铝型材非稳态挤压有限体积法模拟关键技术研究与应用

采用Euler网格和有限体积法(FVM),建立了铝型材非稳态挤压过程的数值模拟模型,研究了相应的关键技术。利用SIMPLE算法迭代计算得到速度场和压力场,继而计算获得等效应变速率、温度等物理场量;根据上述场量,结合铝型材热挤压的本构方程,进行动力粘度的迭代与刷新;利用VOF(volumeoffluid)方法追踪材料的流动前沿;利用“移动网格技术”解决挤压杆移动所造成的边界移动问题;利用时间步长的自动调整保证模拟的稳定性和高效性。开发了铝型材非稳态挤压有限体积法数值模拟程序,并对典型铝型材挤压过程进行了模拟,验证了所建立的铝型材非稳态挤压过程有限体积法模型及其关键技术的可行性。     

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。     

铝合金轴固定件热挤压成形的有限体积法模拟研究

由于变形剧烈，复杂铝型材挤压成形有限元模拟会因网格不断重划分而精度欠佳。文中基于可以有效避免网格重划分难题的有限体积法，对铝合金门轴固定产品的热挤压过程进行数值模拟，详细分析挤压成形中各个阶段金属流动情况以及应力、应变、温度、速度等场量的分布变化情况。棒料进人模口至完全流出工作带这段时间是型材挤压最为困难的阶段，材料在工作带处的应力、应变最大，温度最高，因而对模具工作带处造成的磨损也最为严重。进人到最终稳定挤压阶段时挤压方向金属流速计算值与理论挤出速度吻合很好。模拟结果表明所用有限体积法是有效的，可以为铝型材挤压的模具设计与工艺参数的选择提供理论指导。     

基于改进有限体积法的三维注塑成型充模过程数值模拟

根据界面两侧相邻有限体积流动切应力相等的原则,考虑到相邻有限体积内黏度系数的差异,改进传统有限体积法,并推导改进的有限体积中心速度梯度、界面速度和速度梯度的新的离散格式和计算格式。新的离散格式和计算格式能适用于注塑成型充模过程中型腔内塑料熔体黏度差异较大的情形,避免因黏度的变化导致界面两侧相邻有限体积内塑料熔体流动切应力的急剧变化。同理,根据界面两侧热流量相等的原则,推导有限体积中心温度梯度、界面温度梯度的新的离散格式和计算格式。改进有限体积法能有效提高数值模拟的稳定性和计算精度。采用改进的有限体积法分别模拟圆柱内稳态流动以及盒形件、带凹槽平板、一般三维特征的塑料制品的塑料熔体充模过程,模拟结果与理论精确解、试验结果、商业软件模拟结果吻合。数值算例表明改进的有限体积法能较准确地模拟注塑成型充模过程,也可应用于黏度变化比较大的其他单一流体或多种流体的耦合数值模拟,具有重要的理论和实用价值。     

铝材矩形管挤压过程数值模拟

以Al6063矩形管为例,分别采用有限元法和有限体积法对平面分流模挤压过程进行数值模拟分析,结果表明有限体积法可有效模拟任何长宽比的矩形管挤压过程.同时给出了挤压过程中变形材料在不同阶段的流速以及应力应变的分布情况,为同类产品的模具设计提供了一定的参考依据.     

基于有限体积法的离心通风机三维流场动力学特性分析

以G4-73N08D型离心通风机为研究对象,使用Fluent数值模拟软件对风机内部流场进行了三维数值模拟,并对计算结果进行了分析且得出了结论.     

铝材矩形管挤压过程数值模拟

以Al6063矩形管为例,分别采用有限元法和有限体积法对平面分流模挤压过程进行数值模拟分析,结果表明有限体积法可有效模拟任何长宽比的矩形管挤压过程.同时给出了挤压过程中变形材料在不同阶段的流速以及应力应变的分布情况,为同类产品的模具设计提供了一定的参考依据.     

铝型材挤压过程的一种数值模拟方法

通过优化几何模型,采用有限元法与有限体积法相结合,并在有限体积模拟阶段进行分步计算模拟的方法,成功地进行了一薄壁大挤压比铝型材挤压过程的数值模拟,获得了型材挤压过程中的材料流动速度、应力、应变和温度分布图,并对其结果进行讨论.     

横向挤压过程的模拟及应用

采用实验和刚塑性有限元法对枝类零件的机警向挤压过程进行了实验研究与理论分析计算,将所得结果进行了比较并介绍了实际应用。     

无网格法在几何非线性力学中的应用

利用无网格法分析几何非线性力学问题,建立拉格朗日坐标系下基于移动最小二乘法的无网格静力学和动力学模型,并采用载荷增量和修正牛顿迭代法相结合的混合法对静力学模型进行方程求解,采用Wilson-θ法求解动力学模型方程.最后计算直杆和悬臂梁在载荷作用下的变形结果与动力响应,并将计算结果与有限元方法的相比较,结果表明,本文方法是可行的.     

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.     

PREDICTION OF ACOUSTIC PERFORMANCE IN EXPANSION CHAMBER MUFFLERS WITH MEAN FLOW BY FINITE ELEMENT METHOD

The equation of wave propagation in a circular chamber with mean flow is obtained. Computational solution based on finite element method is employed to determine the transmission loss of expansive chamber. The effect of the mean flow and geometry (length of expansion chamber and expansion ratio)on acoustic attenuation performance is discussed, the predicted values of transmission loss of expansion chamber without and with mean flow are compared with those reported in the literature and they agree well. The accuracy of the prediction of transmission loss implies that finite element approximations are applicable to a lot of practical applications.     

基于有限元技术的运动稳定性实时仿真分析

提出利用有限元分析对机构运动过程进行实时仿真研究，模拟了存在弹性连接件系统的运动过程稳定性问题。采用弹性有限元分析技术，对模型系统的运动参数与力学参数进行了深入研究。通过一组弹簧连接的多体运动系统，介绍了实时仿真技术的实现方法与功能。分析结果表明，该方法能够有效地在设计阶段对结构的动力学性能进行预测与评价。在分析过程中，有限元法可以充分考虑运动系统的结构非线性与材料非线性对运动稳定性的影响，与传统的分析方法相比，该方法具有更高的建模精度，并且具有分析过程方便、简单，分析结果详细、形象等优点。     

DEFORMATION ANALYSIS OF SHEET METAL SINGLE-POINT INCREMENTAL FORMING BY FINITE ELEMENT METHOD SIMULATION

Single-point incremental forming （SPIF） is an innovational sheet metal forming method without dedicated dies, which belongs to rapid prototyping technology. In generalizing the SPIF of sheet metal, the deformation analysis on forming process becomes an important and useful method for the planning of shell products, the choice of material, the design of the forming process and the planning of the forming tool. Using solid brick elements, the finite element method（FEM） model of truncated pyramid was established. Based on the theory of anisotropy and assumed strain formulation, the SPIF processes with different parameters were simulated. The resulted comparison between the simulations and the experiments shows that the FEM model is feasible and effective. Then, according to the simulated forming process, the deformation pattern of SPIF can be summarized as the combination of plane-stretching deformation and bending deformation. And the study about the process parameters＇ impact on deformation shows that the process parameter of interlayer spacing is a dominant factor on the deformation. Decreasing interlayer spacing, the strain of one step decreases and the formability of blank will be improved. With bigger interlayer spacing, the plastic deformation zone increases and the forming force will be bigger.     

进口节流式滑阀内流场的有限元计算与PIV研究

用有限元法(FEM)和粒子图像测速技术(PIV)对三种不同开口度下进口节流滑阀沿进口流道、节流口、阀腔以及出口流道的流场进行了数值计算和试验可视化研究。数值模拟的数学模型采用的是连续性方程和Navier-Stokes方程的流函数—涡量式,有限元法用于方程的离散。自行编制的有限元计算程序用来计算求解区域离散点上的流函数及涡量值,再根据流函数及涡量与速度分量之间的关系求出各结点上的速度矢量。对于粒子图像测速试验,光源采用双脉冲Nd:YAG激光器,再用柱透镜和球面镜调制得到1.0mm片光照射流场。30～50μm的聚苯乙烯小球用做示踪粒子,Kodak ES1.0 CCD照相机拍摄流场图像,所得图像用FFT相关算法进行处理,结果用Tecplot输出,数值计算和PIV试验表明,滑阀内部有三个部位产生涡旋。数值计算又表明滑阀开度对阀内部流场结构有影响。研究对于定性分析阀内能量损失、噪声以及对阀的结构和流道的设计有重要实际意义。     

刀具扫描体生成新算法及在数控加工仿真中的应用

介绍一种新的刀具扫描体生成算法。通过将运动物体外表面上的点分成入点、出点和切点 ,新算法能够迅速找到某一时刻运动物体外表面上的切点而形成扫描体 ,从而不依赖于以往扫描体生成的包络法 ,避免求解复杂的方程 ,因而具有方法简单 ,编程容易 ,运算速度快等优点。虽然该算法是针对刀具扫描体生成开发的 ,但它适用于任何回转体扫描体的形成。     

半解析有限元方法在超声波传播模拟中的应用

半解析有限元法是指在空间域使用有限元法离散,在时间域使用精细积分法求解问题的方法。其实施方法有两种,一种是先处理时间域,再处理空间域;一种是先处理空间域,再处理时间域。这种方法因其高精确度和广泛的适用性得到了大量的研究和应用。将其应用到超声波传播的数值模拟中,在多个不同的角度对计算结果进行了分析。分析结果显示,半解析有限元方法适用于超声波传播的模拟,计算精度高,稳定性高。