多孔薄膜荫罩热变形的有限元仿真设计

荫罩的热变形使电子束产生着屏偏移，进而导致了色纯变坏。本采用大型软件ANSYS对15英寸荫罩进行了热变形的有限元仿真，从而得到了电子束的着屏偏移。建立了包括阴极射线管(CRT)里所有部件的完整的有限元模型。荫罩被建为无孔连续薄壳的模型，对它的表面导热系数和表面弹性模量作了等效的计算。考虑了弹簧片的预应力以及弹簧片和销钉的连接。这样可使我们的分析模型更接近真实情况。本给出了500、1000、10000s时的热变形和电子束着屏偏移。分析表明：电子束着屏偏移的最大值发生在500s左右。利用这种分析方法及研究结果可指导新型荫罩的设计和研制。     

彩管荫罩热膨胀及其抑制方法研究

研究荫罩热拱起现象产生的机理,分析整体拱起、长时拱起、短时拱起以及局部拱起对色偏差的影响程度。采用荫罩内表面喷涂一定厚度的低熔点玻璃抑制荫罩的热拱起;指出由于不同的厚度会产生不同的残留张应力,必须采用合适的厚度使荫罩在不同环境下将Q值保持在正常范围内。文中提出了一套通过试验方法获得最佳厚度参数的工艺流程,并对25英寸彩色显象管荫罩进行试验研究,发现当荫罩金属板与涂层材料厚度比大于0．1时,抑制效果提高趋于缓慢。     

基于表面测温的关节轴承外圈加工热变形预测

针对关节轴承外圈加工热变形误差,本文基于多元线性回归原理建立了一套热变形误差预测模型。首先利用有限元仿真获得工件加工表面热变形与温度场数据,然后在此基础上利用多元线性回归方法建立工件表面加工节点热变形与选取的表面测温点之间的数学关系。此模型可有效消除加工过程中切削参数调整与边界条件不准确对热变形计算结果的影响。     

宝钢195钢低温轧制变形抗力数学模型的建立

本文利用Gleeble－1500D热模拟试验机对宝钢195钢所制的Ф10min×12mm圆柱形试样的塑性变形抗力进行压缩试验研究。实测了变形温度在750—1000℃、变形速率为1／s和25／s、变形量在0．7以下时,宝钢195钢的变形抗力,建立了志田茂变形抗力数学模型并对模型进行了乘法修正。结果表明,乘法修正使模型的预报精度得到了极大的提高。     

荫罩式PDP扫描电极和荫罩对阳极条纹的影响

本文采用基于动力学模型的OOPIC仿真软件模拟具有不同扫描电极宽度和荫罩结构的荫罩式等离子显示器(PDP)放电单元内的放电过程,分析单元内的条纹数量、分布状态和介质层表面壁电荷分布情况,研究扫描电极宽度和荫罩结构对阳极条纹的影响。结果表明,扫描电极宽度增加,放电单元内的主放电区域增大,条纹可分布空间压缩,条纹现象减弱。大小孔荫罩结构也会使条纹现象减弱。研究发现,荫罩式PDP结构阳极条纹的分布区域与介质层表面电荷积累的范围密切相关,阳极条纹只出现在阳极表面介质层有壁电荷积累,而对应的阴极表面介质层无壁电荷积累的区域。     

电子束冷床熔炼TC4钛合金的热变形行为

使用Gleeble-3800热模拟实验机进行一系列热模拟压缩实验,研究了电子束冷床熔炼TC4钛合金在变形温度为850℃~1100℃、应变速率为0.01 s^-1~10 s^-1条件下的热变形行为。根据真应力-真应变曲线分析变形参数对流变应力的影响,分别建立电子束冷床熔炼TC4钛合金在(α+β)两相区和β单相区的Arrhenius本构模型,绘制了基于动态材料模型的热加工图。结果表明：流变应力随着温度的提高和应变速率的增大而降低;(α+β)两相区的热变形激活能Q=746.334 kJ/mol,β单相区的热变形激活能Q=177.841 kJ/mol;用相关系数法和相对平均误差分析了模型的误差,相关系数R²=0.995,相对平均误差AARE=5.04%。这些结果表明,所建立的模型较为准确,可准确预测其热变形流变应力;合金的最佳加工区域为：变形温度1000~1100℃、应变速率0.01~0.1 s^-1。     

改进清晰度彩色显像管中平板荫罩的设计

为了提高清晰度 ,提出了改进彩色显像管平板荫罩的设计方法 ,对原有 2 5英寸彩色显像管的平板荫罩重新进行了计算。根据计算结果制作了新的平板荫罩 ,经装管测试 ,其分辨率从原来的 50 0多线提高到 70 0线 ,观察不到莫尔效应 ,图像品位良好。     

含硬涂层结构的表面微观接触新模型

为研究含有硬涂层的粗糙表面中微凸体和基体变形对表面微观接触特性的影响规律,利用Hertz接触理论分别求出微凸体和基体的接触刚度,利用不动点迭代法确定微凸体变形量,建立关于微凸体接触变形量的刚度模型,通过并联关系耦合接触刚度,建立新的接触表面微观接触模型。为验证新模型对含有硬涂层的粗糙表面接触特性描述的正确性,建立了不同大小和不同材料的单微凸体有限元模型,通过与Hertz模型、有限元分析结果比较,发现当基体材料和微凸体材料不同时,微凸体/基体系统的应力分布会不均匀,微凸体表面的接触力比材料相同时的接触力小,最大应力比材料相同时的最大应力大;在变形量很小的时候,Hertz模型解和新模型解都很好地与有限元分析结果相吻合,随着变形量的变大,有限元分析解和新模型解开始同时偏离Hertz模型解,但新模型解一直趋近于有限元分析解。     

基于自动铺放技术的变刚度复合材料层合板固化变形特性

准确预测和控制变刚度结构的固化变形是合理进行变刚度设计的关键环节,复合材料结构的固化变形不仅会影响结构的刚度强度特性、同时会对结构的装配性能产生影响。基于自动铺放技术,提出面向过程的丝束-路径-面板多级三维变刚度有限元模型算法。结合Kamal自催化固化动力学模型和广义Maxwell黏弹性本构模型进行热-化学-力多场耦合分析,计算固化过程中结构内部温度场、固化度场和残余应力场的变化,最终得到变刚度层合板的固化变形特性。通过参数化分析,研究了自动铺放过程中轨迹控制参数T₀、T₁和覆盖法则对结构固化变形产生的影响。研究结果表明：T₀=45°时,当T₁0变刚度结构的固化变形随着T₁的增大而增大,当T₁>T₀,变刚度结构的固化变形随着T₁的增大而减小。100%覆盖法则有效减小结构的固化变形,而0%覆盖法则使固化变形增大。本文提出的方法可以有效预测工艺参数对变刚度结构固化变形的影响。     

热障涂层HCPEB改性过程中的应力研究

通过有限元分析软件Abaqus,采用三维模型,对热障涂层表面强流脉冲电子束改性过程进行了数值模拟,分析了电子束轰击过程温度变化以及涂层系统内部应力的分布情况。结果表明,随着外界能量的增加,涂层温度随着涂层厚度的增加而减小;当外界能量消失,冷却过程中,由于涂层表面和周围的热辐射和热扩散作用,陶瓷层表面最先冷却,此时陶瓷层内部温度略微升高,之后陶瓷层内部热能通过陶瓷层表面进行释放,最后整个涂层冷却至室温,温度随时间变化率高达106~107K/s。冷却至室温时,应力随陶瓷层厚度的增加呈先减小后增加的趋势,而在涂层表面径向应力先减小后增加,达到0.5 MPa后,应力开始减小至稳态值。     

Deformation analysis of thermally loaded composite tubes

The thermally induced deformation of anisotropic composite tubes with different thicknesses is studied by means of finite element analyses and interferometric measurement techniques. Of particular interest are the differences in the deformation behaviour in comparison to isotropic tubes. It is shown that characteristic bending phenomena appear at the front and shell surfaces of the tubes, due to the three-dimensional stress state near the edges. The simulated thermal deformation is experimentally verified by means of holographic as well as speckle interferometry. The results of this work show that the implemented micro- and macromechanics of both used finite element systems enables one to properly predict the thermal deformation of composite tubes, if a suitable model is used. Nevertheless, especially for thin tubes, significant discrepancies between the simulated and the measured deformation could appear, owing to the disregard of the complex microscopic structure in the simulation. Thus, experimental verifications with fieldwise measurement techniques should generally be performed.     

格栅夹层梁的热弯曲变形

考虑内部热传导,研究了格栅夹层梁一侧受热后的弯曲变形.认为变形后夹层结构中间腹板无弯曲.利用格栅夹层梁结构上的周期性,通过胞元结构的内力平衡方程和变形协调关系,得到了胞元两端内力和位移的关系.引入传递矩阵,建立了夹层梁内力和变形随温度变化的表达式.应用所建立的模型计算了悬臂格栅夹层梁在其上表面受热后的变形.在格栅夹层梁包含的胞元数量较多、腹板高度较小且厚度与表板厚度相近的情况下,由本文模型计算得到的挠度结果与有限元结果吻合较好.     

30cm口径离子推力器热特性模拟分析

为了对30 cm口径LIPS-300推力器的热设计提出合理建议,利用有限元分析软件对LIPS-300离子推力器进行地面稳态及热应力分析。结果显示处于大流量点火工作状态时,离子推力器的高温部件主要是阳极筒锥段、屏栅筒以及后极靴,当推力器达到稳态后,阳极筒和后外壳锥段的热形变占主要地位。根据仿真分析得出的热设计优化结论是提高LIPS-300离子推力器内外部件的表面发射率是可以降低内部部件温度,并满足磁钢工作温度上限的有效方法。     

近地空间下X/EUV透射光栅的热力学有限元分析

为了实现极紫外透射光栅光谱仪在近地空间的应用,针对其核心色散元件2000线/毫米X/EUV透射光栅,本文采用有限元方法建立了机械模型并对其热学性能和耦合特性进行计算机模拟计算,通过模拟热膨胀系数不同的材料构成的薄膜光栅在近地空间受到太阳辐照后的温度场,得到该光栅表面的热形变分布.结果表明,在高真空热环境下,该透射光栅表面形变量平均可达0.56μm,而影响光栅周期的纵向形变平均值则为71.5 nm.由于热形变会对光栅衍射效率产生重要影响并导致光谱仪精度和性能的下降,利用有限元分析模拟的结果,进一步优化光栅的封装和设计制作,使其栅线处纵向热形变趋近于零,为2000线/毫米X/EUV透射光栅在太阳极紫外辐射探测器上得到应用提供了科学依据和有效支持.     

An over‐current protection module for telephone network line cards—an analysis of electro‐thermal properties

In this paper the results of a finite‐element analysis of the electro‐thermal behaviour of an over‐current protection thick‐film hybrid module are presented. The module was designed for protecting the line card of a telephone network against an abnormal surge of current, resulting from accidental shorts between adjacent power feed lines. The switching time of the device is crucial to its effectiveness as a protective element. A transient finite‐element thermal analysis was performed in order to predict the dynamic temperature states at the critical points of the circuit design and to evaluate the influence on the switching characteristics. A comparison between simulated and practical results is given. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

Thermally-induced bending-torsion coupling vibration of large scale space structures

In this paper, a finite element scheme is developed to solve the problem of thermally-induced bending-torsion coupling vibration of large scale space structures, which are usually composed of thin-walled beams with open and closed cross-section. A two-noded finite element is proposed to analyze the transient temperature field over the longitudinal and circumferential direction of a beam. Since this temperature element can share the same mesh with the two-noded beam element of Euler–Bernoulli type, a unified finite element scheme is easily formulated to solve the thermal-structural coupling problem. This scheme is characterized with very strong nonlinear formulation, due to the consideration of the thermal radiation and the coupling effect between structural deformations and the incident normal heat flux. Moreover, because the warping is taken into account, not only the thermal axial force and thermal bending moments but also the thermal bi-moment are presented in the formulation. Consequently, the thermally-induced bending-torsion coupling vibration can be simulated. The performance of the proposed computational scheme is illustrated by the analysis of the well-known failure of Hubble space telescope solar arrays. The results reveal that the thermally-induced bending-torsion coupling vibration is obviously presented in that case and could be regarded as a cause of failure.     

自感知压电层合梁的数值分析与数值模拟

从压电本构方程出发,借助Hamilton原理建立了压电层合结构的有限元方程,基于此理论,对一五层的压电梁运用ANSYS参数化设计语言(APDL)建模,采用二维四结点四边形耦合单元,分析了梁与压电层的几何参数对传感与致动性能的影响,比较了不同边界条件下梁的变形变化。得出的一些有效结论,对多层智能结构的设计具有一定的参考价值。     

某特种车空投着陆过程数值仿真分析与改进

在基于LS-DYNA的环境中对某特种车整车的空投着陆进行了数值仿真研究。根据该特种车空投着陆的实际要求和整车结构尺寸,采用有限元软件HyperMesh建立空投着陆特种车整车的有限元模型,调用LS-DYNA求解器进行求解,最后利用LS-PREPOSTD做后处理。通过数值仿真结果和试验数据的对比,验证了该整车有限元模型的有效性。根据数值仿真结果,分析了该特种车车架的受力情况,提出了一些相应的改进措施,从而为车架的实际优化提供了依据。     

High speed crack propagation in bi-phase materials: an experimental study

Compliance and strain energy release rate of homogeneous and interleaved end-notched flexure specimens for mode II fracture characterization are investigated with shear deformation beam theory and finite element analysis. Interleaving refers to a thin layer of polymer film being placed at the midplane of the beam. Analytical results are correlated with numerical finite element results for a wide range of interleaf thicknesses. The finite element results revealed that the compliance and energy release rate remained virtually the same whether the crack was within the interlayer or between the interlayer and the composite. Furthermore, within the accuracy of the numerical modeling, the asymmetric crack configuration did not render the specimen mixed mode, (G _I=0). Close agreement was observed between sandwich beam theory and finite element analysis.