轮轴压装过程的有限元分析

由于轮轴压装质量直接影响轨道列车的安全运行,针对轮轴压装不当产生轮轴内表面严重机械损伤的问题,应用有限元法对其进行研究.用Abaqus建立过盈配合下轮轴的有限元模型,仿真分析压装过程中压装力和等效应力的变化及分布规律,发现应力集中位置位于车轴轮座与轮毂孔的结合处及注油孔的外沿,因此应对应力集中位置做重点探伤;压装过程中压装力和最大等效接触应力都不断变化,其中压装力随着压装位移的增大而逐渐增大,而最大等效接触应力随着压装位移的增大呈先增大后减小的趋势;通过对比不同压入位移时轮轴的等效应力发现,压入位移超过190 mm时,车轴左端卸荷槽处开始发生形变,出现应力集中现象,因此压入位移应控制在190 mm以内.     

水平硅带生长过程的数值研究

建立了水平凝固生长模型,采用凝固动力学和变形几何追踪凝固前沿,通过求解N-S方程和能量方程获得生长模型的速度场、温度场和压强场的分布。进行适当的参数研究,研究射流冷却速度、拉伸速度、Marangoni流对凝固结晶的具体影响。结果表明:凝固结晶过程的温度分布主要取决于热扩散而非流体流动;相对于射流冷却速度,Marangoni应力、拉伸速度对熔体流动更具影响力;Marangoni流对生长过程影响可以忽略;硅片厚度随射流冷却速度的增大而增大,与之相反,随拉伸速度的增大而减小;最大拉速取决于热移除条件,移除热量的速度越快,对应的极限拉伸速度越高。     

温度冲击下星孔药柱应力应变场数值仿真

基于固体推进剂材料特性与温度和时间相关的热粘弹性理论,为提高发动机的安全性,建立了二维星孔装药的模型。利用有限元方法分析了星孔装药在温度冲击过程中的温度、应力、应变的变化过程,得到星孔药柱在温度冲击过程中所存在的危险点。着重得出了不同星尖圆弧半径、不同的星根半角对星尖处应力和应变的影响情况:当星根半角一定时,星尖处的应力值和应变值随星尖圆弧半径减小而增大,半径越小增大的速率越大;当星尖圆弧半径一定时星尖处应力应变随着星根半角的增大直线增大。     

泵送混凝土对铝合金模板的冲击

对铝合金模板在泵送混凝土浇筑过程中的非线性冲击响应进行有限元分析,考虑泵送混凝土的黏度和密度、泵送管道的直径、模板的宽度和边界条件、混凝土浇筑位置和初始冲击速度等不同因素的影响。研究结果表明：浇筑过程中泵送混凝土的初始冲击速度对模板的冲击响应影响最大,混凝土黏度的影响较小;提高混凝土的泵送速度、增大泵送管道的管径和模板宽度,模板的冲击响应随之增大;模板边界约束越弱其位移响应越大,但其最大等效应力和最大塑性应变越小。     

空间充气圆环动力学特性仿真分析

研究空间充气圆环控制问题,对动力学特性进行分析,通过数值计算得到了充气圆环内力分布、固有频率及振型。重点研究了材料非线性特性对充气圆环动态特性的影响,研究了充气内压、厚度、圆环半径、圆环管径变化对空间充气圆环动力学特性的影响。仿真结果表明,材料非线性特性降低了充气圆环固有频率,充气内压越大这种影响越显著。充气圆环各阶固有频率随其内压增大而增大,随厚度增大而减小,并随半径增大而减小,随管径增大而增大。     

螺旋滚筒截割顶板工况的数值模拟

根据截齿截割机理和有限元理论,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了螺旋滚筒截割顶板的煤岩耦合模型,得到截割过程中螺旋滚筒受到的冲击载荷,并验证其载荷的可靠性;通过对螺旋滚筒的动力学分析,找出其在工作过程中的应力分布规律。研究表明:螺旋滚筒的最大应力主要集中在合金头的齿尖局部接触区域、齿柄头部的轴肩处以及截齿齿座根部,当滚筒转速相同时,煤岩受到的应力增加幅度随牵引速度的增加先增大随后逐渐减小;若牵引速度不变时,煤岩受到的应力减小幅度随滚筒转速增大而逐渐变小。分析结果为薄煤层采煤机螺旋滚筒的结构设计及其截割性能的提高提供了重要参考。     

摩擦因数对钢丝绳应力和疲劳寿命的影响分析

以6×36+WS结构钢丝绳为研究对象,在SolidWorks中建立了其三维模型,并导入ABAQUS中,通过定义接触对、设置边界条件,建立了钢丝绳有限元模型。在相同的轴向载荷下,仿真分析了不同摩擦因数对钢丝绳应力分布和疲劳寿命的影响。结果表明,钢丝绳在拉伸状态下,绳股外侧钢丝应力较大,且绳股与绳股接触处钢丝应力最大;随着摩擦因数的增大,钢丝绳应力逐渐增大,疲劳寿命逐渐减小,钢丝绳在应力最大处疲劳寿命最小。     

铝合金整体壁板填料滚弯成型有限元仿真

提出整体壁板填料滚弯成型工艺,建立填料滚弯成型过程的有限元模型.仿真分析填料和工艺参数对滚弯成型壁板的等效应力、剪切应力、等效应变和回弹等的影响规律.结果表明：壁板滚弯成型时纵向筋条的等效应力和应变最大,填料填充滚弯提高壁板等效应力和塑性应变的均匀性,改善壁板弯曲半径的均匀性,提高弯曲件的几何精度;随着压下量的增大,壁板回弹率减小.     

锚固承载层作用下巷道围岩稳定性分析

针对现有巷道围岩稳定性控制方法是将锚杆支护阻力均匀作用于巷道表面,较少考虑锚杆与围岩耦合形成的锚固承载层的等效支护力问题,通过分析围岩力学模型得出锚固承载层等效支护力的解析表达式及巷道围岩在锚固承载层作用下的弹性区与塑性区应力、塑性区半径和巷道围岩表面位移的解析表达式。算例分析结果表明:(1)锚杆长度增加时,锚固承载层厚度随之增大;锚杆长度一定时,随着锚杆排距的增加,锚固承载层厚度减小;锚固承载层等效支护力随着锚固承载层厚度的增大而增大。(2)在塑性区中,相对于不考虑锚固承载层的Fenner解,考虑锚固承载层的本文解下的围岩切向应力较大,应力峰值位置更接近巷道中心位置;在弹性区中,相对于Fenner解,本文解下的围岩切向应力较小,径向应力较大。(3)随着锚固承载层等效支护力的增大,塑性区半径呈下降趋势;随着锚固承载层等效支护力的增大,Fenner解与本文解下的巷道围岩表面位移减小,且Fenner解下的位移变化量比本文解下的大。利用Flac3D软件对锚固承载层作用下的巷道围岩应力、塑性区半径和巷道表面位移进行数值模拟,数值模拟结果与算例分析结果基本一致,锚固承载层作用下巷道围岩稳定性更为可靠。     

交替测量式掘进机定位系统误差建模与分析

交替测量式掘进机定位技术在多次交替测量过程中会产生累计测量误差,从而影响掘进机定位精度。目前主要围绕单次测量误差产生原因、误差分布规律及误差减小方法展开研究,未有针对多次交替测量误差分布规律的研究成果。通过分析交替测量式掘进机定位系统工作原理及定位过程,构建了掘进机定位误差模型。采用作图法验证误差模型的正确性,结果表明作图法与误差模型得到的定位误差基本一致,二者仅存在10^-3数量级误差。通过误差模型研究了角度测量误差、测距误差、推移步长及掘进机与测量平台间距对掘进机定位误差的影响,结果表明:角度测量误差越大,定位误差曲线的曲率越大,即误差增大越快,且Y_T轴定位误差增大速度远大于X_T轴;测距误差对X_T轴定位误差影响较大,测距误差越小,初始X_T轴定位误差越小,但误差变化速度不受影响;随着推移步长增大,Y_T轴定位误差曲线曲率增大,即Y_T轴定位误差增大速度加快;掘进机与测量平台间距和推移步长对掘进机定位误差的影响基本是等效的。采用正交试验方法分析了各因素对掘进机定位误差的影响程度,结果表明:测距误差对X_T轴定位误差影响最大,其次为角度测量误差,推移步长和掘进机与测量平台间距影响最小且二者影响程度一致;角度测量误差对Y_T轴定位误差影响最大,其次为推移步长和掘进机与测量平台间距且二者影响程度一致,测距误差影响最小。通过极差分析方法得到了降低定位误差的最优参数组合。     

飞机圆弧风挡鸟撞击问题有限元模拟

研究了飞机圆弧风挡受鸟撞击的问题.基于飞机圆弧风挡玻璃受鸟体撞击的实验观察,首次建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及其相关部件的全尺寸有限元分析模型.利用流固耦合方法分析了圆弧风挡受鸟撞击问题.计算结果得到了风挡整体结构的变形、位移、应变、应力等几方面的数据,给出了不同速度下撞击力随时间的变化曲线,给出了圆弧风挡在经受鸟体撞击时发生破坏的可能位置.研究结果表明,该圆弧风挡满足工程设计的需要,数值模拟与实验相应结果吻合较好,说明模拟工作的有效性.同时数值模拟结果为研制新机型提供了有价值的数据.     

超高速电梯系统动态仿真分析

电梯的振动是影响舒适性的最主要因素,针对4.0 m/s 超高速电梯系统,以轿厢- 轿架-导轨-钢丝绳耦合系统为研究对象,建立垂直系统振动动力学模型,结合机械系统动力学自 动分析虚拟样机技术,通过建立钢丝绳动力学模型、添加导轨与导靴之间的接触力、水平振动 激励及垂直振动激励,建立电梯整机虚拟样机模型,设定约束与驱动,进行动态特性仿真分析。 仿真结果表明,电梯垂直振动加速度、水平振动加速度等性能指标满足要求,为超高速电梯的 开发提供了设计依据。     

Simulation on contact between the droplet and the slider at head-disk interface based on water-hammer pressure model

To understand the cause of read/write error due to lube accumulation, a model to simulate the slider’s response to the contact impact, which can occur between a lubricant droplet on the disk and a slider, was developed. The contact impact model is based on the water-hammer pressure model with an additional damping force, where the wave-shock pressure is assumed to function as the contact pressure, and the damping force defines the damping characteristics of the impact which are due to the lubricant’s high viscosity and squeeze between the droplet and slider contact area along the slider local velocity direction. The transient contact impact is dependent on lube droplet density, disk velocity, pitch angle of the slider, and contact area between the droplet and the slider. The measured read/write signal jump due to lube pickup can be explained by the simulation results. This modeling and simulation are helpful to us in understanding the read/write signal loss due to a lube droplet at head disk interface.     

The Virtual Prototype Model Simulation on the Steady-state Machine Performance

Articulated tracked vehicles have high mobility and steering performance. The unique structure of articulated tracked vehicles can avoid the subsidence of tracks caused by high traction from instantaneous braking and steering. In order to improve the accuracy of the steady-state steering of the articulated tracked vehicle, the velocity of both sides of the track and the deflection angle of the articulated point need to match better to achieve the purpose of steering accurately and reduce energy consumption and wear of components. In this study, a virtual prototype model of the articulated tracked vehicle is established based on the multi-body dynamic software RecurDyn. The trend of the driving torque and power of each track changes as the velocity difference of two sides of the tracks and the traveling trajectory of the mass center of the front vehicle change in a specific condition are obtained by the experiment. The experimental results are compared and verified with the results obtained from the virtual prototype simulation. The change law of driving power in the steadystate steering process on the horizontal firm ground as changing the velocity difference of two sides of the tracks, the theoretical steering radius, and the ground friction is obtained by the virtual prototype model simulation analysis. The steering inaccuracy and track slip rate are used as indexes in evaluating the steady-state steering performance of the articulated tracked vehicle. The research provides references for the study of steady-state steering performance of articulated tracked vehicles.     

基于SPH算法的飞行器鸟撞数值仿真分析

应用LS-DYNA动力学仿真软件,采用SPH算法进行鸟撞平板数值仿真分析.通过与实际试验结果对比分析,仿真计算结果与试验结果吻合较好,同时得到了鸟弹撞击速度与损伤(最大应力)之间的的经验公式.鸟撞平板仿真验证了仿真方法、模型及结构属性模拟的合理性,仿真计算结论为飞行器结构抗鸟撞设计提供有价值的数据.     

超高压微射流撞击壁面流动特性仿真研究

研究了超高压微射流撞击壁面动力特性优化控制问题,使微射流能最大限度地保持高压能量。为此提出一种集微射流、超高压技术和撞击流三者优势于一体的制备微乳液的新方法,针对超高压下微射流撞击壁面的流场基础研究数据缺乏的问题,分别用三种湍流模型:标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable模型对三个截面进行了计算,进行分析比较优缺点以及对超高压微射流撞击壁面流场的适用程度。仿真结果表明,高速射流的撞击会产生巨大破碎作用。通过对喷嘴出口到壁面的速度和动压的结果分析,最佳的距离能获得最大的碰撞能量,有效地解决了喷嘴出口到壁面距离的优化,以便得到更好的粉碎效果,为射流撞击动力学的研究提供了依据。     

Fluid flow and heat transfer in the evaporating thin film region

The evaporating thin film region is an extended meniscus beyond the apparent contact line at a liquid/solid interface. Thin film evaporation plays a key role in a highly efficient heat pipe. A detailed mathematical model predicting fluid flow and heat transfer through the thin film region is developed. The model considers the effects of inertial force, disjoining pressure, surface tension, and curvature. Utilizing the order analysis, the model is simplified and can be numerically solved for the thin film profile, interfacial temperature, meniscus radius, heat flux distribution, velocity distribution, and mass flow rate in the evaporating thin film region. The prediction shows that while the inertial force can affect the thin film profile, interfacial temperature, meniscus radius, heat flux distribution, velocity distribution, and mass flow rate, in particular, near the non-evaporating region, the effect can be neglected. It is found that a maximum velocity, a maximum heat flux, and a maximum curvature exist for a given superheat, but the locations for these maximum values are different.     

大规模无线传感器网络仿真节点随机部署分析

无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点.大规模节点部署的无线传感器网络给实际应用和科研工作带来困扰,甚至无法完成.文章基于OPNET平台,在仿真无线传感器节点和应用层进程模型的基础上,采取接收信号强度指示测距定位技术控制节点传输距离,在一个相对较小的空间区域部署大量节点.仿真模型运行后,分析了网络应用层若干性能,包括网络传输半径、传输半径与能量消耗关系、网络延时和吞吐量,验证了网络拓扑结构的收敛性和合理性.根据多路衰减模型,综合考虑数据分组传输距离与能量消耗之间的平衡,计算出节点传输半径与最大传输半径及最小传输半径的数值关系.     

基于SPH算法的钢球高速撞击肥皂数值仿真

运用光滑粒子流体动力学分析方法,对钢球高速侵彻肥皂靶标进行了数值仿真分析。建立了钢球与肥皂高速撞击数值计算模型,运用侵蚀接触算法,求解了高速钢球侵彻肥皂的动力响应时间历程,获取了钢球侵彻肥皂靶标的侵彻深度与投射物速度关系图和瞬态Von—Mises等效应力云图,分析了高速碰撞过程及碰撞过程中空腔的形成和变化情况,并与实验结果及Lagrange数值仿真结果对照,计算结果具有良好精度,表明运用SPH方法能够较好地描述高速撞击现象。文中的研究表明,SPH技术是开展创伤弹道研究的有效手段。