复合材料细观结构三维有限元网格模型的建立

提出了针对颗粒夹杂为椭球形状并呈随机分布的多相复合材料的三维有限元网格的建立方法,为复合材料细观结构研究提供了一种全自动的建模工具。引入了以体积为标度的任意两椭球骨料侵入的判别准则,实现了一种三维随机骨料的投放算法;在基于映射法的颗粒表面有限元网格生成算法中通过扫描线布点和局部连接技术较好地解决了网格极化现象;采用改进的三维AFT方法生成基体的四面体网格,并利用AFT特性一次生成所有颗粒夹杂的四面体网格;为进一步的复合材料细观结构与宏观力学性能的多尺度计算打下了基础。最后用几个算例验证了算法的有效性。     

一个高效可靠的三维AFT四面体网格生成算法

针对三维推进波前算法(AFT-Advancing Front Technique)存在的效率与收敛性问题,文中提出了一整套改进方案,给出了基于拓扑连接的网格数据结构和基于Hash表的网格元素的插入、查找、删除算法,提高了整个算法的效率.通过在网格生成过程中动态维护前沿的尺寸信息,提高四面体单元的整体质量.在内核回退求解时通过引入前沿优先因子,改变前沿推进的路径,大大增加了回退求解的成功概率;对于极少数不能回退求解的内核采用基于线性规划的插点方法加以解决,这样就基本保证了整个算法的收敛.在网格生成以后,通过删除不必要的内部节点、合并相关四面体单元以及对所有内部节点进行基于角度的优化,从而进一步有效提高了网格质量.数值算例表明,文中提出的改进算法具有接近线性的时间复杂度,生成网格质量好.该算法已经得到工程应用.     

大型离心压缩机叶轮叶片疲劳可靠性分析

研究了国产某型号离心压缩机叶轮叶片的疲劳寿命可靠性设计,探讨了其疲劳破坏寿命的预报方法,发现决定叶片疲劳寿命的工作应力有两个:稳态应力水平和交变应力水平.任何一个应力水平过高,都会导致疲劳寿命降低;降低稳态应力水平可以通过结构优化设计来实现,降低交变应力水平主要靠运行管理来控制.     

异常荷载下导弹（火箭）级间连接结构失效分析

依据导弹（火箭）级间螺栓法兰连接结构特点,简化制作两组原理性实验件,设计进行了横向冲击和准静态荷载两种工况作用下连接结构失效实验。通过对比两种加载速率下的破坏结果,分析冲击力、加载力、螺栓响应数据和连接界面开缝位移数据,总结了连接结构的失效机理。此外,建立了针对连接结构失效进程仿真的有限元模型,并通过实测数据对其检验校核。研究结果表明：连接结构在横向异常荷载作用下呈序列失效特点,单个螺栓由于法兰盘“杠杆效应“存在明显弯曲变形,实际失效模式为“拉弯耦合”失效;冲击加载下螺栓材料“应变率效应”不显著,在本构模型的选择上可暂时不考虑动态加载的“应变率效应”;与实测数据对比可见,基于Abaqus显式算法的仿真模型,对连接结构失效进程的模拟误差在15%以内,工程中可以认为数值仿真得出的结论是可靠的。     

一种分布式的点球弹簧修匀法并行方案

针对非定常流体模拟中的网格变形问题,提出一种基于MPI的分布式并行的网格变形算法.算法对初始网格进行分区,并在分区之间构建共享单元层.在分区内采用点球弹簧修匀法(Vertex-Ball Spring Smoothing,VerBSS)对网格进行变形,相邻分区的边界通过通信进行同步.上述算法在求解过程中保留了节点之间的连接性和VerBSS离散求解的特征,具有较高的变形效率.算例结果表明,上述并行方案变形能力较强,并具有较高的并行效率,适合求解大变形、大规模的网格变形问题.     

改进的三维ODT四面体网格质量优化算法

针对密度非均匀四面体网格,提出一种改进的三维ODT(optimal Delaunay triangulation)网格光顺算法,提高了ODT的适应性.在四面体网格中,以每一内部节点为核心节点,创建由与该节点相连接的四面体单元构成的星形结构;根据网格尺寸场把其星形结构转换到以核心点为中心的归一化空间内,然后在归一化空间内应用经典ODT光顺算法对核心点位置进行优化;通过中值重心坐标将核心点转换回物理空间;这样,通过逐一优化内部节点的空间位置达到优化四面体网格整体质量的目的.算例表明,该算法有效、健壮;对于密度非均匀的四面体网格,其光顺效果比经典的ODT算法更好.     

高效可靠的边界层网格分块层进生成算法

为了提高复杂3D外形的边界层网格生成速度,提出一种基于离散中轴面的前沿分块层进算法.以闭合的边界三角形网格作为输入,在内部生成只含边界点的约束Delaunay三角化背景网格,聚集所有四面体的外心构成离散的中轴面.根据边界面片离中轴面的距离,将边界面片分为2类:快速推进的开阔区域面片和逐层推进的狭窄区域面片.在IntelXeonX5650CPU的单核上对NASA通用研究模型的边界层网格剖分结果表明,该算法的剖分效率是传统层进法或膨胀法的10倍以上,且完成106量级边界面片的分块只用了若干秒.     

非典型气动荷载下压缩机叶轮疲劳强度分析

针对气动激励下压缩机叶轮疲劳破坏问题,研究气动激振力的频域特性以及叶轮共振特性,提出相应的叶轮疲劳强度校核及失效分析方法。对某离心压缩机叶轮非定常气动荷载计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算结果进行傅里叶变换,获得其频率、幅值与相位特征,重点分析气动激振荷载在相邻叶片间的相位关系。对于在相邻叶片间相位差循环对称分布的典型荷载分量,通过干涉图确定叶轮的共振模态,对于相位差非循环对称分布的非典型荷载分量,通过激振频率下叶轮动应力在各节径的分布情况确定叶轮的共振模态。基于叶轮静应力和共振动应力计算结果进行疲劳分析。结果表明,计算预测的疲劳破坏位置与实际发生疲劳裂纹位置相吻合,相位差非循环对称分布的非典型气动荷载激起叶轮零节径的共振是引起叶轮疲劳失效的主要原因。     

基于多体动力学的CPC工艺链系统数值仿真分析

CPC工艺链被广泛用于汽车生产线的车身装配输送过程,运行过程中受到车组吊具重力、上坡阻力、摩擦阻力等综合因素的影响。为了缩短设计周期,验证设计的安全可靠性,该文首次将多体动力学仿真分析应用于CPC工艺链系统的设计,采用脚本语言建模的方法,自动完成了CPC工艺链整体系统的链条、导轨、车组吊具、驱动和张紧等装置之间的装配约束和载荷边界条件设定。在考虑构件间真实接触、摩擦等相互作用条件下,对某汽车装配线CPC工艺链系统进行了动力学仿真分析,求得了系统整体运行时所需驱动力大小、链条链节间相互作用力等动力学分析结果,并对CPC工艺链系统运行的平顺性和可靠性进行验证,建立了完整的CPC工艺链系统的数值仿真分析方法体系。该分析过程和方法对CPC工艺链及其他相似系统的整体设计具有重要的指导意义。     

有限元建模与AutoCAD平台的集成方法

本文讨论了有限元建模与ＡｕｔｏＣＡＤ平台集成中的特殊技术问题与实施方案，重点述了ＡｕｔｏＣＡＤ的ＡＤＳ开发环境，底层数据结构，扩展实体数据接口方法以及有限元分析模的表示方法。