铝合金摩擦液柱成形有限体积法数值模拟

为了研究焊接参数对摩擦液柱成形过程的影响,建立了铝合金材料的三维模型,采用有限体积法对该模型进行了数值模拟,得到了塑性化铝合金的流动速度和压力分布情况,并且分析了焊接旋转速度与进给速度对流动速度和压力分布的影响。仿真结果表明,焊接棒附近流动速度较其他区域大,压力高的区域主要集中在焊接模型底部,进给速度对压力的影响大于旋转速度的影响,对于流动速度的影响主要取决于旋转速度。     

有限体积法在挤压模具设计中的运用

结合有限体积法在挤压模具设计当中应用的相关知识点,并在简要介绍有限体积法及数学材料模型的基础上,分别从平模等长工作带模型的CAE技术处理、挤压模具的设计与修正等两个方面,详细阐述了有限体积法在挤压模具设计当中的实际运用.通过分析和探究,希望能够给广大铝加工企业提供一些参考和帮助.     

铝型材挤压过程非正交网格有限体积法数值模拟与模具优化设计

将流体力学中的有限体积法（FVM）基本理论与刚黏塑性流动理论相结合,建立了基于非正交结构网格的铝型材挤压过程有限体积法数值模拟模型。模型采用非正交结构网格拟合复杂几何形状边界,可实现局部细化;在非正交网格上直接离散直角坐标系下的控制方程,避免了采用适体坐标系带来的复杂坐标转换问题。采用SIMPLE算法耦合求解压力场和速度场,推导了非正交网格上的压力修正方程。开发了铝型材非稳态挤压有限体积法数值模拟程序AE-FVM,并对典型薄壁铝型材挤压过程进行了模拟和模具优化,通过将模拟结果与基于有限体积法的模拟软件MSC/SuperForge的结果进行比较,验证了所建立的数学模型的正确性。     

有限体积法在三维非稳态铝合金挤压过程模拟中的应用

研究基于Euler网格的有限体积法(Finite volume method,FVM)模拟三维大变形非稳态铝型材挤压过程的基本理论和关键技术,应用C语言编制程序求解速度场、温度场等物理场量,并利用运动界面追踪技术--流体体积(Volume of fluid,VOF)方法捕捉材料流动前沿.采用"移动的网格"处理计算区域边界的移动问题,实现对真实物理过程的数值模拟,并将模拟结果与比较成熟的商品化有限元软件DEFORM-3D的模拟结果进行对比,表明所建立的有限体积法模拟模型有效、可靠.结果对比表明,FvM模型的模拟结果更符合实际,证明有限体积法比有限元法更适合大变形挤压过程模拟.     

有限体积法研究钛合金叶轮等温精密成形

针对钛合金叶轮形状复杂、受力状况恶劣以及钛合金材料导热率低的特点,研究了叶轮等温锻造工艺中叶片顶部形状的设计、坯料直径的选择以及工艺参数的制订等技术难点.采用有限体积法模拟了Ti-6A1-4V钛合金叶轮的等温精密成形过程,分析了成形过程中金属的流动行为和对模具的充填能力,给出了成形各阶段工件的温度场和应变速率场分布情况.模拟结果表明,等温精密锻造钛合金叶轮,不仅可以获得很好的金属流线和满意的几何形状,而且由于成形的温度和应变速率条件有利于Ti-6A1-4V材料发生超塑性变形,还可以得到分布均匀的等轴细晶组织,提高锻件的力学性能.     

应用有限体积法研究空气静压导轨力学特性

研究了润滑气膜的主要力学参数.引入有限体积法,应用理想气体等温条件下的k-ε模型封闭控制方程组对润滑气膜的力学特性进行数值分析,得出不同气膜厚度下导轨工作面上的压强分布规律.数值结果表明:导轨内气膜从节流孔沿工作面到导轨边缘的压强分布规律并非按雷诺润滑方程均匀递减变化,而是在节流孔附近存在半径约为500μm的负压区;在静压导轨气膜厚度与承载力分析的基础上,指出气膜与导轨间的气固耦合所引发的导轨弹性自激振动是静压导轨实现纳米级定位的主要制约因素.本项研究为导轨自激振动抑制、气膜振幅减小乃至空气静压导轨整体精度提高等工作做了有益探索.     

应用有限体积法空气静压导轨力学特性的研究

空气静压润滑是精密工程领域的关键技术之一,润滑气膜的压强分布、承载能力、刚度等力学特性是决定导轨稳定性的主要因素。目前,空气静压导轨设计中常采用简化雷诺方程的工程计算方法,存在静态性能误差大的特点。本文针对润滑气膜的压强分布规律、承载力等主要力学特性参数进行研究。基于节流孔出射气流为冲击射流,引入计算流体力学的有限体积法,应用理想气体等温条件下的k-ε模型封闭控制方程组对润滑气膜的力学特性进行数值分析,得出不同气膜厚度下空气静压导轨工作面上的压强分布规律。数值结果表明：导轨内气膜从节流孔沿工作面到导轨边缘的压强分布规律非雷诺润滑方程所给出的均匀递减变化,而是在节流孔附近存在半径约为500µm的负压区、峰值约为0.05MPa;在静压导轨气膜厚度与承载力分析的基础上,指出气膜与导轨间的气固耦合所引发的导轨弹性自激振动是空气静压导轨实现纳米级定位的主要制约因素。     

基于有限体积法的内燃机滑动轴承性能计算分析

应用轴承设计软件采用有限体积法计算了连杆大头轴承转速、油孔位置、供油压力以及穴蚀对轴承性能的影响。结果表明,有限体积法能精确地确定完整油膜区和空穴区,其结果更符合实际情况。     

基于流函数法的铝型材挤压导流模合理设计

采用模拟试验法和理论分析法研究了导流模内型材挤压的流动机理;提出了确定导流腔最小深度的理论依据;用基于流函数的上限分析法确定了实心薄壁铝型材挤压变形的流线方程、动可容速度场、应变速率场及上限功率;讨论了变形程度等参数对导流模最小理论深度的影响,得出实心薄壁铝型材导流腔深度的理论最小值为导流腔半宽的0.7～0.8倍。理论结果得到了试验证实,为导流模合理设计提供了可靠的依据。     

铝合金热轧过程塑性变形分析

根据弹塑性热力耦合大变形有限元理论,获得热轧过程中的数值仿真模型,分析轧制过程中轧件单道次轧制的变形规律以及平均应变率、摩擦因数等参数对轧制变形的影响。计算结果表明,轧件的应变在轧制过程中逐渐增大,并且在轧件表面的应变要大于其中心应变;轧件表面在轧制入口处应变率最大,轧件中心最大应变率发生在接触区约1/3处;轧件表面应变受摩擦因数的影响较大,轧件中心处应变及整体应变率受摩擦因数影响较小。     

具有内衬缠绕式压力容器缠绕过程的有限元模拟

根据具有内衬缠绕式压力容器缠绕过程和有限元分析的特点,提出虚-实结合逐层实化的有限元分析策略,模拟其缠绕工艺过程,将单元划分为虚实两类,实单元采用真实的材料常数,虚单元采用很小的刚度,使其不影响计算结果;在考虑缠绕新一层缠绕带时,将该层绕带的单元刚度取为真实刚度,即将其“实化”;缠绕过程中缠绕带的缠绕张力采用温度参数法控制,使其达到预定值.该方法简便、灵活,适用于复杂形状的容器分析.对圆筒容器的数值分析结果表明,文中的方法与已有的简化解析方法相比具有可靠的精度.     

基于ANSYS的三维建模方法与热挤压模具的优化设计

挤压模具经常发生桥断、桥裂。文中利用有限元软件ANSYS为工作平台,利用其二次开发语言ANSYS parame design language(APDL)为工具,对铝型材热挤压模具实现了三维实体建模,并在此基础上进行有限元分析和优化设计,得到此模具的三维应力分布图,发现该种模具的模桥应力集中相当严重,应力分布极其不均。并获得挤压模具最优结构尺寸参数,使应力集中明显减小,寿命显著延长。     

用有限元法对重卡前轴结构改进设计

使用ANSYS有限元分析软件和PRO／E三维制图软件,模拟台架试验条件,对重型卡车前轴进行静力和模态分析。有限元分析的结果与前轴台架疲劳试验结果相吻合,并根据此结果对前轴结构进行改进设计,提高了前轴的强度和疲劳寿命。     

用有限变形弹塑性有限元法对金属塑性成形工艺的分析和优化

建立了一种基于中间构形及热力学第二定律的超弹性塑性本构关系，并由空间描述的弱平衡方程经一致转换得到了纠正的拉格朗日描述下的平衡方程，同时经线性化处理给出了非线性平衡方程组的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒｅｐｈｓｏｎ迭代求解格式。以线材通过锥形模的拉拨成形为例进行了全面的有限元擞值模拟，从而检验了有限变形弹塑性有限无法在模具设计、工艺优化以及产品缺陷分析等方面的有效性。     

陶瓷产品烧结的数值模拟

应用多孔体可压缩型刚塑性有限元法建立了陶瓷烧结仿真的数学模型。在此模型中导入了收缩驱动力的概念,并自行开发编制了陶瓷产品烧结数值模拟程序。仿真结果与试验进行了比较,一致性较好。在应用实例中预测了形状复杂产品烧结后的外形和内部相对密度分布,分析了其变形原因。该项研究成果有助于陶瓷产品烧结体的质量控制、降低产品制造费用。     

板材热连轧过程的计算机仿真

利用热力耦合大变形有限元理论对热轧过程中金属的变形、温度及其影响因素,连轧温降等方面进行深入的研究,并在不同的轧制条件下,对热轧变形过程的温度场、变形情况及金属流动等进行了实测,将实测结果与计算机模拟结果进行对比,二者吻合良好。     

基于有限元法的电动振动台试验仿真研究

对电动振动台试验仿真技术进行探讨,包括电动振动台有限元模型的建立、边界条件的模拟、驱动力的模拟与施加、试验条件的仿真等.然后以某电动振动台为例,建立并修正能反映其本身动态特性的有限元模型,在此基础上采用有限元法对某试件的振动台试验进行仿真计算,并与试件真实振动台试验进行对比研究.结果表明,仿真计算结果对试件在共振峰频段的动态响应提供较好的预测,在高频非共振峰频段,仿真结果与试验结果有所差异,分析差异产生的可能原因.