挖泥船绞刀挖岩的离散单元法数值模拟

对挖泥船绞刀挖岩的三维离散单元法数值仿真过程进行了研究,使用离散元软件EDEM通过虚拟休止角试验标定了颗粒及边界的摩擦系数,通过虚拟单轴压缩试验和虚拟巴西圆盘劈裂试验标定了接触模型微观参数,并完成了绞刀挖岩的离散元动态切削仿真。结果显示切削形貌与实际基本相符,扭矩平均值与实验值以及有限元仿真值基本相符,进而验证参数标定的可靠性,对预测绞刀受力具有参考意义;同时不同于有限元仿真,材料破碎后碎屑颗粒依然保持运动,为进一步研究碎屑的导送提供可能。     

基于有限单元法的液体晃荡数值模拟

利用位移格式的有限单元法研究液体晃荡行为。对二维刚性边界条件和三维弹性边界条件矩形储液容器液体晃荡进行分析。得到液体晃荡固有频率、自由液面瞬时高度和自由液面高度时间历程曲线等。二维刚性边界条件的结果与线性解析解具有很好的一致性,验证了有限单元法的适用性。在弹性边界条件下给出了自由液面瞬时高度、自由液面高度时间历程曲线和弹性容器的等效应力,反映了液体晃荡对弹性容器的影响。突出了基于位移格式的有限单元法在处理弹性边界条件液体晃荡问题的优势。     

层合板低速冲击损伤的数值模拟

为了分析复合材料层合板在冲击载荷作用下,层合板的损伤演化发展情况,结合采用单元失效技术和铺层刚度退化技术建立层合板低速冲击的三维有限元分析模型。在该模型中,当有限元模型中的单元发生某种冲击失效形式时,定义该单元发生部分失效,并将其刚度适当的退化。计算发现冲击背面容易产生基体开裂,并由此导致分层发生,而且靠近冲击背面的界面所产生的分层面积要较靠近冲击正面的界面的分层面积要大;随着冲击能量的增大,分层面积也增大;当冲击能量很高时,铺层内会出现纤维断裂,同时在层合板的边界处也容易出现损伤,计算结果和试验结果吻合。     

偏心高速冲击杆有限单元分析

以模锻锤锤杆为对象，借助有限单元法，分析了细长杆在对中、偏心条件下高速冲击时的应力分布，得出了应力沿杆长的分布图，并研究了不同圆角半径和材质对应力分布的影响，为该类杆件结构的改进提供了理论依据     

基于生死单元法的双辊铸轧过程热-力耦合数值模拟

以二辊160mm×150mm立式铝带实验铸轧机为对象,基于MSC.Marc商用有限元软件及其二次开发接口,引入纯铝固-液两相材料本构模型和界面压力热阻数学模型,建立了双辊铸轧过程热-力耦合非线性有限元模型。采用生死单元法模拟铝液的连续浇入,解决了辊套和铸轧区铝带材间的连续耦合传热问题。通过数值模拟,给出了铸轧速度、浇铸温度、熔池高度等因素对KISS点位置和辊面温度时间历程的影响规律,并对典型工况温度模拟结果进行了实验验证。     

基于离散单元法颗粒阻尼的耗能研究

提出了用于颗粒阻尼耗能研究的新算法,建立了颗粒阻尼软球耗能模型,并通过研究颗粒层之间的滑移和竖直压力来计算颗粒层之间的耗能情况,通过迭代法得到颗粒阻尼中摩擦耗能情况,并由此推导出颗粒阻尼摩擦耗能的理论计算公式。在简谐激励条件下,对圆柱形钢制容器内的颗粒体耗能情况进行测试,系统地研究了颗粒层深度对阻尼性能的影响,试验结果对理论计算给予了有效验证,同时得出随着颗粒填充高度的增加,阻尼效果明显加强。     

金属成形数值模拟中的接触单元法

给出了一种基于罚函数方法及库仑摩擦规律的点一面接触形式的接触单元法,根据等向滑动函数的概念,推导了粘着接触与滑动接触的接触单元刚度阵,由于这种方法在单元积分点引入接触约束,扩大了接触搜索面积,因而接计算更加稳定。数值计算表明该方法能得到较好的结果。     

柔性连杆机构冲击载荷动力学数值模拟

现代设计要求柔性连杆机构不仅在质量上要轻型化，而且性能上还要满足承受重载荷的要求。在高速运转的情况下，载荷的冲击而引起柔性连杆机构动力学特性的变化也应该加以研究，以为机构综合提供理论依据。本文对承受具有一定质量载荷冲击的柔性连杆机构动力学控制方程作了修正，使其能够较好地反映冲击载荷的动力学效果，并以此进行数值模拟。模拟结果表明，基频对冲击载荷较为敏感，冲击载荷质量与连杆中点动态响应呈反指数关系，这说明柔性连杆机构对于冲击载荷具有较好的稳定性。     

冲击碰撞中接触问题的数值模拟研究

介绍了冲击碰撞过程中接触问题的处理方法以及在数值模拟中接触理论的主要算法，提出碰撞接触理论方法在锤击消应力研究中的重要作用。     

喷丸强化过程的有限元和离散元模拟

利用有限元法建立喷丸强化过程中单/多颗弹丸连续撞击靶材的数值分析模型,对于单弹丸撞击情况,探讨了弹丸参数(速度和角度)对靶材中残余应力场的影响,对于双弹丸连续撞击情况,探讨了第二颗弹丸速度对靶材中残余应力场的影响;建立了模拟喷丸强化过程的三维离散元模型并进行了数值试验研究,分析了喷丸强化过程的工艺参数(质量流速、初始速度、喷嘴攻角等)对颗粒流中弹丸间相互碰撞的影响;结合有限元和离散元计算结果,提出对喷丸强化工艺参数进行优化控制,提高喷丸强化的加工工艺水平,以实现更好的强化效果.     

基于离散元法的沥青混凝土振动切削过程的数值模拟

铣刨机作为沥青混凝土路面的重要养护机械,其需求量不断增长,国内自主研发高性能铣刨机已刻不容缓。数值模拟可以直观量化表达铣刨作业中铣刨刀具的受力情况,已经成为研究铣刨机整体性能的重要手段。基于三维离散元法建立符合宏观力学性能的路面模型,建立铣刨作业模型仿真量化铣刨作业过程的铣刨阻力,采用单轴压缩和劈裂抗拉试验测定沥青混凝土路面的抗压模量和抗拉模量,获得校核微观接触连接参数的宏观标准。利用三维离散元软件PFC3D编写算法生成具有不规则形状粗集料的离散元试件。通过建立运动学模型推导振动铣刨的临界条件表达式,研究附加不同振动方式对作业过程受力的改进情况,从而计算出铣刨机振动铣刨振幅和振频的优化组合数值,获得铣刨机较优的激振方式。     

金属粉末零件压制过程有限元模拟的研究

论述粉末压制过程的建模理论，建立屈服准则中静水应力影响因子与粉末压坯密度之间的动态关系式。在此基础上，运用有限元方法对回转类粉末压制零件进行计算机模拟，结果印证理论分析，并与实验结果相符。     

基于离散元的玻璃切割塌边现象仿真研究

玻璃切割产生的塌边破坏问题是玻璃在切割后分离过程中出现的一个实际问题,它的本质是玻璃材料由连续体向非连续体转变的一个极其复杂的力学过程。阐述了基于圆球单元的三维离散元原理,建立了基于球体单元的玻璃切割塌边的三维离散元模型,应用离散元法仿真分析了玻璃切割塌边全过程。通过仿真试验比较不同金刚石划痕深度对塌边量的影响,结果在定性上符合预期现象,从而进一步说明了离散元的方法对于该现象仿真评价的有效性。     

金属塑性成形过程再生核质点无网格方法数值模拟

应用微可压缩材料的流动法则,采用再生核函数无网格方法,自行开发了求解方棒压缩、圆棒压缩、反向挤压和轧制等金属塑性成形过程应用程序。应用再生核质点无网格方法计算得到纯铝和铝合金材料金属塑性成形过程的速度场和应力场解析结果,并与自行开发的I-Form有限元程序得到的计算结果以及试验数据进行了分析比较,结果符合良好。再生核质点无网格方法具有求解金属大变形特点,解决了有限元法中的网格重划问题,为复杂金属变形分析提供了良好的研究手段。     

单晶硅加工裂纹的离散元仿真研究

通过力学性能数字试验模拟及校准,建立了单晶硅的离散元模型.基于该模型对单晶硅微加工过程进行了动态模拟,分析了不同切削速度、切削深度及刀具前角等对加工后表面裂纹情况及切屑形成的影响,结果表明:加工后表面裂纹的数目及其最大深度均随刀具前角的增大而减小,而随切削速度及切削深度的增大而增大;切削速度越高,切削深度对加工表面的质量影响越大;随着刀具由正前角变为负前角,刀具前方特别是刀具下方的材料损伤程度逐渐增大,在前角变至0°之前,刀具下方的材料损伤程度基本上保持不变,而当前角变为-15°时,刀具下方的材料变形程度显著增大.     

基于有限变形弹塑性本构方程的金属粉末压制成形力学建模及数值模拟

报告在中国国家自然科学基金重点项目“金属粉末高致密化精密成形系统技术基础及应用”、国家高技术研究发展计划(863计划)“高性能粉末冶金材料温压精密成形技术”和广东省自然科学基金研究团队项目“金属粉末精密成形先进制造系统的理论及应用研究”的共同资助下,所提的基于有限变形弹塑性本构方程的金属粉末压制成形力学建模及数值模拟研究成果。在分析比较椭球面屈服准则和岩土类材料屈服准则的基础上,选择适用于金属粉末材料等可压缩连续体的椭球面屈服准则。     

WC-Co粉末压制过程有限元模拟研究

利用有限元分析软件MSC.Marc对WC-Co粉末进行不同压制方式的数值模拟,得到不同压制方式下的相对密度分布图,并对其差异进行了分析.另外,采用正交试验对V、D形数控刀片夹角、圆弧值对相对密度分布的影响进行分析,找出影响刀尖处密度分布的主、次因素.其模拟结果对认识粉末压制过程机理、制订压制工艺具有重要的指导意义.     

基于离散单元法多孔陶瓷微球骨支架的微观结构分析

人工骨支架的孔隙率是评价体液在人工骨内部循环和细胞生长能力的重要参数,利用离散单元法分析模拟人工骨支架制备过程中HA微球的堆积过程,实现了对堆积内部微观情况的预测。本文以PFC3D软件为平台对HA石微球人工骨支架的微观结构进行了模拟仿真,从而通过改变HA微球和可速溶性小球的数量比及半径值,实现孔隙率可控,得出配位数为6时,HA微球人工骨支架的孔隙率为0．59,在满足力学性能的条件下,与人骨组织的孔隙率最为接近。     

单晶硅力学性能及尺寸效应的离散元模拟

通过建立紧密连接且随机分布在指定区域内的圆盘形颗粒离散单元的力学模型来研究单晶硅的力学性能,并采用不同尺寸的离散元模型研究力学性能尺寸效应。结果表明:泊松比、单轴抗压强度、弹性模量以及断裂韧性的尺寸效应不明显,弯曲强度则随着模型尺寸的增大而减小。建立了连续体经典断裂力学有限宽板条单边直裂纹的离散元力学模型,改变初始裂纹长度进行模拟得到的结果与单边切口梁模拟结果及文献报道的试验值一致。