的场地弹性波场不均匀分布特征。因素(1)和因素(2)主要作用于剪切波分量以影响主放大区的出现位置,因素(3)对纵波和剪切波均有较大影响,入射波场的剪切波分量较纵波分量越占优,主放大区现象就越显著。

线性剪切来流对方柱绕流特性影响的数值分析

为研究线性剪切来流对方柱绕流特性的影响,将对流出口边界条件引入特征线算子分裂有限元法中,建立了线性剪切来流的方柱绕流数值模型,并采用均匀来流的方柱绕流模拟结果验证了该模型计算方柱绕流问题的可靠性。数值模拟结果表明,剪切参数k对方柱绕流尾部形成的两排涡影响明显,涡脱落在k较大时被抑制,在k≥0.4时涡量最终形成一个类似三角形的区域;驻点随k的增加逐渐向高速侧分离点移动,在k≥0.3时驻点的位置不再发生变化;平均阻力系数在0.2≤k≤0.25时发生较大变化,平均升力系数在k≥0.2时为负。

带有方腔的管道流动流场的有限元数值模拟

利用有限元法对带有容腔的管道流动进行了数值计算 ,获得了管道中和容腔中速度场与涡旋随时间变化及发展规律。模拟结果表明 ,带有容腔的管道流动流场在过渡过程中 ,容腔中的涡旋随时间逐渐增大 ;到达稳定状态时 ,容腔中的涡旋尺寸最大 ,并基本保持不变。为了维持容腔中涡旋的运动 ,必然要消耗管道中主流的能量 ,从而造成整个管道中的能量损失。研究结果对于设计和分析带有容腔管道结构具有一定的实际意义。

大型风力机叶片的剪切强度计算与分析

依据薄壁杆件正应力计算方法和多闭室剖面剪流的理论依据,形成一套用于大型风力机叶片铺层设计的工程算法。该算法可计算各剖面在极限载荷作用下的固有特性和静强度,包括拉伸、压缩强度和面内剪切强度,给出一种用于多材料铺层的厚度折算方法和剪流计算过程。然后对工程算法设计的铺层进行有限元分析,主要校核叶片剖面的剪切强度和相对扭角。通过有限元校核,证明运用该工程算法进行叶片剪切强度计算与分析的合理性和可靠性。

钢框架平端板连接组合节点弯矩-转角关系

端板连接节点是多高层钢框架结构体系中经常采用的梁柱连接形式,当考虑现浇钢筋混凝土楼板的作用并有足够的抗剪连接件时则形成了端板连接组合节点,楼板对组合节点承载力和刚度都有贡献。基于ABAQUS软件建立了考虑楼板组合作用影响的端板连接梁柱组合节点的三维有限元数值分析模型,并分别用有关研究者完成的无楼板钢框架端板节点及考虑楼板作用的组合节点的试验结果对理论模型进行了验证,总体上数值模拟结果和试验结果吻合良好。基于该数值模型进行了平端板连接组合节点力学性能影响因素的参数分析,探讨了楼板、柱腹板加劲肋、楼板配筋率、端板厚度、梁截面高度等参数对组合节点力学性能的影响,在此基础上对欧洲规范建议的弯矩-转角关系模型进行了必要修正,最终提出了可反映楼板作用的平端板连接组合节点弯矩-转角关系实用模型。该模型计算结果与有限元结果吻合良好,可为进一步研究该类节点的设计方法提供参考。

求解曲线箱梁空间振动特性的Cayley-Hamilton传递矩阵法

将传递矩阵法与Cayley-Hamilton定理相结合,以微分方程和矩阵分析理论为基础,提出了一种新的Cayley-Hamilton传递矩阵法。应用该方法,考虑曲线箱梁桥的空间弯曲、剪切、扭转、拉压、翘曲及其相互间的耦合作用,推导了曲线箱梁桥离散模型的振动空间传递矩阵。以某单跨简支曲线箱梁桥为例,采用所推导矩阵,对其进行计算机编程运算,得到该桥梁的自振频率与振型,并与有限元法计算结果相比较,二者吻合良好,表明本文方法有效。

H-V加筋土性状的颗粒流细观模拟

正交水平-竖向(H-V)加筋是一种新型的土工加筋技术,在H-V加筋土中除了有传统的水平筋条外,还在水平筋条上设置了竖向齿筋。结合已完成的加筋土三轴试验,采用基于离散元理论的颗粒流软件(PFC2D)对试验进行了仿真模拟,较好地拟合了H-V加筋砂土三轴试验的应力–应变曲线,并通过观测颗粒的受力情况分析了H-V加筋砂土的受力机理。通过引入颗粒流理论,对H-V加筋砂土试样的剪切带形成进行了细观数值模拟,揭示了H-V加筋土中剪切带产生、扩展的渐进破坏规律。

颗粒流的动力学模型和实验研究进展

首先叙述了颗粒流研究的背景和基本概念,接着概述了颗粒流动力学研究的三种基本数学力学模型:颗粒动理论(kinetic theory)模型、摩擦塑性模型和离散元模拟模型．介绍了它们的基本原理,并分析了各个模型的优缺点和适用范围．随之,对颗粒流的实验研究情况作了简要的介绍,列举了研究中几种常用的试验方法和观测手段,以及观测到的一些典型现象．最后,我们简述了颗粒流研究的主要困难,并提出了某些有待解决的研究课题．

血液三元件阻抗动态测量方法

根据血液的三元件阻抗模型 ,以双频率复阻抗信息为已知量 ,建立了全信息动态计算三元件的实用公式 .为实现上述目标 ,研制了相应的检测系统 ,其组成分两部分 :双频率复阻抗检测装置 ,用于检测幅值及相位的基础量和搏动量 ;可控均匀切变流场发生装置 。

非连续剪切面的剪切过程模拟

在各类边坡工程中,坡体的破坏失稳过程往往就是其内部非连续剪切面的剪切贯通过程,这类剪切面的综合抗剪强度与非连续剪切面的分布状态有关.采用颗粒离散元方法,利用颗粒流模拟软件PFC建立了非连续剪切面的平面环剪模型,并模拟了剪切过程.模拟结果反映出非连续剪切面的综合抗剪能力除了与抗剪强度强弱区比例有关,还与非连续的分布形态有关;剪切过程中的颗粒间接触关系和接触应力的变化反映出剪切面的剪切破坏过程.

冠状动脉对称双路移植管中脉动血流的数值模拟

冠状动脉旁路移植管搭桥术后,常会产生血管再狭窄,导致手术失败。这与移植管的几何结构及血流动力学是密切相关的。作为改进措施,作者提出了采用对称双路搭桥的设想。本文利用有限元分析方法,对冠状动脉搭桥术中对称双路移植管内的生理流动进行了数值仿真。计算了缝合区附近的流场、壁面切应力、压力等血流动力学因素在心动周期内的时空分布情况。计算结果表明,对称双路搭桥具有较好的血流动力学,可以改善血管流场状况和减轻再狭窄发生。这对临床手术计划是很有帮助和指导意义的。

离心机中球形贯入仪贯入黏土特性

目前球形全流贯入被仪广泛应用于岩土离心试验中,以表征软弱黏土土样的抗剪性能。然而,在离心加速度作用下离心机试验中的球贯入仪比现场使用的标准球贯入仪有更大的加载杆与球的面积比a、更大的等效原型直径以及不一样的球-土摩擦系数,从而使得离心机球体会出现不一样的贯入特性,进而导致不一样的土体抗剪承载力校验系数。通过大变形有限元(large deformation finite element,简称LDFE)方法对中国常见离心机球形贯入仪贯入单层黏土进行分析,获得不同几何尺寸和摩擦系数下球形贯入仪的贯入特性。计算结果通过与有关解析解以及其他前人研究结论的对比分析,验证了有限元分析结果的合理性。通过大量参数分析表明,球摩擦系数对空腔的临界深度以及深层破坏深度的影响较小,面积比a对浅层和深层承载力系数以及达到深层破坏深度有显著的影响。根据数值模拟的结果,提出了不同面积比和摩擦系数下的极限间隙深度Hc、浅层和深层临界破坏模式深度Hd、不同摩擦系数和面积比情况下的深层承载力系数和浅层承载力校准系数的计算公式,从而能获得更精确的土体抗剪强度,为离心机中球形贯入仪的应用提供了理论依据。