基于COMSOL的水中脉冲放电等离子体数值模拟研究

本文基于COMSOL建立了水中脉冲放电二维轴对称流体模型,通过数值模拟求解载流子的对流与扩散方程计算了纳秒脉冲电压下水中放电产生等离子体的电子密度数值。为研究不不同放电条件对放电过程的影响,本文分析了脉冲电压幅值、脉冲电压上升沿长短与电极间隙距离改变时等离子体电子密度的变化情况。仿真结果表明:随着脉冲电压幅值增大,水中脉冲放电等离子体电子密度增大,且峰值出现时间较快、脉冲电压上升沿较短导致正离子流注发展速度加快、在一定范围内放电间隙变长会获得更高的等离子体电子密度。     

基于COMSOL Multiphysics 非接触眼压计喷嘴的数值模拟

为在非接触眼压计设计时对喷嘴结构尺寸提供数值分析依据,基于多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphsics建立非接触眼压计喷嘴仿真模型,对该模型参数进行理论分析。利用所建不同半径、长度的喷嘴模型,通过仿真确定适合非接触眼压计喷嘴的最优长度、直径,分析额定距离下喷嘴将眼角膜喷为一定平面时眼睛距喷嘴不同距离处压强及速度分布。仿真结果表明,非接触眼压计喷嘴最优参数为喷嘴半径1 mm,长度20 mm,距离喷嘴额定距离10.5 mm。实验结果显示,在此参数条件下,非接触眼压计喷嘴可提供眼压测量的合适喷气压力范围,空气气流喷至眼角膜时可使角膜压平变形到要求的一定直径平面。     

铁磁性材料的磁导率

本文探讨铁磁性材料的磁导率在各种宏观磁化过程中的变化和有关因素及其不同的涵义。澄清了关于B～H曲线的某些概念,并提出一些需要进一步研究的问题。     

基于 COMSOL 的包装食品微波炉加热模拟

目的研究使用COMSOL Multiphysics模拟微波炉加热包装食品的可行性。方法应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了食品介电性能随时间变化的电磁-热传导双向耦合模型,考虑加热过程中的表面热对流,模拟微波炉加热包装食品的过程,并与实验结果进行比较。结果食品内外温度分布的实验结果和模拟结果总体上接近,7个特征点的模拟结果和实验结果接近,特征点最终温度的实验结果与模拟结果均方根误差为1.75℃。结论使用COMSOL Multiphysics来进行微波炉加热包装食品的模拟是可行的。     

基于COMSOL的纸浆模塑干燥模拟及验证

目的 研究采用COMSOL Multiphysics模拟纸浆模塑干燥效率及厚度变化的可行性。方法 基于多孔介质理论,应用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立纸浆模塑干基含水率随时间变化的热湿、水分流动、非等温流动多物理场耦合模型,考虑干燥中含湿多孔介质的湿空气热对流及多孔基体的热传导,模拟在热板加热条件下纸浆模塑的干燥效率和厚度的变化,并与实验结果进行比较。结果 模型内域探针所得模拟结果与实验结果具有良好的一致性,在干燥后期厚度预测误差范围为0.4%～7.7%,干燥效率预测差异值最低为4.3%。结论 采用COMSOL Multiphysics模拟纸浆模塑干燥过程可行。     

铁磁性材料的制造方法

本文是关于铁铝磁性材料的制造方法。该法是把含4～8%Al和96～92%Fe的粉末混合物成形为压制体,在含氮气的中性气氛中把铝部分地变成氮化铝并烧结成空隙度为15～25%。     

基于矫顽力与剩磁的铁磁性材料应力测量

铁磁性材料的磁滞回线代表其在外加磁场下的基本磁特性,磁滞回线反映的磁特性参数磁导率μ、矫顽力H_C、剩磁M_R能灵敏地反应铁磁性材料的微观组织结构。针对铁磁性材料受应力易发生形变的问题,该文研究铁磁性材料内部磁畴结构和所受应力的关系,利用应力引起的磁特性参数的变化确定材料所受的应力大小,基于U型磁轭的电磁检测原理,测量激励线圈中的电流值和感应线圈上的电压值,采集被测磁回路的磁滞回线并计算矫顽力、剩磁。结果表明:矫顽力数值会随拉力的增大而升高,剩磁随拉力的增大呈阶段性变化,利用矫顽力与剩磁可以实现铁磁性材料的受力分析。     

基于有限元方法的双层材料激光超声数值模拟

采用有限元方法数值模拟了单脉冲激光热弹激发双层材料中的超声波,得到了材料的上下表面的应力场分布。通过对铝板中的波形进行快速傅里叶变换得到频率信号,计算出波包群速度,判断出材料中兰姆波的模态。结果表明：受基底影响,在双层材料的上层铝板中得到了三种模态的兰姆波。该研究为复合材料激光超声的应用研究提供了新的途径。     

基于格构模型的岩石类材料开裂数值模拟

采用二维格构模型模拟岩石类材料的开裂过程。格构模型将连续介质离散为由弹性杆或梁单元组成的二维格构网格,单元采用简单的本构关系和破坏准则,单元之间的参数可互有差异,以引入材料的非均质性。在外载作用下对整体网格进行线弹性分析,计算出格构中各单元的局部应力,超过断裂阈值的单元将破坏,材料的破坏过程通过单元的依次破坏来模拟。使用格构模型分析了单轴拉伸破坏和单边切口梁的剪切破坏。数值模拟结果表明,格构模型可作为岩石、混凝土类材料开裂分析的一种有效方法。     

薄膜材料吸声性能数值模拟

为了研究薄膜材料的吸声性能,对带空腔的单层薄膜、双层薄膜及未带空腔的双层薄膜的吸声性能进行了数值模拟。在其它参数保持不变时,随着薄膜材料的质量密度和空腔深度的增加,共振频率逐渐向低频方向移动。带空腔的双层薄膜吸声结构的吸声带宽明显高于单层薄膜的吸声带宽;未带空腔的双层薄膜吸声结构在频率低于一定值时,吸声系数可以保持常数不变。     

材料损伤开裂的数值模拟方法

针对数值模拟材料损伤开裂的现有方法——空单元技术和嵌入过程区中结点力释放方法,提出了释放空单元内结点力的新模拟方法,既可解决原有空单元技术未曾明确的残余应力的释放问题,又可避免采用嵌入过程区方法时所引入的大量重叠结点。己有算例表明,本方法具有模型简明,操作便利的特点。     

闪锌矿Ga1-xCrxN铁磁性的密度泛函理论

采用基于密度泛函的第一性原理方法计算了闪锌矿GaN掺Cr的电子结构和磁性.考虑不同掺杂浓度和位置,计算结果表明,Ga1-xCrxN呈现铁磁基态,Cr原子间是铁磁性耦合并团簇于N原子,Cr原子与最近邻N原子为反铁磁性耦合.我们采用双交换机制解释了磁性来源和机制.计算结果和最近闪锌矿GaN掺Cr的实验结果吻合.     

基于位错密度的晶体塑性有限元方法的数值模拟及参数标定

运用ABAQUS有限元分析软件对基于位错密度的晶体塑性有限元方法(CPFEM)及其晶体塑性参数进行了深入的研究。结果表明,CPFEM晶体塑性本构可以准确地体现材料的力学性能。通过讨论不同晶体塑性参数,得到各个参数可以分别控制材料的屈服强度、硬化过程、剪切应变速率、极限强度等性能。此外,为了标定材料的晶体塑性参数引入多晶的代表体积单元(RVE)模型,并讨论了晶粒数以及晶粒规整度对于RVE模型的影响。结果表明,RVE模型的晶粒数达到临界值750个时能够体现等轴晶的宏观各向同性。结合晶体塑性RVE模拟和拉伸试验结果,对Inconel 718合金的晶体塑性参数进行标定,晶体塑性有限元的模拟结果和实验结果的误差小于5%。证明经过标定的晶体塑性参数可以准确反映Inconel 718的力学性能,也使得进一步研究该合金介观晶粒尺度的力学性能成为可能。     

塑料食品包装材料添加剂迁移的数值模拟

应用有限元法建立塑料包装材料添加剂向食品迁移的数学模型和计算仿真模型.以BHT向模拟食品(酒精)的迁移为例,分析了塑料包装材料在共挤和储存过程以及溶胀情况下添加剂的扩散.建立的模型可用来预测混合边界条件下的添加剂迁移,给出了食品包装中添加剂迁移的解决方案,简化了迁移的研究手段.     

基于整形器的UHPC材料SHPB试验数值模拟与分析

为探讨UHPC材料在SHPB试验中实现恒应变率加载和试件应力平衡的途径,采用大型有限元分析软件LS-DYNA从整形器材料、直径以及厚度等角度出发,开展了相应的数值模拟与分析。通过对软件中KCC损伤模型材料参数取值进行优化,拟合了UHPC材料动态损伤行为,建立了基于SHPB技术的UHPC材料冲击压缩数值模型并与实验验证。在此基础上,开展不同整形器材料、厚度和直径下的参数分析,探讨其对SHPB实验中恒应变率加载和试件应力平衡的影响。结果表明:整形器是实现恒应变率加载和试件应力平衡的有效途径;相对于铜质整形器,铝质整形器能获得的更小的恒应变率因子(Constant Strain Rate Factor,CSRF)值,能更好的实现恒定应变率加载;整形器直径增大到一定的程度,入射波将偏离一维应力波传播,建议整形器直径不宜大于杆件直径的0.4倍;为平衡加载过程中CSRF值和入射波强度,建议整形器长径比不宜大于0.2。     

用于吸波材料的铁磁性/碳材料复合物

铁磁性材料具有良好的磁导特性、较大的磁损耗角正切以及多样的耗散电磁波能量形式,通常是雷达吸波剂的优先选择或重要组成部分;比重大、力学特性及耐候性差等不足大大限制了铁磁性材料作为吸波剂材料的应用。碳材料由于具有良好的介电、简单的复合、特殊的微观结构、较低的比重及稳定的化学特性,通常也是吸波剂的常用选择;但低频吸收差、有效频带窄是碳类吸波材料的短板。铁磁性材料与碳类材料进行复合,制备铁磁性碳基复合物不仅可以同时获得优异的介电损耗与磁损耗性能,又可以兼顾材料的机械特性与耐环境特性,解决易团聚、易脱落、易老化等问题,还可以显著降低合成材料的比重,在吸波领域有着广阔的应用前景。在收集并总结了近年来国内外铁磁性碳基复合材料研究进展的基础上,从材料电磁损耗机理、合成工艺等方面梳理了铁氧体碳基复合材料、羰基铁碳基复合材料和铝硅铁碳基复合材料的吸波应用进展,指出"组合化、结构化、微细化、功能智能化"是未来吸波材料的发展方向。     

飞秒激光烧蚀血管支架材料的数值模拟

为了研究飞秒脉冲激光烧蚀血管支架材料的特性,利用考虑了电子之间热传导项的双温模型,采用有限差分法,对飞秒激光烧蚀NiTi合金的温度场分布进行数值模拟,计算得到了电子温度和晶格温度随时间和烧蚀深度的变化规律,进一步讨论了不同激光能量密度、不同激光脉宽、不同延迟时间对电子和晶格的温度场影响。发现血管支架材料在飞秒激光的作用下,先是电子吸收能量温度快速升高,再通过电声耦合作用将能量传递给晶格,最后两者的温度达到一个平衡状态;激光能量密度主要影响电子的峰值温度和电子与晶格的平衡温度;脉冲宽度主要影响电子的峰值温度和达到峰值温度所用的时间;电子温度随着延迟时间的增加先升高后降低,晶格温度随着延迟时间的增加不断上升。这些理论分析对实际飞秒激光加工血管支架有重要的指导意义。     

层合透明材料抗冲击有限元数值模拟

本文采用三维非线性动力有限元程序DYNA3D，建立了弹丸冲击层合透明材料有限元分析模型，模拟了弹丸冲击层会透明材料动态过程，探讨了层会透明材料被冲击破坏的机理，根据分析结果讨论了提高叠层透明材料的抗冲击性能的设计思想，算例计算结果说明了有限元方法分析的有效性。     

碳基材料超高速粒子侵蚀的数值模拟

应用动力学理论建立了碳基材料超高速粒子侵蚀的数学模型。在模型中引入了表征材料抵抗侵蚀破坏能力的参数: 冲击破坏侵蚀能和剪切破坏侵蚀能。通过定义多重碰撞修正因子β, 给出了多粒子侵蚀材料体积损失的理论计算公式。计算了石墨和C/ C 靶材在Al₂O₃粒子撞击下, 体积损失比随粒子入射角及入射速度的变化规律。结果表明, 脆性碳基材料在超高速粒子撞击作用下, 冲击破坏与剪切破坏同时发生, 冲击破坏在材料体积损失中起主导作用。计算结果与已有的实验值吻合较好。