基于微元法的高速制动盘瞬态温度场仿真分析

高速列车制动时,制动盘摩擦表面的温度场直接影响制动盘表面磨损、相变、热裂纹及其使用寿命。以某型高速列车基础制动装置现役锻钢制动盘为研究对象,建立热载荷模型:考虑制动闸片几何形状和分布对热流密度的影响,建立了基于微元法的摩擦面热流密度计算模型;由于热辐射计算的非线性求解特性,将热辐射系数折算成等效对流换热系数,建立了对流换热模型与辐射换热模型相结合的综合换热模型。考虑到制动盘面和散热筋几何截面的突变性,建立了由盘面和散热筋六面体网格与接触部位过渡网格构成的制动盘热分析有限元模型。对高速列车在200km/h速度下紧急制动时制动盘瞬态温度场进行仿真分析。得到制动盘温度分布规律和温度变化曲线,为制动盘选材及结构优化提供相应理论参考。     

飞机刹车装置的三维瞬态温度场的分析

针对飞机刹车装置这种循环对称结构,合理考虑各种相关参数,使用MSC.Marc软件建立了刹车装置的三维瞬态温度场。计算结果表明:16s时,装置的温度集中分布在600℃￣900℃,最高温度1097℃出现在中间动盘接触面上的半径较大处的中间部分;刹车装置内最高温度随时间呈先上升后下降的趋势,12s时达到最大值1178℃;最大热应力出现在制动过程中;产生刹车作用的推杆存在一个最佳的作用位置;刹车装置宜采用大热容的材料,同时动盘的热导率应较小。     

高弹联轴器橡胶件的三维瞬态温度场分析

高弹联轴器橡胶件的温度分布将影响其自身寿命和轴系运行的可靠性。结合传热学和有限元解耦理论,分析得到动态扭转载荷作用下橡胶件的温度场分布变化过程和温度变化曲线。开展动态热机械分析,根据得到的损耗因子随温度的变化关系在温度场计算中进行损耗分析迭代。利用扭转振动试验台开展了橡胶件温度分布测试试验,对比了将损耗因子作为定值和考虑损耗因子温度相关性的两种计算方法与实测数值的误差,验证了有限元数值模拟方法的有效性。研究表明,考虑损耗因子温度相关性的计算方法计算精度更高,进一步分析可得到高弹联轴器的许用扰动转矩,为联轴器以及轴系的性能监测和高弹联轴器的设计优化提供理论依据。     

用三维边界元法分析曲轴加油孔的应力集中

采用分阶段计算方法，对柴油机曲轴的加油孔进行三维边界元分析，得到了孔内应力分布规律。     

随机瞬态温度场分析

研究随机瞬态温度场响应的数字特征问题.考虑导热中物理参数和边界条件的随机性,并将随机参数用随机因子的形式表示.从结构温度场响应的近似表达式出发,利用求解随机变量函数数字特征的代数综合法,导出具有随机参数温度场响应的均值和方差的拟解析计算表达式.通过算例考察各参数的随机性对温度场响应随机性的影响.该方法具有只进行一次随机温度场分析便可以获得其响应数字特征,且可以考察任意参数的随机性对温度场响应的影响的优点.     

三维无摩擦接触问题的边界元法

主要讲述三维无摩擦接触问题的边界元理论的建立,以及离散积分方程的求解,目的是描述接触问题边界元方法建立的全过程。     

三维弹性接触问题边界元法的研究

应用Microsoft Fortran PowerStation自行开发了基于Windows操作系统,适用于一般三维弹性物体接触应力的边界元分析程序3DCBEM.用本程序对几个算例作了分析验证,得到了满意的结果.     

三维无摩擦接触问题的边界元法

主要讲述三维无摩擦接触问题的边界元理论的建立，以及离散积分方程的求解，目的是描述接触问题边界元方法建立的全过程。     

三维性接触问题边界元法的研究

应用Microsoft Fortran PowerStation自行开发基于Windows操作系统,适用于一般三维弹性物体接触应力的边界元分析程序,3DCBEM。用本程度对几个算例作了分析验证,得到了满意的结果。     

飞机刹车副的三维瞬态温度场和热应力仿真分析

飞机的刹车装置是利用摩擦产生制动将高速运动的动能转换成热能,产生的高温使摩擦材料的物理、化学性质发生变化,由于较大的温度梯度的出现使刹车盘上存在非常大的热应力,使刹车系统的安全性能受到威胁,所以对刹车盘瞬态温度场和由此产生的热应力进行计算就显得非常必要。针对飞机刹车盘瞬态温度场和热应力仿真建立了有限元模型,有限元网格划分采用六面体结构。对刹车过程进行了理论分析与计算,并运用MSC PATRAN/MARC软件对其进行了仿真计算。刹车副的最高温度为1 020℃,与刹车副温度场的经验值基本吻合,在以温度场和刹车副的位移约束为边界条件计算得到刹车副的热应力。热应力的分布特点和温度梯度是一致的,所以热应力的计算结果是合理可行的,可以应用于飞机刹车盘设计过程中。     

用于ANSYS切削温度场仿真的刀具传热边界分析

由于不能采用Third Wave Advant Edge切削软件对42Cr Mo高强度材料进行三维湿切削仿真,选择采用ANSYS进行切削温度场仿真分析。为此,本文采用Advant Edge对42Cr Mo进行二维干切削仿真分析切削力和切削温度。根据M.C.Shaw切削理论,计算前刀面热流密度,并分析其它传热边界。以此为条件采用ANSYS对切削温度场进行仿真分析。它与采用Advant Edge对42Cr Mo进行三维干切削仿真温度场相吻合,因此对刀具的传热边界分析具有可信性。     

机车制动盘三维瞬态温度场与应力场仿真

基于三维循环对称有限元模型,提出了机车制动盘制动过程中温度场和应力场的计算方法。讨论了边界条件和各种相关参数的确定方法,尤其是机车整个制动过程中制动盘换热系数的计算方法。同时运用有限元软件ANSYS7进行了制动盘及相关部件三维瞬态温度场和应力场的仿真与分析。仿真结果表明:在制动开始阶段,制动盘迅速升温,高温区集中在制动盘摩擦面表层,最高温度达220℃;制动过程结束后,整个制动盘有一段较长时间的降温过程;制动盘系统各部分的最大热应力-时间曲线变化规律不一致,但均满足材料强度要求。仿真结果与实验数据相符,证明了该三维有限元模型及其温度场计算方法的正确性。     

基于图元的三维离散元法边界建模方法

为实现由三维计算机辅助设计模型（三维计算机辅助设计软件设计图）建立边界的三维离散元法分析模型,提出一种基于图元的三维离散元法边界建模方法及实边界图元和虚边界图元的概念。在此基础上,建立了圆形平面、圆锥面和圆柱面等二十余种三维图元与球体颗粒的接触检测、接触点求解,以及接触叠合量的计算方法,并通过几个实例,验证了该边界建模方法的正确性和有效性,为设计阶段的计算机辅助设计模型进行机械部件工作过程的仿真分析奠定了基础。     

转筒式电涡流缓速器的转筒三维瞬态温度场分析

介绍了转筒式车用电涡流缓速器的结构原理,运用虚拟边界法将内热源进行了简化处理,建立了转筒式电涡流缓速器的转筒三维模型.基于三维有限元模型,提出了电涡流缓速器制动过程中转筒温度场的计算方法.计算与试验结果对比表明,采用三维有限元模型计算能比较精确地反映转筒温度场的分布,且能够有效反映转筒温度的瞬态变化,验证了建立的三维有限元模型及其瞬态温度场计算方法的正确性.     

驾驶室外声场分析的边界元法与无限元法

车外噪声是产生环境噪声的重要因素,驾驶室外声场的数值分析能够为控制噪声提供理论参考。介绍外声场分析的边界元法和无限元法两种数值方法的基本理论,研究声固耦合问题分析的流程,包括无限元法与有限元法耦合、有限元法与边界元法耦合。以拖拉机驾驶室模型为例,对驾驶室外声场进行数值分析,分析结果表明两种方法计算的声场结果基本一致,都能有效地分析驾驶室外声场,指导驾驶室结构设计。     

用边界元法计算连续铸钢板坯在结晶器内的温度场

本文根据三维不稳定热传导方程及其边界条件,应用边界元方法,计算连续铸钢板坏在结晶器内的温度场,得到了较满意的结果。根据钢的含碳量,可从计算的温度场确定结晶器内及出口处板坯凝固层的厚度。     

钛粉选区激光烧结三维瞬态温度场模拟

考虑材料在烧结过程存在着相变潜热的特性和材料热物性参数随温度变化特性等,基于ANSYS建立选区激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)成型过程的模型,并且利用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了激光高斯热源的移动加载。以纯钛粉末为烧结材料进行三维瞬态温度场模拟。模拟结果表明:由于热积累效应,随着扫描时间的增加,熔池的温度越来越高,热影响区也随之增大;光斑中心热影响区随激光功率增加而扩大,同时热影响区温度也随激光功率增加在提高;扫描速度小,容易造成液相的流动,出现孔洞,扫描速度过大,则粉末不能完全熔化。     

三维弹性问题的边界元法中几种基本单元的分析

本文给出了三维弹性问题的边界元法中三种单元—四边形常数、线性、二次元的基本公式。提出了一种计算四边形4节点常数元r~(-1)(0)和r~(-2)(0)型奇异积分柯西主值的新方法,算例表明新方法比现有方法的精度高;最后分别用上述三种单元分析了柱体拉伸和弯曲两个算例,对各种数值结果的误差进行了分析和比较。     

基于循环对称结构制动盘的三维瞬态温度场仿真

针对制动盘这一类具有循环对称特征的结构,建立了三维瞬态温度场泛函形式的数学模型,从而使计算模型和计算规模大大简化;采用ANSYS有限元程序对制动盘流场进行计算,得到了制动盘表面任意时刻的对流换热系数,进而获得其温度场分布;并且计算结果与实物试验结果比较吻合。