电磁水表的异径管道流场仿真研究

采用Fluent软件对圆形截面渐变为小圆形截面和矩形截面的异径管道流场进行三维建模和数值仿真,在中间截面面积基本相同的情况下,模拟了异径管中的流场分布,并分析了中间横截面的速度分布,中心截面的平均速度及进出水口的压力损失。研究表明,圆形截面和矩形截面的速度分布在两端管道为10倍直管段时都是呈中线对称分布的,而当水表两端直接为弯管时,圆形截面呈偏离分布,矩形截面呈中线对称分布。另外,中间截面为矩形的中心面的平均速度比中间截面为圆形的平均速度增幅大,在压力损失方面,矩形截面和圆形截面都没有超出国家标准。由上述分析可知,利用Fluent软件可对电磁水表的结构设计起到指导作用。     

聚合物气辅共挤成型中挤出胀大的数值模拟

以一矩形截面共挤型材为例,采用Giesekus本构方程和Navier滑移模型建立数值模型,使用EVSS、SU等有限元方法对气辅共挤和传统共挤时两种聚合物熔体在口模内外的等温粘弹流动做了三维数值模拟,得到了气辅共挤和传统共挤时的挤出胀大率、速度场、应力场及剪切速率分布。对模拟结果进行了分析和对比,结果表明,气辅共挤能消除挤出胀大和模外熔体偏转流动现象;气辅共挤时两相熔体的速度场均匀一致,熔体流动稳定,呈柱塞状挤出;熔体表面的切向和法向应力为零,因而可有效提高挤出速率,并防止制品表面"鲨鱼皮"现象的出现。     

电磁流量计异径管道的流场仿真研究

采用Fluent软件对圆形截面渐变为矩形截面的异径管道流场进行三维建模和数值仿真,分析了横截面收缩异径管的速度分布和流线,建立了矩形截面部分的长度、宽度、高度与进出口压力损失和中心截面平均速度之间的关系.研究表明,中间矩形截面部分的宽度和高度对进出口压损和中心截面平均速度影响较大,同时横截面积收缩比例太大会导致流场紊乱和回流现象,从而为合理设计局部横截面积收缩的电磁流量测量管道提供了理论依据.     

铝合金板阵列微结构零件电磁冲击液压成形研究

目的 解决室温条件下因铝合金塑性流动不均而导致的零件开裂和尺寸偏差等问题。方法 利用高速冲击提高材料成形极限以及流体均匀载荷精确控形的优势,提出了电磁冲击液压工艺并实现了铝合金阵列结构零件的成形,采用实验手段研究了放电电压和放电次数对零件贴模精度和厚度分布的影响。结果 随着放电电压的增大,零件的成形深度增大。在单次放电8 kV下,板料最大成形深度达到模具深度的97%,连续3次放电8 kV后,零件通道填充率达到89.7%。建立了与物理实验模型一致的电磁-流体-结构的多物理场耦合仿真模型,发现冲击液体对板料施加的瞬态压强超过200 MPa,板料最大变形速度达到40.5 m/s。模拟得到的板料变形轮廓与实验结果一致,证明了多物理场耦合仿真模型的准确性。结论 电磁冲击液压成形是一种新型的高速成形方法,能够实现铝合金阵列微结构零件的精确制造,为提高复杂薄壁难变形构件的成形性能和精度提供了新的技术手段。     

矩形截面毛坯挤压矩形工件的上限研究

应用上限法建立了由矩形毛坯正挤压矩形截面工件的等挤压比流动模型,推导出了三次多项式表示的流线方程,给出了变形区的动可容速度场、应变速率场及上限功率的表达式,获得了挤压力的上限数值解;分析了变形程度、工件截面形状等参数对挤压力的影响,并获得了相对挤压应力与截面形状系数之间的近似关系式.研究证明采用流线速度场进行上限分析比其他方法更符合实际情况,根据流线设计的凹模优于常规凹模,如平底模.     

啮合同向三螺杆挤出机中心区的复杂混合特性

建立了三角形排列三螺杆挤出机轴截面有限元模型,重点研究了三螺杆挤出机中心区的流动和混合规律。计算了中心区的混合指数、剪切速率和速度,并采用粒子束分布指数研究了中心区分布性混合性能。在此基础上,从微观角度分析了单个粒子在中心区运动过程中瞬时的剪切速率、拉伸率和对数拉伸率等评价参数。结果表明,在三螺杆挤出机轴截面内,中心区物料的流动性较差,但任意时刻都不存在流动"死点"。中心区内运动的微观流体粒子处于不断重复的压缩和拉伸状态,中心区具有较好的混合能力。     

碳纳米管含量对碳纳米管/聚丙烯复合材料性能及微结构制品的影响

采用稀释母料的熔融共混方式制备碳纳米管/聚丙烯复合材料(CNTs/PP)并加工出微结构面板.研究不同含量CNTs的复合材料的结晶行为、力学性能以及流变性能,得到CNTs对聚合物的增强机理,开拓CNTs复合材料在微结构制品方面的应用.结果表明:采用稀释母粒的方式,CNTs在PP基体中分散相对均匀;CNTs的加入会抑制β晶的形成,降低在(040)晶面取向度;同时也会使复合材料的结晶度从60.36％降低到53.17％.随着CNTs含量的增加,CNTs/PP复合材料的弹性模量可以提高近43％,拉伸强度可以提高近26％.CNTs含量为1wt％时,其冲击强度最高.在低剪切速率下CNTs能显著提高复数粘度,剪切速率越高,复数黏度对CNTs含量的依赖性越低.在纯PP中添加CNTs后,剪切应力明显提高,且随剪切速率的增大呈同步变化趋势.综合结果分析,选择CNTs含量低于3％进行微结构加工较为适宜.     

航道边界形状对移动载荷激励冰层位移响应特性的影响研究

基于欧拉-拉格朗日流体与固体耦合算法,针对移动载荷激励冰层响应问题开展了数值模拟。对均匀水深条件下的冰层位移响应进行了数值计算并与实验结果进行对比分析,发现二者获得的临界速度值、冰层位移响应波形特征以及最大下陷值都吻合较好,说明所采用的数值计算方法是可靠、有效的。针对限制水域不同航道边界形状条件下移动荷载激励冰层位移响应和载荷临界速度进行了数值模拟,得到了航道边界形状对位移响应和临界速度的影响规律,结果表明:不同截面形状直航道条件下,当矩形截面变化到梯形截面时,临界速度变小,且各速度下冰层最大下陷位移也相应变小;矩形截面形状弯曲航道条件下,临界速度仍存在,且该临界速度对应的冰层最大下陷位移幅值比直航道条件下大。     

铝锂合金薄板微结构辊压微成形缺陷及其电致塑性效应数值模拟研究

目的 研究微结构形状及尺寸、压下量、温度、电流强度和电流路径对电流辅助辊压成形的影响规律,分析辊压过程中多物理场耦合行为,探究电致塑性效应对辊压成形的作用机理,并以此来解决薄板微结构形性协同控制关键问题。方法 采用ABAQUS建立微结构辊压有限元模型,通过辊压成形数值模拟方法进行相关研究。首先设计了三因素三水平正交试验,探究了沟槽形状、沟槽深度、压下量对成形效果的影响。其次通过改变电流大小、对比辊对辊(R2R)和辊对板(R2P)2种电流路径、对比电流辅助辊压和等温辊压模拟试验来依次探究电流强度、电流路径、电流的非热效应对铝锂合金薄板微结构辊压成形过程中微结构填充率与板材翘曲高度等辊压成形缺陷的影响规律。结果 在R2R电流路径下,电流分布于整个板厚空间,而在R2P电流路径下,电流主要分布于材料表面,2种路径下的温度与应力分布相似,但R2R下的峰值温度略高,约高20 ℃;峰值应力略小,约小35 MPa。当压下量与微沟槽宽度越大、沟槽形状越接近矩形时,辊压填充高度和翘曲高度均越大。在相同温度下,与等温辊压相比,电流辅助辊压微结构填充高度更高。三角形微沟槽在100 A、30%压下量时的辊压填充高度提升率高达7%。在等温辊压下,微结构填充时的塑性流动主要分布于表层;而在电流辊压下,微结构填充时的塑性流动在整个板厚范围内分布得较为均匀,且应力集中不明显。温度对辊压微结构薄板翘曲程度的改善作用较小,电致塑性效应大幅改善了微结构薄板辊压翘曲程度,翘曲高度减小约70%。结论 从焦耳热均匀性角度来看,电流路径选择R2R更优。通过改变压下量、微沟槽宽度与形状可以改变微结构辊压成形效果。相较于等温辊压,电流辅助辊压可以提高辊压填充高度、减小板材翘曲高度,故其成形效果更好,说明电流非热效应可以促进辊压成形的进行。     

气体辅助工艺对曲线型异型材共挤成型的影响

基于流变学基本方程和PTT本构方程,建立了三维粘弹曲线型塑料异型材包覆共挤成型数值模型,运用有限元方法对数值模型进行了模拟计算,分析研究了气体辅助工艺对曲线型异型材共挤成型过程中挤出胀大、扭曲变形及口模内流场分布的影响。研究结果表明,传统共挤成型时,共挤制品的挤出胀大及变形、口模内熔体速度场、压力场、剪切速率及应力场等的分布均随着壳层熔体黏度的变化而变化,而气辅共挤成型时,共挤制品的挤出胀大和变形现象以及口模内熔体流场的分布均与芯壳层熔体的物性无关,能实现制品截面形状和尺寸与口模截面形状和尺寸保持一致的精密共挤。     

The Effect of the Fin Shape and Thickness of the Buried Oxide on the DIBL Effect in an SOI FinFET

In this paper, we simulated the dependence of the effect of reducing the drain-induced barrier lowering on the thickness of a buried oxide layer in a finned (vertical) metal-oxide-semiconductor field effect transistor (FinFET) based on silicon-on-insulator technology. Three shapes of the fin with the rectangle, trapezoid, and triangle cross sections were considered. The drain-induced barrier lowering effect significantly depends on both the fin shape and the thickness of the buried oxide layer. The smallest drain-induced barrier lowering effect occurs when the thickness of the buried oxide layer is small for the fin of a triangular shape. This behavior of the drain-induced barrier lowering effect is strongly correlated with the behavior of the parasitic capacitance between a gate and a source.     

电磁流量计矩形与鞍状线圈磁场的数值仿真

讨论了电磁流量计矩形和鞍状线圈所产生磁感应强度的分布情况。运用毕奥-萨伐尔定律和叠加原理,通过数值仿真得到励磁线圈在测量管道内电极横截面上的磁场分布情况。提出磁感应强度的方向平行程度和大小均匀程度2个指标,并用其来判别感应磁场分布的均匀程度。依据以上2个指标,分别对不同尺寸的矩形和鞍状励磁线圈所产生的感应磁场进行计算分析和优化。     

Order Picking In An Aisle

A classical order picking problem is the case where items have to be picked from both sides of an aisle and the picker cannot reach items on both sides without changing position. Hence the picker must cross the aisle one or more times. An efficient optimal algorithm is developed and shown to yield policies with up to 30% savings in travel time over commonly used policies. It is also shown that, for most practical aisle widths, it is significantly more efficient to pick both sides of the aisle in the same pass (a traversal policy) rather than pick one side and then pick the other side (a return policy) unless the pick densities are greater than 50%. All the algorithms presented here can be implemented in real time on a microcomputer.     

Determination of mechanical properties of PVC foam using a modified Arcan fixture

The design and development of a modified Arcan fixture (MAF) is described. The purpose of the fixture is to characterise polymer foam materials with respect to their tensile, compressive, shear and bidirectional mechanical properties. The MAF enables the application of pure compression or high compression to shear bidirectional loading conditions that is not possible with conventional Arcan fixtures. The tensile and shear behaviour to failure of a cross-linked Divinycell H100 PVC foam core material are studied using Digital Image Correlation (DIC). A detailed investigation of the parasitic effects of the fixture and misalignment of the fixture and loading machine are discussed. Thermoelastic Stress Analysis (TSA) is used to directly examine and validate the uniformity and symmetry of the stress fields obtained for both tensile and shear specimens. To account for the inhomogeneity of the strain field across the specimen cross sections, a “correction factor” for the measured “gauge section” surface strains has been determined using nonlinear finite element analysis (FEA). The outcome is a set of validated mechanical properties that are in excellent agreement with material property measurements conducted using conventional test tensile and shear test fixtures.     

基于Ansys的不同截面密封圈密封性能仿真分析

目的对"凸"形、矩形和"Y"形截面密封圈的密封性能进行对比分析,为端面静密封形式的密封圈选型和结构设计提供参考。方法基于Ansys的大变形接触有限元分析,对3种不同截面密封圈进行应力和接触压力仿真分析,并对结果进行比较。结果 "凸"形截面密封圈在压缩过程中最大应力和最大接触压力变化均匀,最大接触压力面较宽;矩形截面密封圈最大应力变化均匀,最大接触压力在密封圈压缩量超过18%后呈现陡增现象;"Y"形截面密封圈最大应力和最大接触压力在密封圈压缩量超过18%后均呈现陡增现象,而且最大接触压力面狭窄。结论对于特定密封圈槽的端面静密封形式,"凸"形截面密封圈密封性能最优。     

纸浆模塑吸浆模具背腔气流均匀性的数值模拟

建立了模具背腔流场的CFD三维数值模型,并且对气流分布板不同的开孔率、不同布置位置进行了数值模拟分析。结果表明:模具背腔无气流分布板时,背腔出口截面的速度分布很不均匀,而添加了气流分布板后,背腔气流分布均匀性明显改善;随着开孔率由5%,15%,20%,25%依次增加,气流分布均匀性依次降低;随着气流分布板距背腔入口L由90,100,110,120,130,140 mm依次增加,背腔气流分布均匀性先增加后降低,在120 mm时其均匀性最好。在确定气流分布板的结构及位置的基础上,对背腔截面突变位置进一步优化,可减小气流的局部能量损失,优化后出口截面的气流平均速度较优化前提高了近11%,进一步提高了产品脱模效率。     

Measurements of photoelectric cross sections for X-ray and γ-ray photons at K, L1 and L3 edges in Ce, Gd, Dy, Er, Yb and Pb: An analysis of the derived shell ratios

Total photon cross-section measurements are performed employing argon- and krypton-filled proportional counters and a NaI(Tl) detector on both sides of the K-edge of the elements Ce, Er, and Yb and on either side of the L-edge of Gd, Dy, Er, Yb and Pb, using narrow-beam geometry. K-shell photoelectric cross sections are estimated by fitting the extracted photoelectric cross sections to log-log plots on either side and by extrapolation to the K-edge energy. The data on Gd, Er, Yb and Pb after a similar treatment give the values of the photoelectric cross sections at the L₁ (upper) and L₃ (lower) edges. The total-to-K-shell ratios derived from the results have been compared with the theoretical values of Storm and Israel and those of Scofield and also with the empirical relation of Hubbell. The total-to-L-shell ratios at the L₁-shell binding energy have been compared with the theoretical values of Scofield. There appears to be a general agreement between theory and experiment.     

磁控溅射膜厚均匀性与靶-基距关系的研究

从理论上分析了平面磁控溅射靶沉积薄膜的厚度均匀性.根据磁控溅射阴极靶刻蚀的实际测量数据,建立了靶的刻蚀速率方程,以此为依据,对膜厚均匀性的有关公式进行了讨论.采用计算机计算了基片处于不同靶-基距时,膜厚均匀性的分布.研究结果表明,随着靶基距的增加,膜厚均匀性逐渐变好.在同样的靶基距下,沿靶长度方向的均匀性明显优于宽度方向.最后,通过实验证实了上述结论.     

连续挤压铜扁排扩展腔及模具的结构优化设计

为了研究扩展腔结构和定径带长度对模具出口处金属流动的影响,从而优化扩展腔及模具的结构,采用有限元数值模拟方法对扩展腔结构参数以及定径带长度进行正交实验,并对挤压过程中模具入口处的金属流速、应变场和温度场进行有限元分析.结果表明:当扩展腔采用中间宽、边部窄的结构时,其模具出口处的金属流速比扩展腔厚度方向更均匀;影响模具出口处金属流速的扩展腔结构参数中,扩展腔中间厚度(H)最为显著,扩展腔中间宽度(l)的影响次之,其两边厚度h的影响较不明显.本实验条件下生产3 mm×100 mm的扁排,扩展腔组合结构的最佳方案如下:扩展腔中间宽度(l)为62 mm,中间出口厚度(H)为38 mm,两侧厚度(h)为24 mm.在其他条件不变的情况下,选择7 mm的定径带不仅有利于金属成形,还有利于提高扁排质量.     

基于双模齿轮的大排量齿轮泵的流场可视化仿真研究

 研究双模组合齿形齿轮泵的流量、压力特性.通过将不同模数的齿轮叠加组合,设计双模数齿形的主、从动齿轮,以增加齿轮啮合过程中的容积变化量,提高齿轮泵的排量,利用Fluent 对齿轮泵内液压流场进行了仿真,得出齿轮泵在启动和稳定工作状态下流场压力分布云图、速度分布云图和速度矢量图,并据此分析了齿轮泵流场的流态.结果表明:同体积下双模齿轮泵的输出流量是普通齿轮泵的16～33倍,该齿轮泵中大齿将流场分成不同压力区,且大齿两侧流体压力差较大,齿顶间隙处液体流动速度较大,说明齿轮泵径向泄漏较为严重,在泵的入口处存在涡流现象,会产生压力冲击,影响齿面的使用寿命．