铝合金锭坯超声半连续铸造多物理场耦合数值模拟

对于有超声引入的铝合金大型锭坯半连铸过程,建立了声场、流场和温度场耦合的数学模型,合理地考虑了凝固过程不同状态铝合金的动力粘度和湍动粘度以及边界条件,并利用有限体积软件FLUENT求解得到了三维声场、流场和温度场分布.模拟结果显示,声场对流场和温度场影响很大.若超声振动的工艺参数设置合理,可使流场规模显著增加,有效地促进传热、传质和晶核弥散：可使温度场分布更加均匀,凝固前沿的温度梯度显著减小,对枝状晶向等轴晶转变有极大的促进作用.     

基于多物理场耦合的高温掺合阀温度场数值模拟研究

为了研究柱塞式高温掺合阀在实际生产中流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的分布规律,分别采用理论计算方法和基于ANSYS的有限元方法对实际生产工况条件下该阀的流场、温度场进行耦合计算.给出了理论计算过程,为模拟分析提供依据,给出了流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的计算过程和结果.结果表明:阀内流体域...     

双螺杆转子结构特性流固耦合数值模拟

以双螺杆转子为研究对象,依据流固耦合理论,通过求解捏合机内部流体和双螺杆转子固体耦合方程,研究不同工况下的流体压力和扭矩对双螺杆转子应力和变形的影响规律。分析计算结果表明:螺杆转子的变形和应力主要是不同工况下的扭矩、流体压力载荷及耦合场作用引起的;螺杆间隙对捏合机的生产效率和质量有很大影响,阴阳螺杆转子最大变形量是设计最佳螺杆间隙的关键因素;一定功率下,转子的最大变形量和最大应力值分别与转子扭矩、流体压力的大小正相关;一定转速下,转子的最大变形量和最大应力值与捏合机功率正相关。研究结果为新型双螺杆捏合机的合理设计与性能预测提供了理论依据。     

多物理场耦合分析下的电解加工环形窄槽数值模拟研究

针对环形窄槽结构电解加工过程工艺试验周期长,型面难以预测的问题,建立掩膜电解加工过程电场、流场、温度场耦合数学模型,利用COMSOL软件对多物理场进行数值模拟仿真,得到加工间隙内电解液电流密度、流速和压力的分布规律,并将加工过程中不同时刻耦合场仿真结果进行对比,得到加工进程中各参数变化规律。研究结果表明,多物理场耦合仿真能够准确模拟实际电解加工过程,实现了工艺参数选取,为实际工艺提供了理论依据,对提高窄槽结构电解加工质量和效率有重要意义。     

双螺杆捏合机螺杆转子多场耦合特性数值模拟

以某新型双螺杆捏合机螺杆转子为研究对象,采用间接耦合以及弱耦合方法实现转子温度场和应力场、流场和应力场的耦合特性的数值模拟。将温度场作为体载荷施加在流固耦合结果上,实现螺杆转子温度场-流场-应力场的多物理场耦合特性数值模拟,以研究不同工况下在流场温度、流体压力和不同扭矩对双螺杆转子的综合应力和综合变形的多场耦合作用机理,并对螺杆转子在各物理场单独作用及耦合作用下的应力和变形情况进行对比分析。研究结果表明:与流场对转子产生的变形与应力相比,热变形是导致转子实际变形的主要因素,螺杆转子热变形的变化趋势与其实际综合变形的变化趋势基本一致,而由温度场导致的转子热应力值较小,远小于转子受到流场以及扭矩产生的应力值。根据分析结果可以确定双螺杆捏合机中对转子强度、刚度起主要影响作用的因素,以及确定转子合理工作间隙。研究结果对转子微观形貌的主动反演设计以及工作间隙的合理选择提供理论依据。     

高强低合金钢焊接过程多物理场耦合数值模拟

目前高强低合金钢焊接数值模拟中,采用热-力耦合分析时,忽略固态相变效应,残余应力模拟值与试验测量值误差较大。为提高焊接数值模拟精度,根据多场耦合关系,基于传热学、固态相变理论和连续介质力学,建立焊接过程多物理场耦合本构方程,并通过子程序将其嵌入到通用隐式有限元程序中。采用数值模拟与试验分析的方法研究高强低合金钢小试样的自由膨胀试验、相变塑性试验及平板焊接试验应力及各应变分量的演变。研究结果表明：固态相变体积变化引起的相变应变对残余应力有显著影响,不但改变了残余应力的大小,甚至改变了残余应力的符号,考虑相变塑性应变时会降低应力的水平。残余应力改变程度与相变程度有关系：完全相变区影响最大,部分相变区次之,未发生相变区最小。相变应变和相变塑性应变最终大小相当。研究方法为深入了解高强低合金钢焊接过程和焊接工艺优化提供了理论基础。     

高频窄脉冲电流电解加工叶片过程的耦合场数值模拟

与传统直流电解加工相比,高频窄脉冲电流电解加工在复制精度、重复精度、表面质量、加工效率、加工过程的稳定性等方面均有显著提高,特别适用于要求高精度和高表面质量的具有复杂几何轮廓零件的精密加工。文中在建立叶片电解加工区域二维模型的基础上,分别进行了直流电解加工和高频窄脉冲电流电解加工的电场与流场的耦合数值模拟,对比结果验证了高频窄脉冲电流电解加工较传统直流电解加工的优越性。     

流-固-热多物理场耦合作用下安全阀密封性分析

针对弹簧式安全阀快速回座使得阀盘与喷嘴之间发生冲击进而导致密封结构破坏的问题,提出了考虑流-固-热多场耦合的阀门冲击过程分析方法。建立了用于安全阀瞬态过程仿真的CFD模型,同时针对弹簧式安全阀的固体结构建立了有限元模型,并开展了热力学、静力学与动力学仿真和试验对比。结果表明,仿真和试验所测得的阀瓣位移的变化趋势一致,两者偏差为9.86%,最后时刻的阀瓣速度偏差为3.70%,冲击力两者的偏差为6.94%;随着介质压力增大到18.50 MPa,阀盘最大应力和最大接触压力都呈现了先减少、再增大的趋势,同时,密封面实际接触位置由外圈过渡到内圈。研究结果可为安全阀前期设计提供依据。     

基于FEM的电磁缩径耦合场数值模拟

对管件电磁缩径的磁场力和动态变形进行了耦合场FEM数值模拟。应用ANSYS计算作用在管件上的瞬态磁场力,然后以该力为边界条件模拟工件高速变形,实现管件变形与磁场力之间的耦合。研究结果表明,作用于工件的磁场力及其径向变形分布不均匀;工件变形可以间接说明磁感应强度和磁场力的分布;工件变形较大时,全耦合模拟结果较半耦合模拟更合理,而变形较小时,二者模拟结果相近。管件变形的模拟值与测量结果吻合较好。     

航空叶片电加工多物理场耦合仿真及实验研究

针对涡轮转子叶片电解加工过程参数分布复杂、型面难以预测的问题,分析电解加工过程中电场、流场、温度场特性,建立多场耦合数学模型并利用Matlab ode45函数求解多物理场耦合数值解;利用COMSOL软件对叶片电解加工过程多物理场进行数值模拟,得到加工间隙内电解液流速、温度、电解质电流密度的分布规律;选择合适的工艺参数完...     

激光熔覆三维温度场数值模型的建立与计算

在综合考虑了激光熔覆热流施加、材料传热两方面自身特点的基础上,建立了合理的激光熔覆数值模型。利用有限元法,通过计算模拟,表明所得激光熔覆温度场模拟结果与实际测量情况吻合良好,从而证明了本文数值模型的正确性,为今后各种参数下激光熔覆的温度场模拟提供了理论基础。     

磁场复合电解加工流场分布特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉多流体方法,对磁场复合电解加工的气液两相流进行了数值模拟,研究磁场作用下电解质流场流速、气泡体积分数分布等流体力学信息.仿真表明,静液状态时,在磁场的作用下,液相产生了流速,流速呈环状分布,气相呈搅拌状分布.入口添加流速后,在低流速下,液相速度仍呈环状分布,气相呈搅拌状分布;在较高流速下,液相和气相的分布与无磁场时的分布相近.     

基于大涡数值模拟的磨粒流流场仿真分析

针对磨粒流在非直线管类零件中磨削效果受速度影响及磨削不均匀的问题,应用流体力学软件Fluent,采用Eulerian-Eulerian（欧拉—欧拉）固-液两相流大涡模拟湍流模型与SIMPLE算法,对不同入口速度条件下U型管内磨粒流的流动状态进行了数值模拟研究。对比分析了6种不同速度入口条件下的静态压强、壁面剪切力以及湍流粘度的分布,并分析了入口条件不变情况下的速度分布矢量图和U型管不同位置的速度分布截面图。研究结果表明,增大磨粒流的入口速度有利于提高其对U型管内表面的磨削效果,且在U型管的入口段部分磨削效果较均匀,在弯管部分的0°~30°截面间对内侧壁面的磨削效果要好于外侧壁面,在弯管部分的60°~180°截面间以及在出口段部分,对外侧壁面的磨削效果要好于内侧壁面。     

超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析

为满足不断发展的超声波气体流量计测量精度的需要,改进传感器的设计精度和有效降低安装测试及样机调试成本,针对制约超声波气体流量计测量精度主要误差源之一的管道流场分析问题,结合计算机建模数值仿真技术及实验技术对其流场设计参数以及弯管安装条件等对超声波测量误差产生原因进行定量分析.理论研究和仿真实验结果表明,可以量化分析气体超声波流量计流场误差产生的原因、范围,并通过限定流场修止系数更有效地降低其测量误差,这项研究对该超声波气体流量计的优化设计和工程应用具有一定的指导意义.     

湍流模型对阀门数值模拟精度的影响

采用三种不同的湍流模型对双阀板结构的自力式气体恒流量阀进行了数值模拟,同时搭建了专门的高精度实验台,对不同湍流模型的预测精度进行了比较。数值与实验结果的比较显示,标准的κ-ε模型的预测精度不高,而RNGκ-ε和κ-ω模型的结果更接近实验值。     

金属压铸模温度场的数值模拟研究

以铝合金的常用浇注温度为基础,研究了浇注温度及预热温度逐步升高或降低时,压铸模温度场的分布和变化情况。以生产中常见的方盒类铝制压铸件为例,运用有限元分析软件ANSYS,对其压铸模进行压铸过程的温度场分析。实验表明,该数值模拟得到了较合理的生产工艺参数,从而达到提高铸件质量、延长模具使用寿命的目的。     

蓄热式烧嘴热应力场数值模拟与破损机理分析

通过对蓄热式烧嘴的温度场和热应力场的数值模拟,对蓄热式烧嘴破损机理进行分析.结果表明,疲劳破坏是烧嘴裂纹产生的原因,且裂纹位置位于最大应力幅处.数值模拟结果与实际情况相吻合,说明计算模型和计算结果能够正确反映烧嘴破坏的实际情况,其结果有效可信.     

离心泵内流场的数值模拟

运用Cfdesign流体分析软件,对离心泵内三维不可压缩斋流流动进行了数值模拟.分析了离心泵吸入室、蜗室内流体不同截面处的压力及速度特性;并得到了泵的流量及扬程值,其结果与实验值达到了很好的吻合.通过对泵内流体数值结果分析,可以揭示其内部的流场特性,从而为今后泵的性能预测、设计提供依据,缩短开发周期及其成本.     

电解加工过程多物理场耦合仿真及试验研究

针对电解加工过程中复杂、难以预测的问题,建立小孔内扩孔电解加工过程多物理场耦合的数学模型,利用COMSOLMultiphisics软件进行仿真分析,得到加工间隙内的流速分布、电流密度分布和温度分布,并分析了不同加工时间和电压对温度分布的影响。选择合适的工艺参数进行试验,得到了小孔内壁轮廓曲线的实测值,并与耦合多物理场仿真的理论值、未耦合多物理场(仅电场)仿真的理论值进行对比。结果表明,耦合多物理场仿真的理论值与实测值更接近,误差更小,可以准确地模拟实际电解加工过程。     

运用Deform数值模拟的钢锭加热规范的制定

钢锭的加热是大锻件生产的一个重要环节,加热规范的制定长期以来只能依靠经验公式。随着有限元技术的发展,数值模拟技术越来越多地运用于生产实际。借助于有限元软件Deform-3D对八角形钢锭的加热过程进行数值模拟,获得了钢锭加热过程的温度场和应力场。结果表明:钢锭表面与心部温差将出现两次峰值;钢锭内部应力以心部轴向应力为最大,且在整个过程中会出现两次应力峰值。通过正交试验方法探讨了相变期保温温度、相变期保温时间、温度头等对加热总时间的影响规律,得到了最优的钢锭加热规范。