Numerical Simulation of Transient Thermal Stress Field for Laser Metal Deposition Shaping

To decrease thermal stress during laser metal deposition shaping (LMDS) process, it is of great importance to learn the transient thermal stress distribution regularities. Based on the "element life and death" technique of finite element analysis (FEA), a three-dimensional multi-track and multi-layer numerical simulation model for LMDS is developed with ANSYS parametric design language (APDL) for the first time, in which long-edge parallel reciprocating scanning paths is introduced. Through the model, detailed simulations of thermal stress during whole metal cladding process are conducted, the generation and distribution regularities of thermal stress are also discussed in detail. Using the same process parameters, the simulation results show good agreement with the features of samples which fabricated by LMDS.     

三维瞬态激光烧蚀聚合物微流道动态界面研究

相恒富，傅建中，陈子辰相恒富，傅建中，陈子辰为了预测热加工过程中的流道轮廓和烧蚀面温度场，基于CO2激光直写聚合物微流体芯片加工原理以及传热学原理和能量平衡原理，建立了三维瞬态激光烧蚀模型.通过有限元方法和伽辽金变换得到有限元矩阵方程，利用单元生死技术和高精度数值算法模拟了烧蚀过程的材料损失，并给出了三维瞬态动态烧蚀界面和温度场随时间和空间的变化关系.以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为例，给出了在不同时刻的数值算例，实验得到的流道深度与模拟结果吻合.仿真结果表明采用该方法预测流道轮廓和温度场是可行的.     

定容燃烧弹温度场分布的研究

根据定容燃烧弹的尺寸和材料性质,对计算模型、初始条件和边界条件进行了假设或赋值,通过分析定容燃烧弹加热过程中的热传递方式,利用有限元处理方法,建立了定容燃烧弹瞬态传热的二维有限元模型。以均质混合气作为研究介质,获得了在现有加热模式下定容燃烧弹的温度场分布规律。研究结果表明,在轴向和径向,均质混合气不同点的温度不相同,测试点的温度与平均温度差异不大。计算结果较真实的反应了定容燃烧弹的加热过程,这对研究定容燃烧弹的燃烧过程具有重要的意义。     

0Cr18Ni9不锈钢焊接温度场的数值仿真

基于有限元软件SYSWELD对不锈钢0Cr18Ni9平板TIG焊的温度场进行三维动态模拟,得出了瞬态温度场分布图和特征点的热循环曲线,同时也得出了焊缝上任一点的温度变化与相变的关系.与文献资料比较表明,所建立的数值模拟仿真模型可以较好的模拟焊接温度场,为研究焊接过程中的应力应变和减少焊接应力与变形提供了参考依据.     

锻模综合应力有限元仿真分析

在对边界条件作适当简化的情况下 ,用有限元法研究了模锻过程中锻模的瞬态温度场、应力场及其变化规律。实现了对锻模综合应力变化情况的动态仿真 ,得到了温度场、综合应力场在时间和空间上的分布规律。研究结果定性地符合实际情况 ,对于模锻工艺设计具有指导意义     

湿式换档离合器热特性仿真

针对综合传动装置中的湿武换档离合器,模拟了换档过程中对偶钢片和摩擦片的温度场和应力场瞬态变化特性.考虑了边界条件、摩擦接触、热机耦合和盘面油槽等因素,应用ABAQUS6.7建立了湿式换档离合器摩擦副的三维有限元模型.揭示了换档过程中摩擦副温度场及应力场分布规律.温度和应力在环状接触面中部数值较大,两侧处较小.对偶钢片上...     

20钢管道对接埋弧自动焊接温度场模拟

管道焊接过程中,温度场的分布对焊接的质量有重要影响.本文采用有限元法,建立了20钢管道对接焊接接头有限元计算模型,通过设置一定的焊接电压、焊接速度以及热源有效利用率,对在不同焊接电流输入条件下的三维瞬态温度场进行了模拟.计算得到了焊接熔池不同位置的热循环曲线,同时还得到了热影响区的热循环曲线.通过改变焊接电流调试能量输入,最终获得最佳焊接电流选取范围为720~800A,对焊接工艺参数的选取起到导向作用.     

PE燃气管热熔焊接头温度场有限元分析

采用牛顿冷却公式计算PE管内外对流换热系数,在准确的边界条件下建立热熔焊接头的二维轴对称模型,用有限元软件ANSYS对模型进行瞬态热力学仿真,得到焊接过程中温度随时间和位置变化的分布情况.用M7500红外摄像仪对PE管外表面沿轴向的温度分布进行了测量,结果表明仿真与实测结果吻合.最后对接头温度场进行分析,为降温速率对接头质量的影响提供一定的理论依据.     

热连轧带钢层流冷却过程温度场模拟

轧后冷却过程中,卷取温度对带钢最终的微观组织和力学性能有重要影响。针对带钢轧后的层流冷却过程,分别采用有限差分法和有限元法,建立了带钢厚度方向的温度场模型,并将模型计算值与实测值进行对比。结果表明,两种方法建立的模型均能较准确地反映层流冷却过程中带钢的瞬态温度分布,为进一步分析带钢的微观组织转变和力学性能提供了依据。     

激光损伤1064nm增透熔石英的热应力数值模拟研究

研究并建立了激光损伤1064nm增透熔石英的理论模型,采用数值模拟方法计算了1064nm增透熔石英内部的瞬态温度场和应力场分布,分析了激光对1064nm增透熔石英的损伤机理。结果表明：激光对1064nm增透熔石英的损伤存在一定的累积效应,其效果使材料的损伤程度加剧,材料内部沿径向的温度梯度较大,沿轴向产生的温度梯度较小。在应力损伤中,环向应力起主要作用。1064nm增透熔石英发生损伤时,主要从激光作用中心点或光斑半径边缘附近开始。     

基于ANSYS的汽车制动盘温度场仿真分析

以热分析理论为基础,使用有限元软件ANSYS建立乘用车普遍使用的通风式制动盘模型。在此基础上,模拟分析了紧急制动和持续制动工况下制动盘的瞬态温度场分布,得到了制动盘外部及其内部散热筋板的温度场、温度变化分布以及内外温度梯度的变化,为制动器的设计提供了较好的理论基础,也为判断制动器是否失效提供了依据。     

用有限元法计算埋地热油管道土壤温度场

埋地热油管道土壤温度场计算是研究热油管道停输再启动及间歇输送的重要组成部分。通过分析埋地热油管道的几何特性建立了热油管道土壤温度场数学模型和求解边界条件。并使用ANSYS有限元软件求解该数学模型。其中,在建立数学模型时,把埋地热油管道土壤温度场简化为二维非稳定传热问题,在求解边界条件中充分考虑了地面温度随季节变化以及土壤温度随深度和季节而变化等诸多因素的影响。通过对土壤温度场一个运行周期的计算可求解出在运行周期内某时刻土壤温度场的温度分布,也可以求解出土壤中任意点在整个运行周期中的温度变化情况。方法简便易行、运行稳定可靠。这些问题的求解为研究热油管道间歇输送过程中确定停输时间以及再启动等问题奠定了基础。     

钢板轧后冷却过程温度场仿真

建立钢板的温度场模型是钢板轧后冷却过程控制与优化的基础.为此,简述了钢板轧后冷却过程模型研究的情况,基于有限元方法建立了钢板轧后冷却过程的温度场模型,并进行了仿真研究.在ANSYS软件环境下,通过对工件几何、单元类型、材料属性与边界条件等定义,对钢板轧后冷却过程瞬态温度场模型进行了仿真求解,得到了钢板的温降曲线及瞬态温度场分布,所模拟出的温度场对合理制定冷却制度和冷却工艺具有实际指导意义.     

超声红外无损检测中复合材料裂纹发热分析

为了定量分析超声红外无损检测中复合材料裂纹面之间接触、碰撞、摩擦等相互作用引起的发热现象,建立超声激励下复合材料微裂纹板热传导的显式瞬态动力学有限元模型,并由此获得沿裂纹剖面的温度场分布图,从而证明对含裂纹缺陷的复合材料进行超声波激励相当于对裂纹进行选择性加热,缺陷处温升幅值大小与初始温度场无关。研究结果显示采用平衡主-从接触算法和整体-局部接触搜索算法可有效模拟裂纹缺陷在超声波激励下的接触、滑移及摩擦等相互作用机理,揭示复合材料局部微裂纹的发热及热传导规律。     

大体积混凝土水化效应的有限元分析

根据实测的接驾咀特大桥系杆拱桥端横梁的水化热温度场,采用三维瞬态温度场理论,利用ANSYS有限元软件,对分二次浇筑与整体浇筑时端横梁水化热温度场和应力场的分布规律进行了分析。分析结果表明,整体浇筑时端横梁水化温升要较分层浇筑时快,采用分层浇筑方式可有效地降低大体积混凝土水化效应的温度场和温度应力。所建立的大体积混凝土水化效应的温度场和温度应力的有限元分析方法和分析结果可为施工方案的选择提供参考。     

厚壁钢管热轧材冷却温度场的计算机模拟

通过对非稳态热传导过程的分析,依据传热学原理,建立了长厚壁钢管热轧后非稳态冷却温度场的数学模型,应用有限差分法得到长厚壁钢管节点温度的数值方程组.根据此方程组,用VC编制温度场模拟计算程序,实现计算机模拟,描绘了长厚壁钢管径向各节点冷却过程中的冷却曲线.     

永磁电机动态退磁的时步有限元计算

针对永磁电机瞬态运行时可能出现永磁（PM）材料不可逆退磁的问题,提出了一种利用PM实际磁化曲线建立其非线性退磁模型的永磁电机瞬态运行仿真的时步有限元方法.在电机磁场方程的求解中,给出了适用于各向异性材料的任何单元类型和任何单元个数的雅克比矩阵表示方法,并推导了以空间矢量矩阵表示的牛顿-拉斐逊公式和能实现非线性迭代计算的时步有限元公式.利用该时步有限元方法对一台永磁电机一相突然短路的动态过程进行了仿真计算,计算结果正确显示了PM材料的动态退磁过程.     

区间参数鼓式制动器简化模型的瞬态温度场数值分析

依据传热学理论和鼓式制动器的结构特点,建立了制动鼓瞬态温度场数值模拟的有限元计算模型。考虑鼓式制动器导热中物理参数和边界条件的有界不确定性,将其参数和边界条件均视为区间变量。在有限元离散和时间差分方法基础上,将区间有限元分析同摄动方法相结合,导出了有界不确定性参数瞬态温度场响应上下界的摄动计算公式,获得了鼓式制动器结构的瞬态温度场响应的范围。计算结果说明了所提出方法的可行性和有效性。     

区间参数梁结构热弹耦合效应分析

研究了含有区间参数梁结构在温度载荷和力载荷共同作用下的热弹耦合动力响应问题．建立了热弹耦合动力学有限元模型,给出了对结构瞬态温度场和动力响应进行相互交替迭代求解的耦合计算方法,其中,结构瞬态温度场利用有限差分法求解,结构动力响应则利用时间积分法求解．针对区间变量的有限元方程,基于各变量在区间范围内为均匀分布的近似处理,利用改进的蒙特卡罗方法求解,获得动力响应的区间范围．通过悬臂梁算例,分析了热弹耦合效应对动力响应的影响,并针对结构的弹性模量和热膨胀系数区间范围增大的情况进行了比较和分析,得出这两参数以及结构变形大小是影响耦合效应的主要因素．     

丁字接头的温度场和应力场的有限元模拟

利用有限元分析软件，通过合理的简化丁字接头焊件，建立有限元分析模型，并进行了相应的网格化。模拟了焊接过程中丁字接头的温度场和残余应力，并将残余应力的模拟值和经验值进行了比较，证明该方法是一种经济而有效的焊接残余应力预测方法，可为制定焊接工艺以及控制残余应力提供一定的指导。