高温掺合阀流场和温度场仿真分析

高温掺合阀是硫磺回收系统中非常重要的设备之一。通过仿真计算的方法,对高温掺合阀进行流场分析和温度场分析,发现热流进口高温介质的速度非常高;随着高温掺合阀开度的增大,混合流介质的温度会越来越高,阀体、阀盖、散热器、阀杆上的温度也会越来越高。     

多物理场耦合分析下的电解加工环形窄槽数值模拟研究

针对环形窄槽结构电解加工过程工艺试验周期长,型面难以预测的问题,建立掩膜电解加工过程电场、流场、温度场耦合数学模型,利用COMSOL软件对多物理场进行数值模拟仿真,得到加工间隙内电解液电流密度、流速和压力的分布规律,并将加工过程中不同时刻耦合场仿真结果进行对比,得到加工进程中各参数变化规律。研究结果表明,多物理场耦合仿真能够准确模拟实际电解加工过程,实现了工艺参数选取,为实际工艺提供了理论依据,对提高窄槽结构电解加工质量和效率有重要意义。     

耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究

针对气液固三相磨粒流抛光研究中流场分布不均问题,对气液固三相磨粒流中的湍流分布、湍流峰值分布、能量分布、温度分布和加工质量等方面进行了研究,对气液固三相磨粒流的抛光方法和抛光问题进行了归纳,提出了一种耦合超声场的气液固三相磨粒多物理场数值模拟方法,利用超声场的交变声压增加了气液固三相磨粒流流场的扰动,改变了流场分布。研究结果表明:不同的超声频率和声压幅值会带来不同的流场分布,其中频率为20 k Hz、声压幅值为30 k Pa的超声场所得的流场分布最优。该研究成果对气液固三相磨粒流抛光方法的推广与实际运用具有重要意义。     

高强低合金钢焊接过程多物理场耦合数值模拟

目前高强低合金钢焊接数值模拟中,采用热-力耦合分析时,忽略固态相变效应,残余应力模拟值与试验测量值误差较大。为提高焊接数值模拟精度,根据多场耦合关系,基于传热学、固态相变理论和连续介质力学,建立焊接过程多物理场耦合本构方程,并通过子程序将其嵌入到通用隐式有限元程序中。采用数值模拟与试验分析的方法研究高强低合金钢小试样的自由膨胀试验、相变塑性试验及平板焊接试验应力及各应变分量的演变。研究结果表明：固态相变体积变化引起的相变应变对残余应力有显著影响,不但改变了残余应力的大小,甚至改变了残余应力的符号,考虑相变塑性应变时会降低应力的水平。残余应力改变程度与相变程度有关系：完全相变区影响最大,部分相变区次之,未发生相变区最小。相变应变和相变塑性应变最终大小相当。研究方法为深入了解高强低合金钢焊接过程和焊接工艺优化提供了理论基础。     

双螺杆捏合机螺杆转子多场耦合特性数值模拟

以某新型双螺杆捏合机螺杆转子为研究对象,采用间接耦合以及弱耦合方法实现转子温度场和应力场、流场和应力场的耦合特性的数值模拟。将温度场作为体载荷施加在流固耦合结果上,实现螺杆转子温度场-流场-应力场的多物理场耦合特性数值模拟,以研究不同工况下在流场温度、流体压力和不同扭矩对双螺杆转子的综合应力和综合变形的多场耦合作用机理,并对螺杆转子在各物理场单独作用及耦合作用下的应力和变形情况进行对比分析。研究结果表明:与流场对转子产生的变形与应力相比,热变形是导致转子实际变形的主要因素,螺杆转子热变形的变化趋势与其实际综合变形的变化趋势基本一致,而由温度场导致的转子热应力值较小,远小于转子受到流场以及扭矩产生的应力值。根据分析结果可以确定双螺杆捏合机中对转子强度、刚度起主要影响作用的因素,以及确定转子合理工作间隙。研究结果对转子微观形貌的主动反演设计以及工作间隙的合理选择提供理论依据。     

航空叶片电加工多物理场耦合仿真及实验研究

针对涡轮转子叶片电解加工过程参数分布复杂、型面难以预测的问题,分析电解加工过程中电场、流场、温度场特性,建立多场耦合数学模型并利用Matlab ode45函数求解多物理场耦合数值解;利用COMSOL软件对叶片电解加工过程多物理场进行数值模拟,得到加工间隙内电解液流速、温度、电解质电流密度的分布规律;选择合适的工艺参数完...     

铝合金锭坯超声半连续铸造多物理场耦合数值模拟

对于有超声引入的铝合金大型锭坯半连铸过程,建立了声场、流场和温度场耦合的数学模型,合理地考虑了凝固过程不同状态铝合金的动力粘度和湍动粘度以及边界条件,并利用有限体积软件FLUENT求解得到了三维声场、流场和温度场分布.模拟结果显示,声场对流场和温度场影响很大.若超声振动的工艺参数设置合理,可使流场规模显著增加,有效地促进传热、传质和晶核弥散：可使温度场分布更加均匀,凝固前沿的温度梯度显著减小,对枝状晶向等轴晶转变有极大的促进作用.     

一种微构件的多物理场耦合求解方法

这里针对微机械电子系统中存在的多物理场耦合现象,提出一种微结构的多物理场耦合求解方法。该方法首先将微机械电子系统分解为机械场(实体微结构模型)和多个单物理场的组合;然后,对各物理场与实体微结构模型的控制方程采用有限元/边界元离散为线性方程组,最后利用迭代法求解。为证明方法的可行性,这里对微加速度传感器中的微悬臂梁结构进行多物理场解耦分析。解耦分析的结果表明,该方法是合理可行的。     

基于FEM的电磁缩径耦合场数值模拟

对管件电磁缩径的磁场力和动态变形进行了耦合场FEM数值模拟。应用ANSYS计算作用在管件上的瞬态磁场力,然后以该力为边界条件模拟工件高速变形,实现管件变形与磁场力之间的耦合。研究结果表明,作用于工件的磁场力及其径向变形分布不均匀;工件变形可以间接说明磁感应强度和磁场力的分布;工件变形较大时,全耦合模拟结果较半耦合模拟更合理,而变形较小时,二者模拟结果相近。管件变形的模拟值与测量结果吻合较好。     

伺服比例阀多物理场耦合仿真研究

伺服比例阀是一个涉及多学科领域的复杂物理系统,建立包含机械、电、磁、流场等模块在内的多物理场耦合模型对其进行仿真研究。基于对伺服比例阀结构和工作原理的分析,搭建阀芯位移闭环控制电路及阀芯动力学模型,建立伺服比例电磁铁有限元瞬态仿真模型、液动力瞬态流场降阶模型,并将各模块耦合完成伺服比例阀多物理场模型,实现动态特性仿真。为验证伺服比例阀多物理场耦合模型的准确性,对采用相同的测试条件及控制电路的伺服阀阀芯位移控制系统进行试验,通过输入不同的指令信号得到阀芯位移的阶跃响应曲线及电磁铁电流曲线。经对比,阶跃响应测试中阀芯位移仿真结果与试验曲线相比最大误差不超过15%,不同阶跃指令下仿真得到的电磁铁电流与试验电流曲线变化趋势相同,验证了模型的准确性,为后续伺服比例阀的研发及优化提供有效平台。     

电解加工过程多物理场耦合仿真及试验研究

针对电解加工过程中复杂、难以预测的问题,建立小孔内扩孔电解加工过程多物理场耦合的数学模型,利用COMSOLMultiphisics软件进行仿真分析,得到加工间隙内的流速分布、电流密度分布和温度分布,并分析了不同加工时间和电压对温度分布的影响。选择合适的工艺参数进行试验,得到了小孔内壁轮廓曲线的实测值,并与耦合多物理场仿真的理论值、未耦合多物理场(仅电场)仿真的理论值进行对比。结果表明,耦合多物理场仿真的理论值与实测值更接近,误差更小,可以准确地模拟实际电解加工过程。     

基于有限元分析的汽油发动机密封性能多物理场耦合研究

以某典型汽油发动机的气缸盖、气缸垫及气缸体组合结构为例,基于ANSYS Workbench平台全面模拟汽油发动机的工作状况,对其进行流体场、瞬态温度场以及瞬态结构场的多物理场耦合分析,获得汽油发动机冷却液速度、组合结构温度和应力、气缸垫变形,并探讨热载荷、机械载荷对汽油发动机密封性能的影响。结果表明,发动机组合结构在热载荷、机械载荷的共同作用下,发动机燃烧室所承受的等效应力较大且其变化较明显,气缸垫缸口处压纹变形也较明显,可通过调整燃烧室的水套结构、冷却液流速来降低等效应力,以及调整气缸垫的压纹结构、螺栓预紧力来降低气缸垫的变形,从而达到发动机密封性能提高的目的。     

基于COMSOL多物理场耦合仿真建模方法研究

在相关理论研究的基础上,利用COMSOL Multiphysics建立了一套声振耦合、热力耦合、热声耦合等多物理场耦合仿真建模方法,并通过简单的模型算例进行了仿真计算,在与其理论值及相关文献的结果进行对比分析后,验证了该仿真建模方法的正确性。     

液压电磁阀多物理场耦合热力学分析

电磁阀为涉及机械、电、磁和热等多物理场耦合复杂异构系统,其寿命和可靠性很大程度上取决于运行过程中产生的热。基于对某自动变速器液压比例电磁阀的结构和工作原理分析,采用二维轴对称有限元法,建立电磁阀的多物理场耦合热力学模型,仿真两种使用环境中不同工作电流下电磁阀内部的热变形及温度分布。仿真结果表明,使用环境和工作电流导致温度过高或者应力过大都是电磁阀热失效的重要原因;而且电磁阀内部的最高温度或最大应力与工作电流具有近似的线性增长关系,尤其是在散热条件差的使用环境下,电磁阀内部更易快速达到较高的温度和热应力,势必降低电磁阀的寿命和可靠性。通过与试验结果的对比分析,验证了该热力学模型具有较高的精度,可用于电磁阀的可靠性设计。     

基于多场耦合的先导式电磁开关阀特性研究

电子稳定控制系统(ESC)是提高汽车行驶稳定性和主动安全性的关键装置，旨在提高ESC液压系统的控制精度，对其核心部件先导式电磁开关阀的相关特性进行深入研究。建立了先导式电磁开关阀多场耦合的数学模型，包括机械模型、电磁场模型、液动力模型和热力场模型；分析了气隙、电流、温度等因素对电磁力的影响，并通过试验验证了理论模型的正确性。结果表明：电磁力随气隙和温度分别呈非线性变化，一定范围内，随电流呈线性关系；当气隙超过0.8 mm时，电磁力几乎不随气隙变化，呈现比例电磁铁的特性。另外，在试验中得到了先导阀两端压差对电流、压力、流量响应的影响。     

高频窄脉冲电流电解加工叶片过程的耦合场数值模拟

与传统直流电解加工相比,高频窄脉冲电流电解加工在复制精度、重复精度、表面质量、加工效率、加工过程的稳定性等方面均有显著提高,特别适用于要求高精度和高表面质量的具有复杂几何轮廓零件的精密加工。文中在建立叶片电解加工区域二维模型的基础上,分别进行了直流电解加工和高频窄脉冲电流电解加工的电场与流场的耦合数值模拟,对比结果验证了高频窄脉冲电流电解加工较传统直流电解加工的优越性。     

基于多物理场耦合的Q345钢应力腐蚀行为研究

海上风力机组的支撑结构和相应的变压器平台极易受到腐蚀,腐蚀缺陷会导致应力集中,从而严重影响风机设备的使用寿命。以Q345钢为研究对象,采用COMSOL多物理场仿真软件建立一种Q345钢表面腐蚀缺陷生长预测的有限元模型,模拟研究海洋环境中Q345钢的应力腐蚀行为。通过电化学腐蚀试验得出Q345钢的Tafel关系,应用多物理场耦合计算应力对腐蚀缺陷处电化学腐蚀的影响,结合Faraday定律开展腐蚀缺陷的生长预测。结果表明：随着拉伸应变和缺陷深度的增加,缺陷处的应力也随着增加,加速了缺陷处的失效;当应力在缺陷处引起塑性变形时,局部腐蚀活性显著增强;在缺陷处的力学和电化学效应改变了缺陷中心的应力分布,增强了缺陷中心腐蚀速率。     

在线电解修锐-超声珩磨系统多场耦合机理

提出在线电解修锐(Electrolytic in process dressing,ELID)-超声珩磨系统,根据多场耦合理论对ELID-超声珩磨系统阴阳极之间电解液的液-声耦合机理进行仿真,并与超声珩磨、普通珩磨进行对比试验。仿真结果表明:ELID-超声珩磨系统电解液耦合速度增加不明显,但是局部速度变化剧烈,使得电极附近电解液更新加快,有利于加快电极双电层的反应离子传质过程,加快离子浓度更新速度,加快电极反应过程;耦合压力变化剧烈,使得电解液更新速度进一步加强;多频率仿真结果显示,超声振动频率在20~25 kHz的范围内耦合效果较好。同时指出:电解电流脉冲频率和超声振动频率保持一致时能得到较好的耦合作用。利用仿真得到的电解参数、超声参数及珩磨参数分别对ZrO2陶瓷进行ELID-超声珩磨、超声珩磨及传统珩磨试验。对比试验结果显示,ELID-超声珩磨系统、超声珩磨及传统珩磨加工精度分别为0.5μm、1.0μm和5.0μm;ELID-超声珩磨系统加工精度较传统珩磨提高9倍,较超声珩磨提高1倍;在其他条件不变的情况下,由于ELID-超声珩磨系统采用新型声学系统,使得振幅减小,因此,加工效率增加不显著。该ELID-超声珩磨系统更适于难加工材料的超精密珩磨加工。     

大型管壳式换热器热-结构耦合场数值模拟研究

将换热器最严酷工况的表面温度数据添加到换热器的有限元数值模拟模型上,通过导热计算得出换热器各部分的热场分布,然后求出由于热场而产生的变形.将热场产生的变形与换热器结构场载荷而产生的变形进行耦合分析,这样就可得出换热器热-结构耦合场的变形和应力分布,从而验证换热器设计的合理性.     

高线速度石墨密封多物理场耦合特性

高线速度运行的石墨密封常伴随着高热量的摩擦磨损,为了满足航空发动机轴承腔高线速度和低压差工况的密封需求,基于四瓣式石墨密封,建立多物理场耦合分析模型,并通过实验结果比对验证计算模型的准确性;通过多物理场耦合分析,研究高线速度和低压差工况下石墨密封的流场、温度场及结构场特性。结果表明：封严气体在周向槽及密封环段搭接处压力不平衡,流速分布不均且在流场出口附近紊乱;泄漏量随着密封线速度的增大而减小,随着密封压差的增大而增大;密封环温度、变形和应力都随着密封线速度的增大而增大,温度场对密封环结构影响最大;封严气体能减轻密封环变形,但气体力会增大密封环的应力值;摩擦热对密封结构影响显著,尤其在环段搭接和防转销处。