载流悬臂柱壳的热磁弹性分析

在薄壳的几何方程、物理方程、运动方程和电动力学方程基础上,建立了载流柱壳热磁弹性耦合方程。采用线性化方法,得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程组,整理成含有8个基本未知函数的标准Cauchy型。考虑电磁场的焦耳热效应,引入热平衡方程及广义Ohm定律,得到了柱壳的温度场,并且推导得到了温度场积分特征值。讨论了载流悬臂柱壳应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律,并通过实例证实了可以通过改变电、磁、力场的参数来实现对板壳的应力、应变、温度的控制。     

三边简支载流薄板在交变磁场中的稳定性分析

针对三边简支、一边自由的载流矩形薄板,利用马丢方程解的稳定性,研究在交变磁场与机械载荷共同作用下的磁弹性稳定性问题.在导出载流薄板在电磁场与机械载荷共同作用下的磁弹性动力稳定方程的基础上,应用伽辽金原理将方程整理为马丢方程的标准形式.利用马丢方程系数的本征值关系,得出载流薄板磁弹性动力失稳临界状态的判别方程.通过具体算例,给出该矩形薄板在交变磁场中,动力失稳临界状态与相关参量之间的关系曲线及变化规律,并与均匀磁场中情形相比较.研究结果表明:变化电磁场的性质和大小,改变通电电流参数,均可改变电磁力的状态,从而达到控制载流薄板稳定性的目的.     

载流圆板的磁弹性随机振动

分析载流圆板在磁场中的磁弹性随机振动问题。根据薄板、薄壳体的磁弹性运动方程和连续体的随机振动理论,导出在磁场环境中圆板的磁弹性随机振动方程。对磁场中的载流圆板进行随机响应分析,得到圆板位移响应的自相关函数、功率谱密度函数及均值函数等数字特征。通过具体算例,对处于外加磁场中通入平稳随机电流的导电圆板,计算其位移响应的功率谱密度函数。     

载流条形薄板的非线性应力与变形分析

在所建立的载流条形薄板的非线性磁弹性基本方程--运动方程、几何方程、物理方程和电动力学方程的基础上,通过变量代换,整理成含有10个基本未知函数的标准柯西型方程.采用差分及准线性化方法,将含有10个基本未知函数的偏微分方程组,变换成能用离散正交法编程求解的准线性微分方程组.由此计算分析两边简支条形薄板在电磁场和机械载荷耦合作用下的应力与变形,研究侧向电流和外磁场强度对载流条形薄板的磁弹性效应.     

基于热-磁-固耦合的圆台薄壳应力与变形分析

针对导电圆台薄壳热磁弹性问题,建立在电磁场、温度场和机械场作用下的基本方程。经过变量代换,得出具有8个基本未知量的非线性偏微分方程组。对于导电圆台薄壳,分析其温度场,导出温度场积分特征值。利用New Mark稳定有限等差式和准线性化方法,给出了可以应用离散正交化法求解的标准型方程组,得到该问题的数值解。通过实例计算,得到了圆台薄壳应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律。结果表明,改变电、磁、力场的参数能够实现对圆台应力、应变、温度的控制。研究结果可为此类问题的进一步研究提供理论参考。     

对边简支载流矩形薄板在电磁场中的稳定性分析

针对对边简支、另一对边固定载流矩形薄板,利用Mathieu方程解的稳定性,研究在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性稳定性问题。在导出载流薄板在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性动力稳定方程的基础上,应用Galerkin原理将稳定方程整理为Mathieu方程的标准形式,并将其归结为对Mathieu方程的求解问题。利用Mathieu方程系数、 的本征值关系,得出载流薄板磁弹性动力稳定临界状态的判别方程,并给出当 为小激励时的稳定区域图,以及Mathieu方程稳定解区域和非稳定解区域的分界。最后通过具体数值算例,给出该矩形薄板的磁弹性动力失稳临界状态与相关参量之间的关系曲线。研究结果表明,变化电磁场和通电电流的参数,可以改变电磁力的状态,从而达到控制载流薄板的变形,应力、应变状态及其稳定性的目的。     

某导弹水下发射过程中的强度研究

导弹水下发射时其弹体承受加速载荷、高气压载荷和热载荷,是弹体最恶劣的工况环境。文中建立导弹壳体的非稳态温度分布模型,结合发射管压强和温度场的变化情况,基于有限元方法,运用大型工程分析软件对弹体总体及分段进行高温瞬变温度场、瞬变压力场以及加速动载荷时的壳体应力、变形计算研究。分析计算结果与实验结果相吻合,验证方法的合理性和有效性。该方法理论明晰、操作方便,便于工程应用。     

磁场中轴向变速运动载流梁的参强联合共振

研究磁场环境中轴向变速运动载流梁在简谐激励作用下的参强联合共振问题,应用弹性力学理论、电磁场基本理论以及哈密顿变分原理,得到轴向变速运动载流梁的非线性磁弹性耦合振动方程。利用伽辽金积分法对其进行时间变量和空间变量的离散化,进而运用多尺度法以及坐标变换的方法求得系统主共振-主参数共振的幅频响应方程。通过算例,得到了系统随不同参数变化的幅频响应曲线图、时间历程图、相轨迹图、庞加莱映射图和共振系统的动相平面轨迹图,分析了轴向速度、轴向拉力、磁感应强度、电流密度及强迫激励对系统主共振-主参数共振特性的影响,结果表明系统呈现典型的非线性振动特征和复杂的动力学行为。     

简支圆板在磁场中的非线性随机振动

分析周边简支圆板在磁场中的非线性随机振动问题。根据板壳磁弹性基本理论及连续体的随机振动理论,得到在磁场环境中简支圆板的非线性随机振动方程;利用FPK方程法解出了圆板随机振动位移和速度响应的多个数字特征,并讨论参数变化对各数字特征的影响。     

一次导体结构对SF_6倒立式电流互感器损耗发热的影响

为了设计SF6倒立式电流互感器(LVQB),必须精确地确定一次导体的载流容量满足最高温升的要求。温升是由于载流导体中的焦耳损耗和壳体中的感应涡流引起的。以LVQB-500产品为例,建立其损耗发热的电磁场-流场-温度场求解模型。计算结果表明,一次导体结构对产品温升影响显著,尤其是接触电阻。最后进行了温升试验,仿真与试验的最大误差为3.61 K,验证了仿真方法的正确性,可以为LVQB散热结构设计及过热分析提供指导。     

载流线圈中导电圆板的磁弹性固有振动

针对处于平行共轴三线圈和球形载流线圈产生磁场中的导电圆板,基于Kirchhoff薄板理论,给出磁场中圆板的磁弹性横向振动基本方程。根据电磁理论,导出线圈产生均匀磁场区域中圆板所受电磁力的表达式。通过位移函数的设定并应用伽辽金法,得到圆板的磁弹性轴对称振动微分方程及固有频率的表达式。通过算例,绘制了周边夹支和简支两种边界条件下圆板的磁弹性固有振动特性曲线图,分析了两种边界条件下固有频率、阻尼比、电磁力矩随线圈载流强度、线圈匝数和板厚等参数的变化规律。     

超高速磨削电主轴磁热耦合分析

磨削电主轴高速运行时内置电机温升较大,对其工作性能将产生严重影响。以超高速磨削电主轴为研究对象,采用双向耦合方法进行电主轴电机磁热分析。分别建立电主轴电磁场与温度场的有限元分析模型,对电主轴散热边界条件和材料的温度特性进行计算。将电磁场分析得到的电磁损耗导入到温度场中计算温度场分布,根据温度场改变电磁场材料属性参数以更新电磁损耗,实现电磁场与温度场的磁热双向耦合分析。通过绕组端部的温升实验结果与仿真结果对比分析可以得出,采用磁热双向耦合的分析方法,可以提高磨削电主轴温度场分析的准确性。     

浅拱形薄壳在流体作用下的变形与应力分析

应用弹性薄壳的基本理论和流体弹性力学基本方程,结合相容拉格朗日-欧拉法,建立接触面处流体与固体相互作用的运动学方程和动力学方程,深入研究浅拱形薄壳在流体作用下的弯曲变形;给出在倾斜流动和对称流动状态下,法向位移系数的线性方程表达式;结合边界条件求解得到浅拱形壳的变形、压力及应力的算式。并通过具体算例,绘出挠度随壳体材料、壳体厚度、壳体弧长、迎角和流体速度等参数变化的关系曲线,给出发生最大变形、最大应力所在的位置及数值;分析相关参数变化对浅拱形壳体变形和应力状态的影响。其分析结果可供流体作用下浅拱形薄壳的强度与刚度设计参考。     

复杂薄壁壳体流固耦合仿真分析及试验研究

针对某涡轮增压器复杂薄壁燃进壳漏水现象,采用CFD流固耦合计算方法,分别仿真模拟了柴油机运行工况及增压器试验台运行工况温度、应力分布,并开展了试验测试。研究表明：燃进壳温度场分布均匀无突变,柴油机工况下燃进壳表面最高温度为212℃,最低温度为72℃,台位试验工况下,燃进壳表面最高温度为193.6℃,比柴油机工况减小18.4℃,台位试验测试与仿真模拟高度吻合,最大误差约为4.3%。应力计算表明：燃进壳应力分布均匀,柴油机工况下,最大等效应力为176MPa,最大等效应力小于材料屈服强度224MPa,安全系数1.27,台位试验工况下,最大等效应力分布在燃进壳冷却水流道,最大值约为230MPa。燃进壳理论计算应变与实际测试应变最大误差为4.11%,理论计算结果与实际测试结果吻合较好,燃进壳应力计算完全满足工程仿真精度要求,研究结成果为后续燃进壳寿命提升奠定理论计算基础。     

半组合式曲轴感应加热过程的数值模拟

从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了感应加热工件的电磁场、温度场分布基本方程;并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了有限元分析模型.利用通用有限元软件ANSYS对大型半组合式船用曲轴红套感应加热过程进行仿真分析,得到了工件温度分布图,并通过实验进行了验证,为其红套工艺的制定提供了参考和依据.     

基于简化热源的金刚石磨粒高频感应连续钎焊温度场仿真研究

针对高频感应连续钎焊温度场有限元仿真多场耦合计算复杂、效率低的问题,提出一种基于高斯分布的高频感应钎焊简化热源模型代替复杂的耦合计算,该模型的参数与感应器结构尺寸以及加热率密切相关。通过与传统电磁场—温度场耦合模型以及试验结果进行对比发现：相对于电磁场—温度场耦合模型,简化热源模型的网格数量和运算时间分别减少26.4%和44.6%,两者的计算结果误差最大为8.02%,而电磁场—温度场耦合模型获得的温度分布和加热曲线更接近试验测试结果;基于简化热源模型的高频感应连续钎焊温度场仿真结果与试验值之间的误差为10.1%,表明该模型能较好地预测移动感应加热的温度;移动感应钎焊仿真结果显示,扫描速度对工件残余应力的影响比较显著,而钎焊温度对工件残余应力的影响不明显。     

温度场影响下滤波减速器静力学分析

利用ANSYS Workbench软件分析了不同工况下,滤波减速器轮齿的温度场分布特点及其静力学状态.通过ANSYS Workbench提供的间接耦合方法,对固定齿轮与双联齿轮进行温度与静力学耦合计算,重点讨论了不同输入转速和输出转矩下产生的不同温度场分布特性及静力学特点.结果表明:齿轮负载转矩和输入转速的增大、环境温度的升高,都将提高齿轮本体温度和增大轮齿的应变、应力和压力.通过研究可以有效增加齿轮在空间环境下的可靠性,为航空、航天提供理论依据,从而保证航天器的安全.     

大挠度四边固定矩形薄板的磁弹性混沌运动

针对大挠度四边固定矩形薄板,研究其在机械载荷、电磁场耦合作用下的混沌运动。在板壳与磁弹性力学理论的基础上,推导出薄板在横向稳恒磁场和机械载荷共同作用下的非线性磁弹性耦合振动方程。利用Melnikov函数法,求出该动力系统Smale马蹄变换意义下出现混沌运动的条件,并对该系统振动方程进行数值模拟。通过具体算例,得到系统的分岔图、位移波形图、相图以及庞加莱截面图。讨论机械载荷、电磁场参数对系统混沌运动的影响,由仿真结果可知,通过变化机械载荷、电磁场参数,可以控制系统的振动特性。     

焦耳热对搅拌摩擦焊耦合温度场的影响

运用COMSOL Multiphysics对搅拌摩擦焊接建立耦合温度场模型,模拟和分析了模型在有无载流条件下温度场分布及其变化规律。结果表明:无载流时,最高温度主要分布在搅拌头与工件的接触区域,工件上焊接前侧的温度分布面积大于后侧,但前侧温度等值面分布相对后侧稀疏,使得焊接前侧温度梯度小于后侧;载流时,温度及等值面分布与无载流时基本相同,但载流后轴肩上的温度分布面积大于无载流;当焊接速度、法向压力、转速、位移不变时,载流条件下焦耳热与摩擦热耦合产生的最高温度远高于无载流时的摩擦热产生的最高温度,二者对比可知相同的发热效率下载流较大地降低了对法向压力的要求。     

含载流梁传感器元件的共振特性研究

为研究电磁场和温度场耦合作用下的含载流梁传感器件的非线性热磁弹性动力学行为,在弹性梁与磁弹性力学理论的基础上,应用动力学方法建立了系统耦合振动方程。应用非线性振动分析方法,针对非线性强弱求得了系统受Lorentz力和热力共同作用的1/3次亚谐共振情况的一次近似解以及对应的定常解,对其进行了数值计算,当电磁场、温度场、电流、调谐值等参数控制在合理范围内,可以有效抑制共振的发生。在研制电磁元器件时,将这些参数控制在合理范围内,可以保证元器件的工作安全可靠,抑制共振的发生;若电磁元器件做为关键零部件制作传感器时,参数选取合理,会增加传感器的灵敏度及可靠性。