激光拼焊板成形过程数值模拟技术现状及趋势

由于焊缝性能与母材存在较大的差异以及焊缝自身形状的特点,激光拼焊板在成形过程中的数值模拟分析可以采用不同的建模方法。介绍了国内外对激光拼焊板数值模拟采用的不同建模方法,比较了不同焊缝模型对计算结果的影响,并利用ABAQUS／Explicit动力显示积分模块分别采用忽略焊缝以及考虑焊缝采用壳单元时的建模方法对U形件的弯曲成形过程进行了数值仿真,结果显示焊缝模型对模拟结果影响较大,采用忽略焊缝的建模方法得到的焊缝移动量较小。     

有限元反向模拟的新算法

针对有限元反向模拟的特点，提出了采用右矩形公式作为近似积分的隐式欧拉方法来进行反向计算，有限元反向模拟新算法的过程跟已有算法相比，不需要几何搜索和迭代，节省了计算时间。采用新算法对航空叶片精锻过程一次成形进行了反向模拟，并与正向模拟进行了比较，结果表明，采用新算法进行的反向模拟与正向模拟是可逆的，从而验证了新算法的可靠性。新算法适用于对大型复杂的非稳态塑性成形过程进行反向模拟。研究结果对实现有限元反向模拟技术的高效计算具有重要意义。     

基于ANSYS LS-DYNA的连续正反拉深成形有限元模拟研究

针对采用有限元模拟方法对连续拉深成形模拟过程中,"后续模拟过程不能继承上一步模拟结果,每次模拟均为独立流程,与连续拉深成形实际过程不符"的问题,对有限元连续拉深模拟过程、参数设置、前后处理等方面进行了研究,提出了基于ANSYS LS_DYNA的连续正反拉深的成形模拟方法和分析流程,通过采用APDL语句控制分析过程及相关参数设置,做到了参数化和通用化。提出并总结了模拟连续成形的技术关键点(该方法可应用于连续冲压成形有限元数值模拟,使连续成形可继承前步模拟结果),并在此基础上进行了后续的反拉深成形有限元模拟分析,做到了分析模拟的连续性。基于这种方法对典型正反拉深筒形制件进行了成形模拟。研究结果表明,该数值分析思路和方法可以实现多次连续冲压成形分析模拟,结果与实际情况较为符合。     

基于压缩试验法的P91韧性断裂行为研究

金属塑性加工中发生的断裂多为韧性断裂,测定材料韧性断裂时的临界损伤值是对切底、冲裁等包含断裂行为的塑性加工过程进行数值模拟的关键。采用压缩法进行了材料试验,并利用数值模拟解决了镦粗过程中应力积分较为复杂的问题,得到了Normalized C-L准则下耐热高强合金P91的临界损伤值,在此基础上,采用单元删除法对P91无缝钢管切底制坯过程进行了模拟,模拟结果与实际工程结果基本吻合。     

质点积分EFGM法在任意形状模具的塑性成形模拟中的应用

对任意形状模具型腔工况下的塑性大变形过程进行高效率的有效数值模拟有实际的工程指导意义,为此笔者将基于质点积分的无网格伽辽金法应用于该过程的分析。质点积分简化了无网格分析中最为耗时的积分运算,可在保证精度的前提下实现高效计算。文中使用有限元网格法描述模具型腔,处理接触界面时,用主从面法进行接触搜索,由罚函数法将接触约束引入变形控制方程,采用显式技术求解系统控制方程。使用上述方法分析带有球头凸模的反挤压铜块工件工艺过程,将计算结果与基于ANSYS/LS-DYNA环境的有限元法得到的结果进行比较,说明了笔者提出方法的正确性和可行性。     

基于双极性PID算法的温度控制系统

在PLC中编写PID程序模块实现对模拟工业对象的电加热锅炉进行加热、冷却双极性控制.双极性PID算法设计采用位置型算法思想和结构化编程方法.算法中引入控制带,避免了积分饱和现象.并对偏差应用死区处理,抑制了小幅恒定振荡.冷却过程中,采用提前控制、变控制参数的方法避免控制的延迟及超调.控制算法中还引入了输出死区、限幅、积分清零等多种控制手段.监控结果显示:PID算法程序模块对温度对象的针对性较强,控制结果超调量较小,稳态误差小于0.2℃.     

循环荷载下钢筋混凝土柱滞回性能数值模拟

基于OpenSees平台,分别采用梁柱纤维单元和带塑性铰梁柱纤维单元建立了钢筋混凝土单柱的纤维模型和纤维铰模型,对循环荷载下的钢筋混凝土单柱非线性滞回反应进行了数值模拟.通过与试验结果的对比,验证了两种模型的模拟效果,并对模拟结果进行了分析讨论.研究表明,采用纤维模型可以较真实地模拟循环荷载下钢筋混凝土柱的非线性滞回性能,模拟结果能够较好地反映钢筋混凝土柱在反复加载过程中刚度和强度退化及捏拢现象,材料本构参数、积分点数目及纤维铰模型中的塑性铰长度对模拟效果有着重要的影响.     

选区激光烧结过程传热分析的高效无网格法

增材制造是通过材料逐层堆积来实现构件无模成形的新型制造技术,近年来受到人们的广泛关注。基于无单元伽辽金法(无网格法)提出了一种可高效模拟以粉末床为主要技术特征的选区激光烧结增材制造过程的数值模拟技术。相应于材料逐层增加过程,逐层引入计算节点和背景积分单元。充分利用无单元法建立近似函数仅依赖于节点而非网格单元的优点,对远离当前加工层的区域自适应地进行"网格"粗化以减小计算规模。为进一步提高计算效率,引入稳定相容节点积分技术,大幅度减少了积分点数目。数值结果表明,所发展方法能够有效模拟选区激光烧结增材制造的热传导过程,再现温度场的演化历程。与使用通用有限元软件的模拟方法以及使用高斯积分的标准无网格法相比,该方法大幅度缩短了计算时间,显著提高了选区激光烧结过程传热分析的计算效率。     

板材成形回弹数值分析的静力隐式方法

给出了板材成形加载过程，卸载过程数值模拟的静力隐式有限元方法，通过平衡迭代求解有限元方程，并采用隐式算法进行应力积分及接触压力计算，这种方法应力计算准确，因而回弹计算结果具有较高的精度，数值计算表明，纯弹性板大变形卸载后能够完全恢复到原始形状，说明该方法对几何非线性问题的分析是非常准确的，最后对板材柱面、球面成形的回弹进行了分析。     

光学全息的数字实现

研究光学全息的数字模拟,探讨数字全息的数字重构方法,以菲涅耳衍射积分的实现方法为基础,采用MATLAB软件实现菲涅耳全息图的数字记录和数字重构模拟,给出模拟结果.利用离散菲涅耳衍射积分方法完成数字全息图的数字重构.利用数字图像处理方法对所得的数字全息图进行适当滤波处理,有利于消除零级像和孪生像,获得清晰的数字再现像.引入全息变换,根据全息图的不可撕毁性,研究了全息变换在数字图像压缩中的应用,对给定的二值化图像实现压缩存储及解压缩处理.     

Analysis of rectangular laminated composite plates via FSDT meshless method

A meshless approach based on the reproducing kernel particle method is developed for the flexural, free vibration and buckling analysis of laminated composite plates. In this approach, the first-order shear deformation theory (FSDT) is employed and the displacement shape functions are constructed using the reproducing kernel approximation satisfying the consistency conditions. The essential boundary conditions are enforced by a singular kernel method. Numerical examples involving various boundary conditions are solved to demonstrate the validity of the proposed method. Comparison of results with the exact and other known solutions in the literature suggests that the meshless approach yields an effective solution method for laminated composite plates.     

方盒形件拉深成形无网格法模拟

针对板材冲压成形有限元模拟存在的不足,采用一种新的数值方法——无网格法对方盒形件拉深成形进行数值模拟研究。建立基于无网格法的板材冲压成形力学控制方程。采用材料形函数避免影响域和形函数的频繁更新。通过改造无网格形函数获得动可容形函数,该形函数具有插值性,通过对全域内的节点形函数进行重新构造,可精确施加复杂问题的本征边界条件。利用模具上分布的节点建立矩阵,利用矩阵的特性可实现接触搜索。在此基础上,为提高接触搜索效率,提出建立稀疏"矩阵"数据结构加快接触搜索。编写板材冲压成形无网格模拟程序,实现方盒形件拉深成形无网格法模拟。通过盒形件冲压成形无网格数值模拟考察压边力对盒形件冲压成形过程的影响,获得厚度分布和应力应变分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,表明采用无网格法模拟板材冲压成形是有效的。     

三维体积成形过程的并行无网格法仿真分析

将显示无网格法引入三维体积成形仿真过程,设计了基于再生核质点法(Reproducing kernel particle method, RKPM)无网格法理论的并行算法。在前处理过程中,采用了多层次二分法对几何模型进行分区;在仿真计算过程中,设计基于消息传递机制的粗粒度并行程序,针对接触搜寻算法的特点,提出了接触问题并行化的新策略。并编制了相应的程序,成功地对三维体积成形问题进行了求解,准确地处理了网格严重畸变的问题,并验证了该算法的准确性和有效性。     

Development of the meshless Hermite–Cloud method for structural mechanics applications

In this work, a novel true meshless numerical technique is proposed. It is termed the Hermite–Cloud method and is based on the classical reproducing kernel particle method except that a fixed reproducing kernel approximation is used instead. Another distinction is that the point collocation technique is used for the discretization of the governing partial differential equations. In this method, the Hermite theorem is employed for the construction of the interpolation functions. Through the constructed Hermite-type interpolation functions, we are able to generate the expressions of approximate solutions of both the unknown functions and the first-order derivatives, in a direct manner. A set of auxiliary conditions have also been developed so as to construct a complete set of PDEs with mixed Dirichlet and Neumann boundary conditions. Through several structural analysis examples, it is shown that the numerical results at the scattered discrete points generated by the Hermite–Cloud method are distinctly improved, for both the approximate solutions as well as the first-order derivatives.     

板坯稳态立轧过程的RKPM无网格法数值模拟

将一种新的数值模拟方法--再生核质点无网格法用于三维稳定状态板坯立轧过程的数值模拟,在入口处插入一层超薄单元处理速度不连续奇异点;由于无网格方法的形函数不是插值函数,利用罚函数法满足本质边界条件。由于立轧时接触区附近局部塑性变形严重,所以对内部的高斯积分点采用双线性一致性条件,而接触表面的高斯点采用线性一致性条件;对摩擦条件进行特殊的处理以避免由于摩擦切应力在中性点发生突变而引起的数值问题。计算了板坯立轧后的狗骨形,计算结果与文献中的试验数据吻合,并对主要场变量进行了分析。     

基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法

为了对金属体积成形过程进行数值模拟，给出基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法。由于移动最小二乘近似的非插值特征给无网格伽辽金方法的应用带来了一定的困难，将再生核质点法中的完全变换法与无网格伽辽金方法相结合，通过对速度场的移动最小二乘近似进行修正，实现速度边界条件的精确施加；采用罚函数法引入体积不可压缩条件，运用刚塑性材料的不完全广义变分原理，给出基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法的离散控制方程以及收敛判据和收敛控制方法。数值计算结果表明方法的可行性及有效性。     

基于配点型无网格法的金属体积成形过程数值模拟

基于配点型无网格法的基本原理，阐述了采用配点型无网格法求解偏微分方程的步骤和方法，推导了刚塑性二维轴对称问题的配点型无网格法求解公式。以汽车气门弹簧座冷挤压过程为例，对金属体积成形的塑性变形情况进行了模拟分析。算例表明，配点型无网格法不需要借助背景网格或有限元网格进行数值积分，解决了伽辽金型无网格法计算效率低的问题。计算结果与有限元法比较接近，说明配点型无网格法用于金属塑性大变形过程数值模拟是可行性的。     

Three dimension profile extrusion simulation using meshfree method

A meshfree method based on reproducing kernel approximation and point collocation is presented for analysis of 3D profile extrusion processes. The point collocation method is a true meshfree method without the employment of a background mesh. We show that, in a point collocation approach, the implementation of program does not need the background mesh, which is a very time consuming process in a Galerkin method for integration. Among the points of the meshfree model, there is no connecting information. A mesh quality control method with mold interpenetration checking based on the Delaunay Bowyer-Watson algorithm is introduced to produce the topological relations, which enable us to show meshfree simulation results using the same procedure as in the finite element method. A C-shape profile extrusion application example is presented and compared with the finite element method to verify the proposed method.     

基于一种再生小波核的SVR在降低多传感器交叉敏感中的应用

在充分研究和比较多种降低多传感器交叉敏感方法的基础上,介绍一种用于消除或降低压阻式压力传感器交叉敏感的张量积再生小波核支持向量回归的方法.这种支持向量回归核函数的构建是基于一种算子理论构造的再生小波核Hilbert空间的方法.实验结果表明,该方法可以明显地降低多传感器的交叉敏感.经其融合后,传感器的温度灵敏度系数α_s和电流影响系数α_1比融合前分别降低了近2个数量级,零位温度系数α_0下降了约3/4.     

不可压流体自由表面流动的SPH数值模拟

根据SPH方法的原理提出了一套模拟流体自由表面流动的方法,场变量及其导数通过核函数插值求取,不需进行差分,也不需要网格,时间积分采用分数步长法,避免了不可压条件带来的压力计算不稳定问题。对流项通过粒子的运动求解,完全消除了数值扩散和自由表面模糊问题。可以模拟飞溅、融合等复杂自由表面现象,并对水坝坍塌这一典型自由表面流动问题进行了模拟,模拟结果与试验吻合良好。