基于相似理论解决水轮机转轮数值分析困难的方法

为解决水轮机转轮在数值模拟过程中存在单元数量大、增量步多的困难,以相似理论为基础,提出基于温度场完全相似的虚拟模拟件的概念,同时结合利用热传导理论得到的表征模拟件与实际结构之间焊接残余应力差异的应力修正系数,推导出模拟件与实际结构之间焊接残余应力的对应关系。对尺寸比例系数是1.5:1的转轮实体与模拟件的焊接残余应力场进行数值分析。结果表明,转轮模拟件沿叶片出水边上的焊接残余应力分布规律与转轮实体基本相同,且转轮实体与模拟件在叶片出水边的焊缝附近对应位置的残余应力比值与基于相似理论得到的转轮实体与模拟件的焊接残余应力比值的误差在10%以内。这充分说明基于相似理论建立的转轮模拟件可以代替转轮实体进行数值分析,从而解决了转轮实体在模拟过程中存在的问题。     

机床导轨爬行问题的研究

文中提出运用相似理论研究导轨爬行问题，通过量纲分析法导出了表征爬行现象的相似准则方程，并通过实例对准则关系曲线进行了验证和推广。     

运用相似理论研究机床导轨爬行问题

文中提出运用相似理论研究导轨爬行问题，通过量纲分析法导出了表征爬行现象的相似准则方程，并通过实例对准则关系曲线进行了验证和推广。     

高能流密度面齿轮传动相似试验机理研究

高速重载工况下的面齿轮测试对试验台的性能要求很高,为了简化试验条件并降低试验成本,基于相似理论并采用量纲分析法推导出了面齿轮齿根弯曲应力和振动加速度的相似准则。通过试验测得相似工况下面齿轮的齿根弯曲应力和振动加速度,利用相似准则建立的面齿轮原型与相似模型参数的相似缩比关系估测实际高速重载下的弯曲应力及振动加速度,实现了高速重载面齿轮强度和动态性能的预测。     

风力发电机主轴轴承等效寿命模型相似准则研究

为节约试验成本的同时又保证准确合理地研究风力发电机主轴轴承的可靠性性能,提出了针对尺寸等比例缩小模型进行寿命试验的相似准则。首先阐明了应用相似理论求解相似准则并进行仿真验证的流程方法;其次,基于风电主轴轴承的寿命影响因素与轴承寿命试验的条件参数等物理量运用量纲分析法得到等效寿命模型的相似准则;最后,通过ABAQUS软件和FE-SAFE软件对线接触单滚子模型的有限元仿真验证了相似准则的正确性。     

因次分析法在结构有限元分析中的应用

将因次分析法应用于结构的有限元分析中，求得模型和原型结构之间相似准则，并以结构的模态分析和谐响应分析为例，分析结构的相似关系，同时也验证了这种做法可行性。     

核环行起重机相似缩尺抗震实验模型设计

基于相似理论分析得到核环行起重机在地震作用下的动力学相似准则,通过畸变影响缩尺模型加速度的相关物理量,使模型能较准确地反映原型在重力场下的动力学特性。根据推导的相似准则,设计了简化的核环行起重机缩尺实验模型,并通过数值模拟软件Abaqus对模型进行模态和反应谱分析,验证了推导的相似准则的准确性,也为核环行起重机结构的抗震性能分析提供了基础。     

相似理论在纵轴式掘进机截割头结构设计中的应用

在原有截割头基础上,利用相似理论设计出一种相似结构,以获得新的设计方案。通过参数设定,量纲分析得到截割头结构设计的相似准则,再根据相似第二定理得到独立参数与性能参数间的准则方程。然后,运用相似第三定理推导出相似判断条件和相似设计的实现方法,最后通过采用MATLAB与Excel联合编程开发的纵轴式掘进机截割头辅助设计与优化软件验证新的设计方案的可行性和有效性。     

大长细比伸缩臂的非线性位移相似关系研究

为了加强伸缩臂设计方面的继承性,实现系列化设计.先分析了大长细比伸缩臂的受力情况,将臂架分别落到变幅平面和回转平面内研究,在变幅平面内把伸缩臂简化成一个变截面外伸梁模型,在回转平面内简化成一个变截面悬臂梁模型.并依据大位移理论描述其位移,结合方程分析法推导伸缩臂各项参数的相似比约束关系式,以量纲分析法推导的相似准则作为补充推导伸缩臂单元位移相似关系式,以单元位移相似关系替换有限单元法中形函数,计算得到伸缩臂整体位移相似关系.最后,以4组实验模型各自进行4种工况下关键位置的位移测试,选取不同实验模型和不同载荷情况下实验所得的位移数据分别进行共计40组的对比分析.结果表明:研究所得的相似关系式能够较准确地描述伸缩臂位移的关系.     

基于DEFORM-3D软件模拟7075铝合金切削力及其断裂准则的选择

建立了7075铝合金有限元切削模型,利用DEFORM-3D软件基于默认断裂准则模拟了在切削过程中切削力的变化,并进行了试验验证;采用此切削模型,分别在Freudenthal、Cockcroft-Latham、Normalized和Ayada断裂准则下进行了切削力模拟,分析了不同断裂准则的适用性。结果表明:在默认断裂准则下模拟得到的平均切削力与测试值的相对误差在10%以内,验证了有限元切削模型的准确性;采用Freudenthal断裂准则模拟得到的平均切削力与测试值的相对误差较大,而Cockcroft-Latham、Normalized和Ayada断裂准则模拟得到的相对误差均在9%以内;Ayada断裂准则最适合用于模拟7075铝合金的切削过程,其次为Cockcroft-Latham和Normalized断裂准则。     

摩擦焊接过程的热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元分析方法,综合考虑摩擦焊接过程中不同的产热机制、随温度变化的材料性能、飞边形成及摩擦系数随速度、温度、压力的变化规律,直接由焊件材料的性能参数及设定的焊接规范参数(轴向压力与转速随时间的变化曲线)对焊接全过程的焊接参数(摩擦转矩、轴向缩短量及平均温度)、物理参量场(温度场、应力场、变形场)及焊合区金属晶粒尺寸的变化规律进行了数值模拟,得到了焊接过程中摩擦表面上切应力、加热功率、温度及轴向压应力的分布及变化规律,实现了对焊合区金属晶粒尺寸的数值模拟。     

斜Y型坡口焊接裂纹试验的数值模拟

以低合金钢16MnR的斜Y型坡口焊接裂纹试验为例，利用有限元计算软件ANSYS对几种不同预热温度及不同厚度的试件进行了焊接过程热循环与动态热应力场的数值模拟。首先计算出试件的动态焊接温度场，之后利用温度场的计算结果进行热力耦合分析，得出．试件上动态热应力及最终残余应力的分布。通过对各试样计算结果的对比，分析了预热温度与试件厚度改变对试件焊接热影响区冷却速度与残余应力场分布规律的影响。     

Numerical analysis of welding residual stress using heat source models for the multi-pass weldment

Numerical prediction of welding-induced residual stresses using the finite element method has been a common practice in the development or refinement of welded product designs. Various researchers have studied several thermal models associated with the welding process. Among these thermal models, ramp heat input and double-ellipsoid moving source have been investigated. These heat-source models predict the temperature fields and history with or without accuracy. However, these models can predict the thermal characteristics of the welding process that influence the formation of the inherent plastic strains, which ultimately determines the final state of residual stresses in the weldment. The magnitude and distribution of residual stresses are compared. Although the two models predict similar magnitude of the longitudinal stress, the double-ellipsoid moving source model predicts wider tensile stress zones than the other one. And, both the ramp heating and moving source models predict the stress results in reasonable agreement with the experimental data.     

焊接烟尘流体流动规律数值模拟

用gambit建立了不同的车间模型网格，然后利用流体计算软件Fluent模拟研究了封闭式焊接车间在具有不同送风口、排风口位置时的温度场、速度场。结果显示有两种模型比较满足要求。在这两种模型基础上进行改动，模拟比较改动后模型的温度场、速度场，研究得到混合通风和置换通风两者结合的通风方案对焊接车间烟尘的排放效果更好。     

压力容器焊接基本现象模拟与仿真研究现状及展望

综述了近年来国内外在焊接基本现象模拟与仿真方面的研究现状及发展趋势,对焊接过程中的熔池流场、焊接温度场与力学场、焊接变形和残余应力、氢扩散分析、异种钢焊接接头碳迁移、特种焊接过程、焊接接头微观组织、焊接热影响区晶粒长大过程等的仿真模拟,以及焊接模拟计算机软件等进行了较全面的介绍和分析。     

球罐环焊缝接头残余应力的三维非线性有限元分析

建立了球罐环焊缝焊接温度场和焊接应力应变场三维移动热源有限元分析模型,考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度而变化,应用单元生死技术模拟焊接填充过程,模拟计算出移动热源作用下的温度场,以及以温度场为基础的环焊缝接头焊接应力应变场的分布规律:温度场结果表明,由于焊接的热输入和速度不同,以及热源加载体积不相等,每道焊接的最高温度均不相等。应力场的分析结果表明,在球罐内表面的焊缝及近缝区,呈现双向残余拉应力(经向和周向),而在外表面的对应区域,经向残余应力是压应力,周向残余应力为拉应力。     

Impacts of external longitudinal magnetic field on arc plasma and droplet during short-circuit GMAW

In gas metal arc welding, electromagnetic force, plasma stream force, gravity, and surface tension are the most important factors that affect metal transfer and spatter generation rate. In this paper, different kinds of external electromagnetic fields were introduced to gas metal arc welding (GMAW). The photos of arc plasma and droplet and electric signals covering welding current and arc voltage were acquired synchronously by an analysis and evaluation system based on LabView for GMAW. It was confirmed that the metal transfer frequency was improved, and spatter generation rate was diminished under controls of external electromagnetic fields. The influencing rules of external electromagnetic fields on electromagnetic force, the gravity, the plasma stream force, and surface tension were studied by three physical models, and the mechanism of external electromagnetic fields was revealed. This paper is for the purpose of discussing these factors and will make a profit for the application of electromagnetic coupling control to short-circuit GMAW.     

正交接管焊接残余应力的三维有限元模拟

对正交接管焊接接头的温度场和应力场进行了数值模拟。选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度的变化和相变的影响,采用内部热生成和振幅曲线的加载方法模拟焊接热源的移动,运用单元生死技术模拟多道焊过程。获得了焊接温度场和应力场的动态变化过程,并对计算结果进行了分析。     

还原炉挠性夹套的焊接残余应力有限元模拟

夹套是广泛运用在化工、医药等行业设备上的加热冷却装置,夹套焊缝是常常发生开裂泄漏的失效部位,焊接残余应力是导致开裂泄漏的重要因素之一。利用有限元技术对一种新型多晶硅还原炉挠性冷却夹套的焊接过程的温度场、残余应力和塑性应变场进行了数值模拟。借助ANSYS的APDL编程和单元生死技术,采用热-结构直接耦合法,传热分析采用含高斯热源的瞬态过程、应力分析为稳态,材料本构为随温度变化的双线性随动强化弹塑性模型。通过模拟获得焊缝区域残余应力和塑性应变的分布规律,为同类夹套的焊接强度评定提供了有效方法。     

复杂航天筒体结构件的焊接应力应变演变规律

采用有限元分析手段对复杂航天筒体结构件的纵向和环向焊缝温度场和应力场进行模拟。航天筒体焊接采用变极性等离子弧焊工艺,根据变极性等离子弧焊工艺特点使用面高斯热源和圆柱热源的组合热源模型作为变极性等离子弧焊的热源。采用ANSYS软件中ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language, APDL)编写程序,实现变极性等离子弧焊接热源在筒体结构上加载和移动,完成四道纵缝和两道环缝的焊接热力过程仿真。通过对模拟结果分析,解释复杂筒体焊接应力应变的演变过程。发现在焊接过程中纵缝两端有明显的应力-应变释放,交叉部位的变形直接影响到结构整体的尺寸精度。