薄钢板船舶磁性的物理模型和数值模拟混合建模

针对现有薄钢壳船舶磁性参数获取方法存在的技术复杂、精度较低的问题,提出了一种将物理模型法和数值模拟法结合起来的混合建模方法.该方法将船体结构划分为若干种典型结构类型,并分别建造这些典型结构类型的磁性物理模型.测量典型结构磁性物理模型的外部磁场,通过拟合计算得到其等效磁性参数.对船体结构进行单元剖分,每个单元对应一种典型结构,利用所得到的等效磁性参数,实现整艘船舶的磁性建模.建模实例表明,该方法具有直观可信和精度高的优点,可以用于工程实践.     

三维电磁响应积分方程法数值模拟

从电磁基本理论出发,深入研究了均匀导电半空间频域三维电磁散射问题,由张量格林函数求解Ｆｒｅｄｈｏｌｍ方程,将异常体划分为一系列立方单元,并将该积分方程转化为矩阵方程,从而计算出空间任意点的电场和磁场;此外,还给出了计算实例,并与国外结果进行分析对比,证明作者运用的计算方法结果正确,算法快速。     

振荡流中圆柱体横流涡激振动特性数值分析

为了探究振荡流效应对涡激振动的影响,本文对振荡流中圆柱体的横流涡激振动进行了数值模拟.对数值模型进行了验证分析,对KC数为25和502种振荡流下的涡激振动进行模拟,得到了圆柱体流体力、位移和涡量云图.结果表明:振荡流能激发圆柱体的多模态振动,且KC数越大多模态特性越明显;在锁定区间主导模态的幅值明显高于其他模态;锁定区...     

圆筒形薄钢壳物体纵向磁化状态的简化建模方法

积分方程法计算过程中,所得到的系数矩阵是稠密矩阵,随着剖分单元的增多,计算资源的需求将快速增长,可能会在一些实际工程问题的计算中造成一些障碍.根据薄钢板的磁化特点,将圆筒形薄钢壳物体的纵向磁化等效为圆环形体磁化强度分布和圆环形线磁荷分布2种形式,可将原有的二维轴对称问题简化为一维形式,用于快速地建立圆筒形薄钢壳物体纵向磁化状态的数学模型.圆环形体磁化强度分布和圆环形线磁荷分布与三维积分方程法相比,可以得到几乎相同的磁化强度和外部磁场分布,只存在很小的误差.计算结果表明,所得到的新方法只需要少量剖分单元就可以满足计算精度要求,且大大减少了计算资源,加快了计算速度,非常适用于工程计算.     

矩形截面长导体趋肤效应的数值分析

趋肤效应是高频电流传输中需要充分考虑的问题,文章分析了现有文献对趋肤效应分析的不足,从麦克斯韦方程组出发,结合导带线的实际需求,推导出了采用积分方程法对矩形截面长导体趋肤效应进行数值分析的方法和步骤,并给出了一个计算实例。利用该方法,分析了矩形截面导体交流损耗与频率和导体厚度之间的关系,并与现有文献的结论进行了对比。最后给出了结论。     

空心激光辐照硅材料产生应力场的数值模拟与分析

研究并建立了长脉冲空心激光与硅材料相互作用产生应力场的数学物理模型,采用基于有限元法的多物理场仿真软件Comsol对模型进行了数值求解,得到了硅材料表面应力场的空间与时间分布曲线,分析总结了长脉冲空心激光辐照下硅材料表面应力场的变化特征与规律。实验结果可为深入揭示空心激光与硅材料相互作用机理奠定一定理论基础,也可为激光加工及激光损伤研究提供一定理论参考。     

内孤立波与直立圆柱体相互作用特性数值模拟

为研究直立圆柱体的内孤立波载荷特性,依据三类内孤立波理论(Kd V、e Kd V和MCC)的适用性条件,使用内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口条件,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,建立了两层流体中内孤立波对直立圆柱体强非线性作用的数值模拟方法。系列计算结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且直立圆柱体内孤立波水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合。直立圆柱体内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;对水平力,其波浪压差力与粘性压差力量级相当,流体粘性的影响显著;对垂向力,粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。     

薄钢壳回转体轴向磁化状态分析

潜艇壳体、弹药壳体等薄钢壳回转体的半径和壁厚逐渐变化,且两端闭合,其轴向磁化状态的高精度建模非常困难.针对此问题提出了一种锥环单元计算公式,精确划分这些轴对称薄钢壳回转体的实际结构只需要少量的锥环单元,采用一维积分方程法实现了其轴向磁化状态的高精度快速建模.空心薄壁钢球壳磁特征的验证计算表明,所提出方法的计算值与解析值之间相对误差为1.2%.简易船模磁特征的验证计算表明,所提出方法的计算值与实测值非常吻合.并且上述计算过程分别只划分了100个锥环单元,便于工程实践中的应用.     

轴向退磁线圈作用下潜艇壳体磁化状态分析

为了研究潜艇外部轴向退磁线圈对壳体的磁化作用,将现代潜艇的耐压壳体和非耐压壳体等效为双层薄钢壳回转体,采用一维积分方程法建立了潜艇壳体轴向非线性磁化数学模型。分析了潜艇壳体在轴向退磁线圈作用下的磁化状态,计算得到了潜艇内部和外部磁场值。计算结果表明:潜艇壳体对退磁线圈磁场具有约20%~30%的衰减作用,潜艇壳体内部磁场达到了铁磁材料矫顽力水平;潜艇外部近场(距离10 m)达到了铁磁材料矫顽力的约1/4,能对其他铁磁物体磁性产生明显影响;潜艇外部远场(距离50 m)已衰减得较弱,仅有地磁场水平的1/20左右,对其他铁磁物体磁性不再产生明显影响。     

预应力混凝土空心板简支梁桥抗震性能数值分析

针对地震灾区城市道路桥梁结构的抗震问题,以有限单元法基本理论为基础,采用大型非线性有限元程序MIDAS/Civil和三维有限元法,建立了地震灾区城市道路预应力混凝土空心板简支梁桥动力有限元模型。分析了在E1、E2地震作用下,桥梁结构各控制截面的抗弯、抗剪能力,以及支座厚度和抗滑稳定性等抗震性能。结合理论计算分析结果,提出切实可行的抗震措施,为地震灾区城市道路桥梁结构施工质量控制提供必要的理论指导与技术支持。     

纵向磁场作用下MIG焊电弧数值模拟

为了提高焊接质量,建立了纵向磁场作用下MIG电弧的三维有限元数学模型,利用ANSYS有限元分析软件对纵向磁场作用下的电弧进行模拟,得到了纵向磁场作用下电弧的物理特性,并与无外加纵向磁场时进行了对比.结果表明,焊接过程引入纵向磁场后,电弧温度和电弧压力显著降低,电弧温度梯度减小;当焊接电流为120A,励磁线圈安匝数为1000时,电弧中心最高温度由16.950 K降到13.700 K,最大电弧压力由91 Pa降到57 Pa;在阳极表面,电弧压力峰值从 53 Pa降到20 Pa,并偏离电弧轴线.可以得出结论,在纵向磁场作用下电弧的物理特性发生较大变化,电弧扩张,电弧温度和电弧压力减小,电弧中心形成空心弧.     

一种弱磁作用下铁磁物体感应磁场的计算方法

铁磁物体感应磁场的数值计算研究在舰艇消磁等领域具有重要的应用价值.针对弱磁作用下铁磁物体感应磁场计算的问题,根据均匀磁化体的特点,建立了基于单元表面积分的铁磁物体感应磁场模型.为了解决工程中铁磁物体磁化率难以确定的困难,从弱磁作用下铁磁物体的磁化特点出发,利用磁场垂直分量测最值建立了以单元磁化率为未知量的数学模型,并运用寻优能力强、速度快、易于求解多维优化问题的微粒群算法对磁化率数学模型进行了优化求解,进而用单元表面磁场积分法解算了铁磁物体的感应磁场.通过钢板计算实例中磁场测昔值和计算值的比较,表明该方法计算精度较高,能够较好地反映弱磁作用下铁磁物体的感应磁场分布,有一定工程实用价值.     

粘性流体圆柱绕流的有限元模拟

对粘性流体圆柱绕流进行了数值模拟。根据三阶Taylor展开弱解的概念,在二阶分裂步Taylor-Galerkin有限元法基础上,采用时间推进和张量分析的方法推导了对流扩散通用微分方程的ETG有限元离散格式。对Reynolds数为32、102和250的粘性流体圆柱红流流场进行了数值仿真,数值模拟结果与实验结果吻合良好。表明隐含流线迎风耗散作用并具有三阶部分展开的Taylor-Galerkin有限元法稳定性好,精度较高,可用于计算包含对流扩散耦合传递动量的绕流问题及类似的流动问题。     

聚磁参数对直流电磁泵磁场分布影响的数值模拟

直流电磁泵是镁合金铸造过程的重要设备,而电磁铁聚头长度和截面积是影响电磁泵效率的关键参数．作者采用ANSYS软件研究了聚磁头结构对电磁泵聚磁头间隙磁场分布的影响．模拟结果表明,由于聚磁效应,聚磁头结构能有效提高聚磁头间隙处磁感应强度,且随聚磁头长度的增加,磁感应强度分布均匀性有所提高;随着聚磁头截面特征长度的增大,聚磁头间隙处磁感应强度先增大后减小,聚磁头截面特征长度为20-30mm时聚磁效果最佳．研究结果对于深入认识直流电磁泵的磁场特性并对其优化具有理论价值和现实意义．     

中空纤维垂直向上熔纺过程的数值模拟分析

通过建立数学模型对微孔聚烯烃中空纤维膜原纤的垂直向上纺丝过程进行了数值模拟分析．文中将向上纺丝模式与向下纺丝模式进行分析并对实验的结果比较,从而得到了垂直向上纺丝操作的特点及产生这些特点的原因．     

丁坝附近局部流场的数值模拟

以流函数涡度方程为控制方程建立数学模型 ,模拟了不同流量级下不同长度正交丁坝附近的局部流场 ,并将模拟结果与室内流场实验结果进行了比较和分析 ,两者吻合较好 .     

双流低频电磁连铸过程中磁场分布的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了双流低频电磁连铸过程中磁场分布规律.建立了单、双流低频电磁连铸中包括铸锭、结晶器、线圈和屏蔽罩的二维轴对称有限元模型.利用ANSYS软件包进行划分网格及计算,模拟出了磁场在连铸结晶器区域的分布.研究了电流频率、电流强度、电流方向和线圈距离对金属熔体内磁感应强度的影响.计算结果表明：单流时,电流频率升高,磁感应强度降低;电流强度增大,磁感应强度升高.双流时,无论电流方向是同向还是反向,同一铸锭的远端磁场强度要大于其近端磁场强度,相邻线圈电流方向为反向时,铸锭内磁场强度高于相邻线圈电流方向为同向的情况;增大线圈之间的距离时,铸锭远端和近端的磁感应强度的差值降低.     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出：在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间     

三维气固圆柱绕流颗粒扩散的直接数值模拟

为了考察颗粒在圆柱尾流中扩散的运动机理，对气固两相圆柱尾迹流动进行了高精度紧致差分方法的三维直接数值模拟.在对气相流场进行高精度模拟的基础上， 采用了Lagrangrian方法来追踪颗粒场的运动.比较了不同颗粒Stokes数为0.01、1、10和不同Reynolds数为180和200下颗粒的扩散函数，考察了三维圆柱尾迹流流场中气相场的运动对颗粒相扩散的影响.模拟结果表明：当气相流场由二维特性向三维特性转变时，由于受到气流场展向涡的影响，颗粒的展向扩散函数有相当程度的增大.颗粒在横向上扩散函数随着粒径的增大而增大，而在展向上颗粒扩散函数则随着粒径的增大而减小.     

磁力研磨加工的数值仿真

为了提高磁力研磨加工效率，通过建立研磨压力模型和研磨量模型对磁力研磨加工进行数值仿真，总结出磁感应强度、加工时间、工件转速及工件的进给速度等工艺参数对磁力研磨加工效率的影响规律．同时对仿真结果和实验结果进行对比和分析，证明所建模型正确．