基于细观各项异性弹塑性理论的变温马氏体相变的数值模拟

马氏体相变是改善钢铁材料力学性能的1种重要途径。本文考虑了晶粒的随机分布(即细观各项异性),在0-1相变模型的基础上,采用热弹塑性有限单元法,以45#细长钢棒的淬火处理为例,进行了变温马氏体相变的数值模拟。     

基于数值方法的农田土壤零通量面的模拟

零通量面能够反映土壤水分运动情况,定量计算土壤水分的入渗和蒸散量。采用Richards方程描述了降雨和蒸发边界条件下的一维土壤水分运移,通过土壤传递函数估算得到Van-Genuchten水分特征曲线参数,借助参数化Hydrus-1D模型计算得到一维土壤空间不同层的土壤含水量和基质势的数值解,并采用田间实测数据对数值解进行了验证,根据不同层的水势梯度和水流通量的值判断零通量面出现位置以及零通量面类型,最后分别设置5个不同的降雨和蒸发强度,模拟分析了土壤零通量面的空间位置和类型。研究结果表明:(1)采用Hydrus-1D可以准确模拟降雨和蒸发条件下的一维土壤水分运移;(2)在降雨和入渗条件下,零通量面位置随之降低;(3)蒸发强度增加时,零通量面上部土水势降低,土壤吸力增大,使其位置上升。结果证明该方法可行,能够模拟零通量面的动态变化。     

重轨淬火温度场数值模拟软件开发

在热处理工艺中淬火是工件性能最不容易控制的部分.为了确定工件淬火后的组织转变及残余应力,必须掌握淬火过程中的工件内部温度随时间变化的分布规律.阐述淬火温度场的计算方法,应用Visual C＋＋开发出一个专用的重轨淬火有限元分析的仿真软件.该仿真界面友好交互,只需要在人机界面上输入相应的参数,包括重轨淬火的加热、保温、冷却时间等,就会后台调用有限元软件对重轨淬火过程进行有限元数值模拟,获得其温度场分布,通过对比分析得到最佳加热时间,并制定出较优的重轨淬火工艺.     

非饱和土壤溶质运移数值模拟的初步研究

应用有限差分法对非饱和土壤中一维溶质运移模型数值求解，模拟了土壤水分运动和溶质运移的动态过程。以实测数据验证了模拟结果的合理性与有效性。为保护数值模拟正确进行，给出确定散步长ｄｘ和ｄｔ的三个准则。     

变形介质承压含水层渗流数值模拟研究

针对变形介质承压含水层完全井的渗流问题,建立了变形介质稳定渗流数学模型,并采用数值方法进行模拟研究。结果表明：在相同的出水量条件下,介质变形系数越大,则含水层水位降深也越大;相同的介质变形系数条件下,随着出水量的增大,含水层水位降深也随之增大。     

静力触探工作特性的参数化大变形弹塑性数值分析

以有限元软件ABAQUS为分析工具,考虑土体剪胀性质和大变形特性,数值模拟静力触探探入后周围土体内的响应,探讨了土体工程特性参数的变化对探头周围土体内各响应的影响.分析结果表明:在相同扩张压力情况下,改变各分析参数的取值,随着弹性模量的增大,径向位移具有减小的趋势,但其改变对应力的影响不明显;剪胀角只对半倍锥径范围内土体的位移和应力产生影响;内摩擦角和黏聚力对位移和应力影响均很显著.     

波浪诱发海床液化的弹塑性数值模拟

波浪作用下海床的液化分析是海底管线、防波堤和海洋平台设计中必须仔细考虑的问题。基于循环弹塑性本构模型和二维广义Biot理论,建立了以土骨架位移和超静孔隙水压力表达的形式的有限元方程,并利用Newmark-逐步积分法求解时域动力方程,对海床在波浪作用下的分析表明,该方法能够较好地模拟波浪诱发海床液化的发展过程,通过变换波浪参数讨论了波浪周期对液化的影响。     

基于FLUENT土壤养分渗流扩散的数值模拟研究

通过模拟降雨装置试验测定了土壤的渗透系数,并借助CFD-PDE耦合,采用离散元软件FLUENT的流体模拟功能研究了磷酸二氢钾溶液在土壤渗流过程中渗流速度和有效扩散系数随土层深度的变化规律。结果表明:在不同水头下渗透系数的变化基本上都呈下降趋势,供试土壤的渗透率随土层深度的增加而降低;磷酸二氢钾溶液在中心点以下0.02 m处的渗流扩散能力最强,且随着土层深度加深和到中心点距离的增加呈辐散性减弱。     

基于FLUENT土壤养分渗流扩散的数值模拟研究

通过模拟降雨装置试验测定了土壤的渗透系数,并借助CFD-PDE耦合,采用离散元软件FLUENT的流体模拟功能研究了磷酸二氢钾溶液在土壤渗流过程中渗流速度和有效扩散系数随土层深度的变化规律.结果表明:在不同水头下渗透系数的变化基本上都呈下降趋势,供试土壤的渗透率随土层深度的增加而降低;磷酸二氢钾溶液在中心点以下0.02 m处的渗流扩散能力最强,且随着土层深度加深和到中心点距离的增加呈辐散性减弱.     

埋地管道杂散电流腐蚀及其数值模拟研究进展

杂散电流具有多源性特征,其腐蚀类型有直流、交流及地电流3种,其腐蚀强度大且集中于局部位置。杂散电流的成因有二：电流泄漏和电位梯度。直流杂散电流腐蚀的本质是电化学腐蚀的电解作用,而交流杂散电流的腐蚀机理有待进一步研究。目前采用的防护手段有：避开杂散电流干扰源、增大接地电阻、排流保护法、电化学方法防护、材料表面改性、加强日常维护和检修。针对杂散电流腐蚀问题的数值计算,目前主要采用有限元法和边界元法,其中边界元法应用更为广泛。当前主要通过现场电位观测法确定杂散电流腐蚀的保护方案,而通过数值计算和模型实验相结合的方式确定最佳保护方案将成为未来的发展趋势。针对土壤介质不均匀的情况,可采用分块边界元法提高计算精度。（表1,图1,参45）     

坐水播种土壤水分入渗的数值模拟

以土壤水动力学为理论基础，对坐水播种土壤水分入渗物理过程进行分析，建立其水分入渗的数学模型，并用有限元方法求解。通过室内入渗试验，检验数学模型的适用性。应用该数值模型，分析了土壤初始含水率、种沟宽度、回土量等因素对水分入渗的影响，并对回土量的选择进行了讨论。     

基于数值模拟的材料力学教学导入法

材料力学是工科专业学生的一门重要专业基础课,教学大纲涵盖大量概念性知识和方法性知识。为了帮助学生在课堂上尽快进入课题情境,笔者借助有限元分析软件,在课题导入时将数值模拟的计算结果展现在学生的眼前,让学生直观看到力学现象、构件受力特点以及破坏形态,有利于启发学生积极思考,顺利进入课题情境。实践证明数值模拟的引入有效提高了课堂授课质量。     

土壤污染耦合模型的有限元模拟及参数反演

【目的】对污染物在土壤环境中的运移分布规律进行模拟,并对模型中的主要参数进行反演。【方法】以土壤中的硝酸盐氮和氨氮为研究对象,建立一维数学耦合模型,用建立的模型对不同时间和不同深度土壤的硝酸盐氮和氨氮含量变化进行分析,并给出其求解的有限元过程。在此基础上,采用微分进化算法对建立的一维耦合模型的多个参数进行反演。【结果】构建了土壤污染一维耦合模型,用该模型对不同时间和不同深度土壤的硝酸盐氮和氨氮含量变化进行分析,结果表明,污染物在土壤中的含量达到一定值后会趋于稳定或降低,说明污染物在土壤中先有一个积累过程,然后有一个释放过程。采用微分进化算法反演得到的一维耦合模型的主要参数值与真值较为接近。【结论】构建的一维耦合模型可以定量地研究污染物在土壤中的运移分布规律;遗传进化反演算法可为土壤水分运动及溶质运移数值模拟提供所需的基本参数。     

显式有限元技术在车身薄壁梁结构件数值模拟中的应用

对汽车碰撞中车身主要吸能构件之一的典型截面的薄壁梁进行了动态仿真．介绍了动态显式有限元技术的基本理论,指出了薄壁梁构件仿真的关键技术,即接触碰撞算法和焊点的模拟,着重讨论了对焊点的处理情况,并在自主开发的程序中完成了整个仿真计算,最后将有限元仿真结果和试验结果进行了比较,可以看出应用该算法能够较好地模拟梁的屈曲变形情况,算法的有效性得以验证。     

挖坑机钻头的有限元分析与试验

为进一步合理设计钻头结构,采取理论与试验相结合的研究方法,对挖坑机钻头进行了挖坑试验和有限元法的静态与动态分析。通过挖坑试验得到2种典型工况下钻头的最大扭矩和铅垂阻力,将试验得到的最大阻力作为外载施加到钻头的三维实体模型上,利用有限元方法对挖坑机钻头进行静力学和模态分析。结果表明:钻头的最大等效应力为111.0 MPa,位于主刀架和主刀的连接螺栓孔内壁上;最大变形位移为0.68 mm,位于主切削刃最外角点。前6阶固有频率振型中,除了体现钻头整体扭转振动的第3阶模态有利于减小阻力及应力集中外,其余5阶振型均不利于钻头的平稳工作,应尽量避免。      

割离井渗流模型的数值解及参数优化研究

以无上、下补给、井内定水位时,均质含水层中的割离井渗流模型为例,求出了割离井渗流模型的有限差分解,并对差分格式中的参数进行了优化;把数值解与解析解进行比较,分析了误差及其产生的原因。     

两种土壤水分动态预测数值方法的应用

本文分别采用有限差分法（ＦＤＭ）和Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元方法（ＦＥＭ）求解非饱和土壤水分运动基本方程,采用ＦＯＲＴＲＡＮ７７语言编制了计算程序,并将计算程序对Ｗａｒｒｉｃｋ等试验状态下的土壤水分动态进行模拟对比,结果显示两程序具有较高精度,总体上ＦＥＭ和ＦＤＭ模拟结果均与试验值具有较好的一致性,但ＦＥＭ结果在湿润峰处较ＦＤＭ结果更接近试验值。表明这两种数值计算方法一般都能满足分析或预测土壤水分运动的要求。     

玉米秸秆饲料除尘筛出物离散元数值模拟参数标定

为提高玉米秸秆饲料除尘过程中离散元数值模拟参数的准确度,采用物理试验与数值模拟相结合的方法对玉米秸秆饲料的筛出物进行离散元数值模拟参数标定。将物理试验测定筛出物中秸秆与尘土的接触参数作为数值模拟参数选择依据,利用Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验确定对数值模拟休止角影响最显著的因素。以物理试验得到的休止角(41.668°)与标准筛除尘率(13.24%)为目标值,对显著性参数进行寻优;应用最优参数组合进行休止角与标准筛除尘率数值模拟,验证标定参数组合数值模拟精确性。结果表明:对数值模拟休止角影响显著的因素为,尘土接触模型JKR表面能、尘土-尘土恢复系数和尘土-尘土滚动摩擦因数;最优参数组合为,尘土接触模型JKR表面能9.052 J/m²、尘土-尘土恢复系数0.52、尘土-尘土滚动摩擦因数0.182。数值模拟休止角与物理试验休止角相对误差为1.26%,标准筛数值模拟除尘率与物理试验除尘率相对误差为7.93%。     

运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.