流-固-热多工况耦合作用下梯度复合涂层应力分布仿真分析*

针对复合涂层的现有仿真方法多基于单一物理场的影响,不能反映多物理场耦合作用等实际工况下的力学性能。以航空发动机附件机匣的典型工况环境为背景,建立描述流-固-热耦合作用下梯度复合涂层各物理参数变化的数学模型,计算涂层不同分布方式下其内部的von Mises应力分布。结果表明,过渡层材料组分的渐变方式对涂层热应变和层内von Mises应力分布有较大影响,以航空发动机附件机匣中某型花键副为例,在施加实际工况下的载荷和温度条件后,温度场引起的热应力较载荷-润滑引起的应力更大,在润滑、热场和载荷的耦合作用下,三种分布方式的涂层最大应力均位于表层,随梯度的增大逐渐向基体扩散;梯度增大的过渡方式在涂层内可以获得最小的最大vonMises应力。在所关注的温度范围内,与梯度减小的过渡方式相比,使用梯度增大的过渡方式可使最大vonMises应力减小14.5%。所建立的仿真方法可模拟近似实际工况,研究结果可用于指导梯度复合涂层的设计和制备。     

奥迪B柱热冲压成形热-力-相变耦合仿真分析

基于LS-DYNA软件,建立了B柱热冲压模型.采用热-力-相变耦合分析方法,得到了板料的温度、厚度、组织及应力、应变的分布.模拟结果表明:热成形零件的组织是近完全马氏体(wt％,0.008铁素体,0.01珠光体,0.01贝氏体,96.68马氏体);硬度为513HV;屈服强度为734.2MPa;厚度为1.11～2.18mm.模拟结果与实验较吻合,表明所建立的热-力-相变耦合数值模型是可信赖的.     

基于热-流-固耦合的高速圆弧斜齿轮泵转子动力学特性分析

针对齿轮泵在高速工况下因流场作用及补偿力等因素引发的振动问题,以高速圆弧斜齿轮泵为研究对象,分析流场温度、流场压力、电机扭矩和滑动轴承径向补偿力等因素对其转子性能的影响。基于热-流-固耦合方法,建立高速圆弧斜齿轮泵的三维模型,利用ANSYS Workbench平台中的耦合模块,对转子进行多物理场耦合分析,以判断其临界转速是否符合设计要求。结果表明：与扭矩和流场压力相比,流场温度对转子的变形量影响更显著,表明温度场是转子变形的主要原因;同时在热-流-固耦合情况下,转子的弯曲和扭转幅度增大,固有频率大幅下降,表明热-流-固耦合对转子固有频率有显著影响;耦合分析结果显示,转子的临界转速96 600 r/min,远高于设计转速。     

汽车前立柱下角撑热成形热-力-相变耦合仿真分析

依据相变动力学理论,对高强度钢板热成形微观组织转变与力学性能预测模型进行研究。基于该模型建立汽车前立柱下角撑的热成形有限元模型,采用热-力-相变耦合分析方法对热成形过程进行仿真分析,得到制件的温度、组织和硬度的分布及变化。以高强度硼钢USIBOR1500为试验材料对汽车前立柱下角撑进行试制,并从成形件上取样进行微观组织分析和力学性能测试。结果表明,成形件的微观组织为均匀板条状马氏体,抗拉强度达到1 400MPa以上,3个典型位置的硬度均大于450HV,且力学性能分布与模拟结果一致,验证了所建立模型的可靠性。     

高速电主轴水冷系统固-液耦合传热仿真分析

依据计算流体力学与数值传热理论,利用Fluent软件对电主轴水冷系统中的流体流动和温度分布进行仿真,并对比分析不同冷却水初始温度、不同水道截面尺寸条件下的电主轴温升,为降低电主轴温升、优化水冷系统设计提供了一定的理论依据。     

基于热-结构耦合的叠层金凸点应力分析

建立了叠层金凸点三维有限元分析模型,通过Isight软件对该模型进行了热-结构耦合分析,获取了热-结构耦合条件下叠层金凸点等效应力的分布规律,分析了叠层金凸点结构尺寸变化对应力的影响,通过方差分析获得了下层凸点直径、下层凸点高度、上层凸点直径、上层凸点高度因素对应力影响的显著性.结果表明,最大应力点都出现于远端角落处的凸点,随着凸点高度的增加,最大应力值逐渐减小.在置信度为90%的情况下,下层凸点直径对应力有显著影响,因素显著性排序为,下层凸点直径最大,其次为上层凸点直径,再次为下层凸点高度,最后是上层凸点高度.     

液体火箭发动机推力室钎焊过程热固耦合分析

在考虑热电偶对真空炉加热分区电功率闭环控制的基础上,建立了液体火箭发动机推力室钎焊过程仿真计算的有限元模型.基于热固弱耦合方法,对推力室钎焊过程中的瞬态温度场和应力—应变分布进行了分析.确定了推力室在钎焊过程中热电偶所测温度与室壁温度的温差范围,得出了室壁温度的分布规律.应力—应变分布表明喉部内壁在焊接过程中易出现受压...     

角接触球轴承热-力耦合建模方法研究

在研究角接触球轴承热-力耦合建模方法的过程中,通过分析滚动轴承动力学建模、角接触轴承热-结构建模以及接触轴承热-力耦合建模及其特性,使轴承热分析流程得到简化,使角接触球轴承热-力耦合建模方法更具普遍性、广泛性,突破了有限元建模过程,确保更多人员可以应用此方式开展工作。     

基于热-力-相变耦合的轻量化B柱热冲压成形全过程仿真

为深入研究超高强度钢板热冲压成形工艺,采用热-力相变耦合分析方法,建立B柱热冲压模型,进行成形工艺全过程仿真.分析加热、送料、冲压成形、淬火冷却等工艺环节中板坯的热力学及相变行为,给出了板料温度、厚度、组织等变化的分布规律,为热冲压模具设计及工艺参数优化提供理论依据.提出通过合理控制冷却速率,获得多相组织混合产物,满足强度和塑性相结合的需求,改善热成形零件的综合力学性能.模拟结果与实验较吻合,表明所建立的热-力-相变耦合模型是可靠的.     

基于流固耦合的转炉托圈热应力仿真

为探讨转炉托圈裂纹产生的原因,建立了托圈及其联接装置与炉体等整体模型。因难以测量托圈内腹板和内部温度,采用流固耦合的方法仿真冷却水和托圈之间的流动传热。在考虑炉体辐射和接触热传导的情况下,仿真得到托圈及其联接装置温度场分布。在温度场仿真的基础上,利用间接耦合法计算出托圈及其联接装置的热应力,计算结果表明托圈在热应力作用下有一定的安全裕度。     

注塑成型CAE分析中的数值建模技术

结合具体实例,归纳了在使用CAE软件进行注塑CAE分析的过程中所涉及到的建模技术和经验,主要包括网格尺寸和数目的控制、几何模型的简化处理、注塑分析软件与其它软件前处理模块的联合使用、自有数据库的建立和工艺参数的选择等。     

基于CAE耦合分析的注塑件熔接痕性能优化

采用Moldflow对注塑件的熔接痕进行CAE模拟,将Moldflow模拟注射成形后的结果数据导入到Algor中对制件做特征值屈曲分析,并将屈曲载荷因子作为注塑件熔接痕性能的评价指标。通过正交试验,分析了熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间对制件屈曲载荷因子的影响。结果表明：熔体温度对熔接痕力学性能的影响最为显著,保压时间和模具温度次之,保压压力的影响最小。     

基于CAE的薄壁壳体注塑分析

通过华塑CAE模流分析,在产品设计过程中预测可能出现的缺陷,对薄壁塑料壳体进行注塑分析,优化了薄壁壳体的结构强度,提高了塑件设计的质量和效率。     

基于ANSYS的斜端面组合凹模CAE分析

通过对平、斜端面组合凹模在预紧及合成两种状态下应力和变形位移的对比分析,得出了斜端面组合凹模的应力分布规律,指出在其他条件相同的情况下,斜端面组合凹模具有更高的强度.     

基于CAE分析的汽车冲压件开发

汽车冲压件以往生产多是通过试模法进行逐步修改,直到满足要求为止。这种方法生产周期长,效率低,消耗大量人力和物力,而且对工人技术水平和经验要求比较高。随着CAD/CAM/CAE技术的应用和高速发展,使汽车冲压件的开发周期缩短,质量提高,费用降低。     

基于CAE计算的铸钢件标准冒口设计

冒口设计是铸造工艺设计中的一项重要内容.铸造CAE软件能正确模拟铸件的凝固过程,使用它可以提高冒口设计的准确性,提高工艺出品率,简化设计过程,提高设计效率.基于凝固时间法和断面模数法,开发了基于铸造CAE的铸钢件冒口设计CAD软件,并对某皮带轮的毛坯铸件进行了工艺设计和浇注.实际生产结果表明,所设计的冒口可以满足补缩的要求,而又没有造成金属液的浪费,验证了该方法的正确性和可行性.     

基于CAE技术的连接器端子冲压分析与设计优化

以连接器端子为研究对象,以FEA软件HyperMesh为平台,对其折弯设计进行数值模拟,预测端子的正向力;通过模拟仿真失效端子,分析了不同的折弯角度对连接器性能的影响,结合分析结果指导模具调试,优化端子设计。     

基于CAE分析的汽车冲压件模具设计

以CAE软件包Dynaform为工具,通过对比较复杂的汽车冲压件散热器罩的CAE工艺性分析,详细地论述了汽车冲压件模具的设计过程和设计考虑因素。事实证明,冷冲压模具的设计CAD／CAM与CAE分析结合,可以提高模具的设计质量,缩短生产周期,降低生产成本,提高生产效率。     

基于CAE技术的注塑模设计

以医用一次性塑料吹嘴为例,详细阐述了专业模流CAE分析软件Moldflow的功能和应用流程.重点分析了如何确定最佳浇口位置及大小,预测了可能出现的缺陷,如熔接痕、气穴、翘曲等.说明了如何利用CAE的分析结果解决注塑模设计及成形加工中出现的问题,显示了CAE技术在注塑模设计及注塑件开发过程中的突出作用.     

基于CAE的外壳件优化设计

近年来,CAE有限元分析快速发展,它改变了传统机械加工的粗放型发展模式,在先进制造业中起到重要的作用。本文以一款中等复杂塑件为主线,浅谈了一些CAE分析的基本流程,介绍了CAE在模具优化设计中的基本过程,以获取更高的性价比。