基于SiCp／6061AI复合材料二维真实微观结构的简化模型

以SiC颗粒增强6061铝基复合材料（SiCp／6061A1）的微观电镜扫描图为基础，建立了含有颗粒真实微观结构的有限元模型，并以此拓展出分别含有圆形、正四边形和正六边形颗粒形状的简化模型。通过使用Abaqus有限元软件以及子模型技术模拟研究了含有不同颗粒形状模型的拉伸性能。研究发现，形状较为圆滑的简化模型（圆形、正六边形），其模拟结果与原始模型出入较大，含有棱角的正四边形模型，其应力-应变曲线与原始模型一致，但应变分布仍有所差异。     

基于SiCp/AZ91D复合材料真实微观结构建立的简化模型

本文基于SiCp/AZ91D复合材料的SEM图建立了具有其真实微观结构特性的有限元模型,并以此为基础再次建立了具有同等颗粒体积分数、分布规律,长宽比为2:1的长方形简化模型。通过对两种模型进行相同的有限元拉伸模拟实验,研究发现,该简化模型对于SiCp/AZ91D复合材料的有限元拉伸实验,能够起到简化建模的作用,其实验数据与原始模型具有很高的相似度。     

催化型微粒捕集器主被动再生性能数值模拟

通过数值模拟和发动机试验验证,建立了催化型微粒捕集器(CPF)的数值模型,引入微粒(PM)催化再生比α用以评价CPF催化剂催化效率,分析研究了CPF进口条件等对催化效率的影响并依据催化效率区间选择催化剂涂覆量大小;分析了3种过滤体孔道形状、壁面渗透率、碳烟渗透率等对CPF压降特性以及主动再生频率的影响;研究了3种物理参数对CPF主动再生最高温度的影响。结果表明:在特定温度范围内,随着初始碳烟量和NO与NO2体积分数比的提高,催化剂催化效率提高;正六边形孔道、高壁面渗透率及高碳烟渗透率情况下,主动再生频率较低;正四边形孔道、高壁面渗透率和低碳烟渗透率情况下主动再生最高温度较低。     

铝合金6061-T6高速切削物理仿真材料本构模型

在分离式Hopkinson压杆实验(SHPB)和准静态压缩实验装置上对铝合金6061-T6进行了高温(20～ 500℃)高应变率(达104/s)下的动、静态力学性能实验,在获得应变强化、应变率强化和热软化效应曲线的基础上,修正了经典的JC(Johnson-Cook)方程,并在仿真模型中验证了所得MJC方程的有效性.研究表明:铝合金6061-T6材料流变应力随应变和应变率的升高而升高,随变形温度升高而降低;提出的JC修正方程较JC方程具有更高的本构关系描述精度;所获得的铝合金6061-T6材料本构方程,为该材料高速切削物理仿真提供了精确的 动、静态材料模型参数.     

板材成形极限的预测研究

将含有变形损伤效应的本构方程引入到Ｍ－Ｋ理论模型，研究了板材变形失稳乱形极限问题。分析了材料参数及屈服函数对板材成形极限的影响，成形限曲线的右半部分曲线随应变硬化指数、应变速率敏感指数、屈服函数形状系数的增大而减小，随材料初始几何缺陷参数的增大而增大，把改进的Ｍ－Ｋ模型应用于有限元模拟程序，分析了材料参数对反材胀形的极限成形高度的影响，模拟结果与实验结果吻合。     

稳定作业下道床动态行为的离散元模拟与试验研究

针对稳定作用下有砟道床的研究.采用具有真实几何形状的簇颗粒模拟道碎,建立简化缩小比1:8稳定作业下道床三维离散元模型,模拟分析不同激振频率作用下道床的宏细观动态行为.建立与轨枕模型同尺寸的试验模型,通过试验与仿真分析中轨枕的沉降量对比验证,确定试验以及构建的轨枕-道床模型的有效性与可靠性.进一步利用该试验分析道砟振动加...     

镁合金双道次热压缩微观组织有限元模拟

将热—力耦合弹塑性有限元方法与微观组织演化模型相集成,通过动态再结晶、亚动态再结晶以及晶粒长大模型相结合,定量分析了镁合金AZ31B在热压缩过程中的晶粒尺寸变化以及再结晶百分数变化。通过AZ31B镁合金圆柱形试样的Gleeble热力模拟试验,获得有限元模拟所需的高温流动应力曲线与再结晶晶粒尺寸,实验数据建立动态再结晶微观组织演化模型,并通过二次开发与有限元模型相集成,通过进行双道次Gleeble热力模拟试验对模拟预测结果进行验证。研究结果表明,部分动态再结晶部分将在压缩道次间发生亚动态再结晶以及晶粒长大,通过模拟得到的数据与实验数据相比较,说明本次模拟是可行的。     

压气机叶片多工步锻造成形过程数值模拟

利用刚粘塑性有限元法,对某重型燃机压气机叶片的多工步锻造过程进行了三维有限元模拟。通过有限元数值模拟,得到了多工步锻造过程中坯料的几何形状变化、温度场和应变场的分布规律以及载荷变化曲线。模拟工艺实验表明,压气机叶片锻造工艺和模具设计合理,数值模拟结果准确可靠。     

客车铰接盘逆向工程和有限元分析

利用关节臂式三坐标测量仪对铰接盘进行扫描测量得到原始云点数据,将其导入CATIA数字化外形编辑模块(DSE),对云点处理得到CATIA三维模型。通过HYPERMESH软件对三维模型网格划分得到有限元模型,再利用ANSYS10.0对有限元分析模型进行加载计算,得到铰接盘各部件的应力、应变响应情况,为整车仿真计算奠定基础。     

考虑涂抹效应的以面和以线代板修正真空预压简化三维有限元模型

为了解决传统真空预压三维模型建立划分单元困难、计算量巨大、排水板宽高比过大从而影响计算精度的问题,基于排水子结构思想,提出简化排水板的以面代板和以线代板单井三维模型,并验证其正确性.将简化排水板单井模型扩展为群井三维模型,结合工程实例进行数值模拟,与实测数据、二维砂墙等效法和传统三维模型进行比较.结果表明:与传统真空预压三维有限元模型的圆形孔压传递形式不同,以面代板和以线代板模型将孔压传递形式简化成矩形.简化排水板三维模型比二维砂墙等效法更接近于实测数据,与传统三维模型计算精度相近,可以满足工程要求.简化排水板三维模型应用排水子结构可以有效降低模型建立和划分难度.将排水板简化成排水面和排水线,能有效解决因排水板尺寸过小而产生单元长宽比过大的问题,且能有效减少模型的单元数量,提高计算效率.     

生物柴油/柴油发动机排放颗粒电镜分析

利用高分辨率透射电镜研究了三缸直喷式柴油机在两种供油提前角和两个工况时,燃用两种比例的生物柴油/柴油混合燃料时产生的颗粒微观结构和尺寸。结果表明,在所研究的条件下,发动机燃料燃烧产生的颗粒由球形的原始粒子构成,且呈现出不同形状,具有分形结构特性;原始粒子具有多层类石墨微晶结构,且存在无序内核区。B0和B20燃料产生的原始粒子的直径分别在25.6～31.3 nm和28.7～40.0 nm之间,燃用生物柴油时产生的颗粒原始粒子平均直径大于柴油。     

玉米秸秆粉料单模孔压缩成型过程有限元分析

为了在有限元分析软件中模拟玉米秸秆粉料,建立了秸秆粉料的D-P材料本构模型,并通过三轴压缩试验确定了秸秆粉料的粘聚力及内摩擦角。在三维建模软件中建立了秸秆粉料和单模孔成型模具的简化分析模型,利用有限元分析软件中的热应力耦合分析来模拟秸秆粉料在模具模孔中被挤压的全过程。根据分析得到的玉米秸秆粉料模型被挤压后的变形及受力的规律,确定了秸秆粉料的变形特点、受力特点和时间-应变关系,并进行了试验验证,为模具的设计提供了依据。     

摆动筛筛分过程的DEM-PMBK耦合仿真优化与试验

摆动筛广泛应用于谷物分级、清选和种子加工等农业生产活动,筛分过程中筛面存在复杂的平面运动。为探明其筛分机理,以摆动筛和大豆籽粒为研究对象,采用虚—实结合法建立筛面边界模型,提出一种基于离散单元法(DEM)与平面多体运动学(PMBK)的摆动筛耦合模型,对大豆籽粒在筛面上的颗粒流和透筛过程进行数值模拟。仿真结果表明,当颗粒直径达到6.91 mm时,颗粒只能通过三角形筛孔模型,直到颗粒直径达到6.96 mm时,颗粒才能通过圆形筛孔模型。对比仿真试验与实际试验筛下物中不同粒径区间(5.60～7.00 mm)籽粒透筛率沿筛面的分布结果,验证本文提出的虚—实结合法建立的筛面边界模型以及基于DEM-PMBK耦合模型的可行性和准确性,为摆动筛的优化设计及相关研究提供参考依据。     

丘陵-平原-湿地复合区降雨径流数值模型

针对丘陵-平原-湿地复合地区降雨径流数值模型较少、而已构建的模型对水文要素空间分布和湿地区水流运动又反映不足,采用格子玻尔兹曼法和有限元法构建丘陵-平原-湿地复合区降雨径流数值模型。在模型构建过程中将复合区分为地势起伏较大的上游丘陵区和下游地势变化较小的平原湿地区。上游丘陵区降雨采用距离平方倒数法计算降雨空间分布、采用格子玻尔兹曼法建立非饱和区土壤水运动模型、利用达西公式建立饱和区水流运动模型、利用格子玻尔兹曼法构建汇流数值模型,进而构建了上游区的降雨径流数值模型。平原湿地区采用基于有限元四边形单元构建了水流运动数值模型。平原湿地区入口边界采用上游区降雨径流数值输出的流量过程,平原湿地区出口边界采用基于格子玻尔兹曼法的汇流模型计算的水位过程。四边形单元有限元求解水流运动方程实现了上、下游区的无缝连接,模型使用比较方便。以挠力河流域为研究对象进行了降雨径流和平坦区水流运动模拟研究,模拟结果良好,说明模型较为可靠。     

起重机伸缩吊臂局部稳定性的有限元分析

针对汽车起重机伸缩吊臂结构局部稳定性难以计算的问题，以ANSYS软件为工具，给出了其有限元法的分析过程。将吊臂截面作为整体考虑．建立了吊臂结构局部稳定性计算的参数化有限元模型和参数优化模型。以矩形截面吊臂为例，计算其临界应力值．所得结果与解析法相吻合。并进一步计算得出了将吊臂截面由矩形演变成六边形时临界应力的提高程度。给出的计算方法适用于任何截面形状的吊臂结构局部稳定性计算。     

基于ABAQUS的金属板料激光冲击成形数值模拟

在激光冲击波加载转换模型的基础上，以有限元分析软件ABAQUS／CAE为平台，对圆形板料进行了直线形轨迹和圆形轨迹多点冲击成形的数值模拟，探索了冲击轨迹、应力分布和板料变形之间的相互关系。数值模拟分析表明，对圆形板料进行多点冲击成形时，选择圆形轨迹是最佳的。根据模拟结果对铝合金板料试样进行了无间隔冲击成形的实验，获得了和数值模拟相同的成形结果，模拟和实验结果一致性较好。     

拖拉机齿轮泵轮齿接触的有限元分析

齿轮泵作为拖拉机上液压系统的加压元件,其工作状态直接影响着拖拉机的工作性能。为此,通过Pro/E参数化建模的方法,构建了齿轮泵轮齿的三维精确模型;利用Pro/E和ANSYS之间的无缝连接接口导入到AN-SYS中,采用solid95单元建立其质量较高的有限元模型,并对其复杂的边界条件进行简化处理,然后对其进行接触非线性有限元分析,得到了齿轮接触应力、应变的分布云图以及最大接触应力,为拖拉机齿轮泵的改进及优化提供依据。     

基于图像处理技术的微灌砂颗粒形状参数分析

微灌砂颗粒的形状特征,直接影响到砂滤层孔隙大小及其分布,从而对滤层过滤效果产生重要影响。为了获取砂颗粒的形状特征,采用计算机图像处理技术,以粒径范围为1.0～1.18、1.18～1.4和1.4～1.7 mm的3种滤层为研究对象,每种滤层选取16粒石英砂作为样本,采用数码相机对砂颗粒样本逐一拍照,利用C语言自编计算机程序,由砂颗粒图像提取了砂颗粒的面积、周长、外接圆半径和内切圆半径等形状系数,以此为基础,计算了砂颗粒等效直径、简化延长指数和布拉斯谢克系数。通过对砂颗粒面积、周长和等效直径等粒径参数的统计分析可知,3种砂滤层砂颗粒大小分布均匀。通过对简化延长指数和布拉斯谢克系数等延性指数的统计分析可知,砂颗粒形状特征比较稳定,总体上颗粒形态呈扁平状,形状接近长轴与短轴比值为3∶2的椭圆形,为砂滤料的选型和加工提供技术参考。     

某打浆机机架有限元分析及优化

为研究打浆机承载机架的可靠性,对机架进行有限元分析。通过应变电测试验,验证了有限元模型与仿真计算的可靠性;通过静力学分析,校核了机架在平稳运输状态下的强度、刚度;对机架的主要组成部件进行了多目标尺寸优化,并依据优化结果进行了改进,改进后的机架在满足强度、刚度要求的前提下减轻了8.07%,同时简化了结构,减少了焊接工序,达到了机架轻量化的目的。     

大尺寸固体颗粒提升过程中管道内的固液两相流动特征

为了研究不同性质的大颗粒固液两相流对深海采矿输送系统的影响,应用商用计算流体力学软件STAR-CCM+中的离散单元法(DEM),对垂直管道内不同工况时的流动特征进行了数值分析.研究结果表明:在输送含有不同粒径颗粒的固液两相流时,颗粒的平均速度随着颗粒直径的增大而下降;随着中间尺寸颗粒(d_p=15.0 mm)体积比的增大,颗粒的平均速度降低,大颗粒的滑移速度降低,小颗粒的滑移速度升高;大颗粒趋向液体速度较低的区域聚集,而小颗粒趋向液体速度较高的区域聚集.在输送含有不同形状颗粒的固液两相流时,当颗粒的形状系数减小时,颗粒的平均速度先降低后增大,颗粒的滑移速度先增加后下降;相比于球形颗粒,形状系数较小的颗粒受到的壁面效应更加严重,更容易在壁面附近发生速度骤降;球形颗粒(颗粒的形状系数为1.0)的平均速度最高,平均滑移速度最低,颗粒速度沿管道径向的分布最为均匀.