非均质材料瞬态热传导的时域自适应等效分析

为实现非均质材料瞬态热传导的时域自适应等效分析,提出了一种分析线性非均质材料瞬态热传导的等效模型,用来预测等效性能并评估宏观温度场的等效行为;基于时域自适应算法,将瞬态热传导方程在时段上展开,结合渐进展开均匀化技术,得到递推格式的等效热传导方程,再利用有限元方法得到等效瞬态温度场求解模型.在实现等效分析的计算中,可通过自适应计算避免时段大小变化时可能出现的计算误差.通过数值算例,将等效分析的计算结果与基于ANSYS的有限元非均质解进行了比较,结果是令人满意的.     

复合材料层合锥柱结合壳的有限元强度分析

本文应用各向异性层合壳体理论的有限元位移法对层合锥柱结合壳进行了强度分析。给出了各向同性锥柱结合壳和复合材料层合维柱结合壳的数值结果。各向同性锥柱结合壳的数值结果和三维弹性理论的有限元法计算结果作了比较,两者符合得很好。复合材料层合锥柱结合壳的数值结果也和用轴对称曲壳单元程序的计算结果作了比较,两者也很一致。      

周期性材料非经典热传导时空间多尺度分析方法

研究了一种空间-时间多尺度的方法,来分析周期性材料中非傅立叶热传导问题。计算模型是根据空间-时间尺度的高阶均匀化理论建立的,通过引入放大空间尺度和缩小时间尺度,研究了由空间非均匀性引起的非傅立叶热传导的波动效应和非局部效应。合并不同阶的均匀化非傅立叶热传导方程,消去缩小时间尺度参数,得到四阶微分方程。并进一步用C0连续修正了高阶非局部热传导方程的有限元近似解,使问题的求解避免了对有限元离散的C1连续性要求。给出的数值算例讨论了各种情况下方法的正确性与有效性。      

高强度钢板热成形温度场数值模拟分析

高强度钢板热成形过程中,板料和模具于接触表面具有强烈的热传导现象。温度的不断变化将直接影响热成形钢板的最终成形性能和水冷模具的寿命。基于此,该文建立了板料与水冷模具间相互耦合的接触表面热传导模型,并运用传热学和一般壳体温度场有限元分析理论,构建了计算热成形过程板料和模具接触的温度分布场。通过U形件热成形数值模拟与实验结果的一致性对比,验证了建立的热传导模型的有效性。     

轮胎振动声辐射数值分析

以225/50R17光面和纵向刻槽子午线轮胎为例,利用有限元软件ANSYS和边界元软件SYSNOISE对在面荷载激励下的轮胎振动与声辐射做了数值计算和分析。在有限元模型中,分别计算了轮胎在受径向接触面力、切向接触面力和侧向接触面力时的位移频率响应。将有限元计算的节点位移响应结果传递到边界元模型中,作为边界元模型的速度边界条件,利用边界元技术分别计算了三种工况下轮胎的辐射声功率、辐射效率和远场指向性。     

轮胎硫化过程数值分析及试验研究

为研究轮胎硫化特性,对其硫化过程进行了数值模拟.提出采用混合定律模型模拟橡胶-帘线复合材料的导热系数、比热容和密度的变化,分别采用三维热参数模型、混合动力模型和无量纲参数公式描述橡胶的热物性参数、硫化动力学特性和焦烧特性,运用ABAQUS软件对某子午线轮胎的硫化数值过程进行数值分析和试验研究.结果表明:数值结果与试验结果具有良好的一致性,最难硫化的部位在胎肩N600处;当胶囊厚度减小50%时,N600的焦烧时间缩短5.98%,工程正硫化时间降低了11.84%;当初始预热温度增加66%时,N600的焦烧时间缩短27.05%,此处的最高温度和工程正硫化时间变化不大;当蒸汽平均温度提高5%时,N600的工程正硫化时间降低9.29%,此处的焦烧时间和最高温度变化不大.     

实心轮胎温升的有限元与试验分析

用ANSYS有限元分析软件建立了橡胶和聚氨酯弹性体两种材料实心轮胎的应力场有限元模型．通过计算节点生热率,再作为负载导入到温度场有限元模型中．进行两种材料实心轮胎的温升有限元计算,得到两种实心轮胎的温升规律．并进行了试验论证。分析误差产生的原因．试验结果很好地验证了有限元分析的温升规律．证实了建模选用模块合理有效．     

改进遗传算法在非线性热传导参数识别中的应用

建立了基于优化算法的估计材料热传导系数和边界条件的热传导反问题求解方法。该方法以观测的温度值与有限元计算模拟的温度值最小二乘极小化原理为基础,然后采用具有全局搜索能力的遗传算法求解。为了加快收敛速度和提高反演识别精度,采用了浮点编码的遗传算法。根据先验信息,建立了高斯变异策略。数值计算结果表明,所建立的数值反演方法可以用来解决未知的热传导系数和边界条件识别问题,并且具有良好的抗观测噪音能力。     

二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM板瞬态热传导问题

引入二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM结构进行研究,根据热传导理论,从计算传热学的角度,研究第一类加热边界条件下FGM板瞬态温度场问题的有限元算法。采用变分有限元法和有限差分法推导出瞬态热传导有限元基本方程。应用有限元方法,编写计算程序,通过数值计算和分析,研究采用二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM的热力学物性参数时二维FGM金属/金属/陶瓷平板在第一类加热边界条件下瞬态温度场随mx的变化规律。     

二维A11100／Ti-6Al-4V／SiC FGM板瞬态热传导问题

引入二维A11100／Ti-6A1—4V／SiCFGM结构进行研究,根据热传导理论,从计算传热学的角度,研究第一类加热边界条件下FGM板瞬态温度场问题的有限元算法。采用变分有限元法和有限差分法推导出瞬态热传导有限元基本方程。应用有限元方法,编写计算程序,通过数值计算和分析,研究采用二维Alll00／Ti-6A1-4V／SiCFGM的热力学物性参数时二维FGM金属／金属／陶瓷平板在第一类加热边界条件下瞬态温度场随mx的变化规律．。     

厚截面树脂基复合材料的温度场研究 Ⅰ :模拟

研究了厚截面树脂基复合材料制造过程中的内部温度场发展变化。从含有非线性内热源的瞬态热传导方程出发,建立了用于分析复合材料热传导的有限元公式。以通用有限元软件包为基础,开发了能够模拟复合材料整个制造过程中复杂物理化学变化的软件。并用该软件对两种不同厚度树脂基复合材料的制造过程进行了模拟计算,发现现有的固化一般厚度复合材料的固化历程不适合固化厚截面复合材料。      

Finite element formulation of a heat transfer problem for an axisymmetric composite structure

By using weighted residual method, the finite element formulation of a heat transfer problem for axisymmetric composite structures is established from the heat transfer differential equations expressed by heat fluid density. A few examples are included to indicate that the heat transfer anisotropy has an important effect on temperature field and to prove the accuracy and effectiveness of the finite element formulation.Aknowledgement Special thanks are due to the National Natural Science Foundation of China (No: 10272037) for supporting the present work.     

A FEM/BEM for axisymmetric electromagnetic and thermal modelling of induction furnaces

In this paper, we propose a numerical method to solve a mathematical model for axisymmetric induction furnaces used for melting materials like metals or silicon. A finite/boundary element method (FEM/BEM) is introduced to solve the eddy current problem giving the electromagnetic field. In order to solve the non‐linear heat transfer problem involving change of state, we use an enthalpy formulation and propose an iterative algorithm to solve the corresponding finite element approximation. Numerical results for an industrial induction heating system are presented. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Heat transfer and cure analysis for the pultrusion of a fiberglass-vinyl ester I beam

In the present paper, the heat transfer and curing process during the pultrusion of a fiberglass-vinyl ester I beam is simulated using a finite element/control volume procedure developed at the Cooperative Research Centre for Advanced Composite Structures (CRC-ACS). The governing equations for the pultrusion process are introduced. The numerical algorithm adapted to solve the equations is briefly described. Numerical simulations are conducted to obtain the temperature and curing profiles for different temperature settings and pull speeds. The predicted temperature profiles are compared with those obtained experimentally. Good agreement is observed. The result of the present work enhances our confidence in applying the numerical procedure as a routine design and analysis tool for the pultrusion tooling and process development.     

A numerical investigation of heat transfer of stratified melt with volumetric heat release in the bottom layer

The heat transfer of stratified melt in a massive steel vessel is investigated. Commercially available FLUENT 6.2 computer codes are employed. A steady-state problem in two-dimensional axisymmetric formulation is solved. The results of test calculations are given, including the calculation of heat transfer of steel melt heated from below by a preassigned heat flux. A numerical solution is obtained of the problem on stratified melt in self-consistent formulation. The value of steady heat flux to the vessel at typical values of input data is close to the critical value of heat flux under conditions of water boiling on a vertical wall.     

热固性树脂基复合材料固化过程的三维数值模拟

针对热固性树脂基复合材料成型工艺的固化过程建立了数学模型,并采用有限单元法进行了三维瞬态数值分析。编制了有限元模拟程序CURESIM,通过具体数值模拟算例,表明本文中所建立的分析模型及算法具有较高的可靠性。模拟的固化过程并不特指某一成型工艺,因而模拟的数值方法具有一定的普遍性。模拟程序可以计算得到任意时刻复合材料内温度及固化度分布,通过数值模拟可以有效地优化固化加热工艺参数,提高产品质量。      

塔式太阳能热发电吸热器模拟计算

本文建立了塔式太阳能热发电高温吸热器传热性能数值计算模型,采用有限元分析方法进行模拟计算,编制了预测塔式太阳能热发电吸热器热工模拟程序。本文在综合考虑多场耦合特性的情况下,研究了吸热器单模块周向非均匀热流边界条件下吸热介质对流换热系数、吸热管外壁温度、光热转化效率的数值及分布。数值模拟为工程设计提供可靠的科学依据,为塔式太阳能热发电整体控制策略的制定提供参考。     

具有金属内衬复合材料纤维缠绕容器固化过程的数值模拟

基于固化反应动力学、热传导和复合材料层合理论, 采用了有限元分析方法, 对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中的温度和热应力分布及其变化规律进行了数值模拟。通过一典型容器数值分析, 表明在固化工艺过程中, 中容器内部的所有应力分量具有同时达到峰值的特征, 其中应力分量的峰值出现在固化降温阶段的初期。提出了数值模拟的方法和分析结论对复合材料结构设计师和工艺师合理制订金属内衬复合材料纤维缠绕容器的工艺标准具有一定的参考价值。      

异型坯结晶器与铸坯热力耦合数值模拟

为研究异型坯连铸结晶器内铸坯凝固和变形过程,采用ABAQUS软件建立了异型坯连铸结晶器和铸坯的二维瞬态热力耦合有限元模型,编制ABAQUS用户自定义子程序GAPCON实现结晶器内壁和铸坯之间的传热模拟.计算模型中考虑了铸坯的凝固和热变形、气隙对传热的影响以及铸坯与结晶器之间的接触应力.分别对2种不同水缝设计结晶器进行了数值模拟,数值分析结果表明,小孔水缝设计的结晶器温度峰值较低、热面温度分布更均匀,因而比大孔水缝设计结晶器具有更长的使用寿命和更优的铸坯质量,这一结论与现场试验结果一致.     

Modelling and simulation of adhesive curing processes in bonded piezo metal composites

This work deals with the modelling and simulation of curing phenomena in adhesively bonded piezo metal composites (PMC) which consist of an adhesive layer, an integrated piezoelectric module and two surrounding metal sheet layers. In a first step, a finite strain modelling framework for the representation of polymer curing phenomena is proposed. Based on this formulation, a concretised model is deduced and applied to one specific epoxy based adhesive. Here, appropriate material functions are provided and the thermodynamic consistency is proved. Regarding the finite element implementation, a numerical scheme for time integration and a new approach for maintaining a constant initial volume at arbitrary initial conditions are provided. Finally, finite element simulations of a newly proposed manufacturing process for the production of bonded PMC structures are conducted. Thereby, a representative deep drawing process is analysed with respect to the impact of the adhesive layer on the embedded piezoelectric module.