基于耦合扩展多尺度有限元方法的功能梯度材料热应力分析

以高效模拟功能梯度材料(FGM)微观非均质性对整体热力学性能的影响为研究目的,通过随机形态描述函数(RMDF)法和体积分数的指数分布建立FGM二维微结构,在此基础上,发展了FGM热应力分析的耦合扩展多尺度有限元方法(CEMsFEM)。该方法基于扩展多尺度有限元方法(EMsFEM)的基本思想,对温度场和位移场构造数值基函数,以把微观非均质材料性质带到宏观响应中。同时为了考虑泊松效应导致的不同方向间的耦合作用,在位移场数值基函数中增加了耦合附加项。通过数值基函数建立宏微观单元信息的映射关系,在宏观尺度求解有效方程,节约计算量。为了更好地考虑微观载荷的影响,把结构的真实响应分解为宏观响应和微观扰动,进一步推导出修正的宏观载荷向量。通过不同体积分数分布的FGM在不同载荷工况下的热应力分析算例验证了本文中方法的正确性和有效性,最后讨论了微结构的尺寸效应对结构热力学响应的影响。     

基于热应力分析的汽车散热器水室主片优化设计

将散热芯在热载荷状态下的受力工况视为静不定问题,按热弹性力学基本方程求解弹性体的温度应力.通过有限元分析确定散热芯主片应力分布.基于应变能理论对主片结构进行优化设计.优化结果表明,通过在主片断面上设置第一斜框、第二斜框和第三弧形框,可有效降低主片危险断面的应力,最大降低幅度达15％.对完成的新结构主片进行静载应力测试,结果表明有限元分析较好地与实测数据相吻合,设计效率获得了提高.     

某柴油机排气管热应力计算分析

本文采用流固耦合的方法对某六缸柴油机三段式结构排气管的热应力进行了分析。利用BOOST软件和FIRE软件分别进行了发动机热力学计算、瞬态内流场计算、稳态外流场计算,得到排气管内、外壁面的对流换热系数和温度;在FIRE软件中采用流固耦合的方法,将排气管内外壁面的边界(对流换热系数和温度)映射到有限元模型中,得到有限元模型的边界;用Abaqus软件进行排气管的温度场及其热应力计算。计算结果表明,该排气管内气流顺畅,设计合理,两端排气管设计可靠,中间排气管存在热应力集中问题,还需对局部结构进行改进。     

含有源功率解耦的单相H桥逆变器综合可靠性评估

为抑制单相H桥变换器系统中直流侧低频纹波,近年来出现了许多功率解耦方法减小或消除DCLink电容,延长DC-Link寿命,提高其可靠性。然而,由于有源功率解耦引入了额外器件,且原有器件的应力也有所改变,因此,有必要对变换器级的可靠性进行综合评估。基于2 k W的单相H桥逆变器,通过器件级的电-热应力模型、寿命模型、Weibull分布得到器件级可靠性,并基于器件级可靠性,通过可靠性框图(RBD)得到变换器级可靠性,与传统无源解耦逆变器相比较,综合评估带两种不同有源功率解耦的单相H桥逆变器可靠性。     

模块化多电平变流器(MMC)在电网故障下功率器件应力分析

模块化多电平变流器（Modular MultiLevel Converter MMC）因具有很多的优越特性,因而在过去十年中得到了快速的应用与发展。但是在一些典型的应用场合,如海上风电传输,MMC变流器的功率器件有着非常严酷的运行环境以及工况,这些因素都将会转化为电力电子器件的电气及热力学应力,加速器件的疲劳与故障,从而对变流器系统的可靠性造成不利影响。本文分析了海上风电传输应用领域的MMC变流器系统在电网故障时功率半导体器件应力特性。首先对MMC系统的运行工况以及拓扑结构做了简单介绍,之后对在各种单相电网电压跌落下的器件损耗及热应力特性做了研究与分析。     

涡轮转子起动温升曲线优化及试验研究

涡轮转子在快速起动的过程中会产生较大的热应力,影响转子的热疲劳寿命。结合遗传算法与转子结构热分析,提出发动机起动温升控制曲线非单调参数化,对涡轮转子快速起动过程中的温升控制曲线进行优化设计。优化过程以转子最大热应力为目标函数,计算搜索最优解,并研究温升控制曲线对转子最大热应力的影响。结果显示,优化后的发动机快速起动温升控制曲线可以有效地降低转子的最大热应力和缩短快速起动时间。同时,为了验证提出的涡轮转子快速起动温升曲线优化设计方法的有效性,搭建转子热冲击应力测试试验台,通过对比优化前后温升曲线下的转子最大热应力,验证了理论分析结果。提出的优化设计方法可以为发动机设计初期的快速起动控制方案设计提供一定借鉴。     

1.2316塑料模具钢

正1.2316是高抗腐蚀、高抛光预硬调质塑料模具钢。经真空脱气精炼处理,杂质含量低,钢质纯净,材质均匀;有优良的耐腐蚀性、耐磨性及韧性、良好的抗热应力疲劳性能、材料硬度均匀;极优的机械加工性、抛光性能优越、高的表面精度,易达镜面效果,适合制作透明,镜面产品的模具;淬火时具有优良的稳定性。预硬状态     

C/C材料表面ZrB2-SiC功能梯度涂层残余应力分析

目的以C/C复合材料为基体,设计ZrB_2-SiC功能梯度材料。方法利用Ansys软件对等离子喷涂ZrB_2-SiC功能梯度涂层在沉积过程中产生的残余应力进行数值模拟,分析成分分布指数p和梯度层厚度t对梯度涂层残余应力的影响;并通过基于悬臂梁理论的热应力解析,计算与基体接触的涂层在涂层与基体厚度比λ不同时的残余应力值。结果模拟分析结果表明,在涂层与基体的界面,梯度层的厚度对轴向压应力影响不大,径向压应力和切向应力均随厚度的增加而增大,在边缘区域应力集中较为严重,易产生层间破坏;纯ZrB_2层为表面层,其应力主要为径向压应力,且沿径向逐渐减小至0,到边缘处又突变为拉应力,并随p的增大而减小。对比解析法分析可得两者计算的与基体接触的涂层内部的残余应力随λ的增大都是逐渐降低的,这符合涂层内部的应力分布原理。根据优化设计,获得功能梯度材料在各梯度层厚度d为0.1~0.2 mm,成分梯度指数为4时的热应力变化缓和效果较好。结论基于悬臂梁理论的解析解可以很好地评估热应力,并验证了该模拟的正确性。     

小截面交联聚乙烯绝缘电缆热收缩研究

小截面交联聚乙烯绝缘电缆在堆放储存、敷设安装和通电运行的过程中,绝缘容易发生轴向收缩,易造成导体裸露、触电等危险。对交联聚乙烯产生热收缩的机理进行了理论分析,通过试验研究了导体规格、温度与时间、试样长度等因素对绝缘热收缩的影响,结合理论分析和试验验证提出了改善热收缩的措施。     

基于实测舰载环境温度的固体发动机药柱累积损伤分析

为研究舰载环境温度对固体发动机药柱的影响,对某舰载导弹上、下层发射贮运箱内环境温度进行了监测,应用三维热黏弹性有限元分析方法,计算了固体发动机药柱在实测温度载荷下的温度场和应力场。应用线性累积损伤模型,计算了舰载环境温度载荷作用下药柱的累积损伤。结果表明,药柱星尖处应力最大,所造成的累积损伤最大;上、下层贮运箱内发动机药柱由热应力造成的累积损伤相差不大。