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。     

电磁阀的热物理场数值仿真与试验研究

以某型航空发动机控制系统上的电磁阀为研究对象，建立其流固耦合模型，开展热物理场数值仿真研究，对其不同工况下的热物理场特性进行分析。同时搭建试验系统进行试验验证，根据试验结果对仿真模型及参数进行优化迭代，并得出结论：在实际使用过程中，电磁阀的温升主要受环境温度、外加功率、内部结构及外部热交换条件的影响，电磁阀的热物理场数值仿真结果与试验数据的最大误差为7.0%,数值仿真模型准确度较高，能有效地预测电磁阀的温度场分布。该模型可指导电磁阀热设计，具有较高的实际工程应用价值。     

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。     

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。     

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。     

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...     

基于多物理场耦合的高温掺合阀温度场数值模拟研究

为了研究柱塞式高温掺合阀在实际生产中流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的分布规律,分别采用理论计算方法和基于ANSYS的有限元方法对实际生产工况条件下该阀的流场、温度场进行耦合计算.给出了理论计算过程,为模拟分析提供依据,给出了流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的计算过程和结果.结果表明:阀内流体域...     

基于多物理场耦合的线性压缩机吸排气阀组气动噪声分析

以线性压缩机吸排气阀组为研究对象,考虑吸排气阀组特征,依据结构动力学构建吸排气阀组结构域动力学方程;利用计算流体力学的基本理论,建立吸排气阀组流体控制方程;结合Lighthill声比拟方法建立吸排气阀组声学模型。考虑吸排气阀片组结构-流体-声学各物理场耦合面间物理量传递关系,利用ANSYS Workbench多物理场仿真平台,构建基于结构-流体-声学多物理场耦合的线性压缩机吸排气组仿真模型,研究不同工作频率下吸排气阀组的气动噪声。结果表明：随着活塞运行频率的增大,吸排阀组的气动噪声随之增强,但运行频率达到100 Hz之后增幅变缓,为合理选取压缩机工作频率提供了依据。     

电子装备机电热多场耦合问题初探

介绍了普遍存在的多物理场场耦合问题.首先,给出了几个主要且常用物理场的数学描述,讨论了它们之间的场耦合关系,进而研究了多场耦合的建模问题.对电子装备中存在的多场耦合及其建模问题作了专门论述.其次,介绍了多场耦合问题的求解策略与方法,涉及到不同场网格之间的匹配、滑移及信息传递等问题.再者,阐述了多场耦合优化设计问题,给出了一种多场耦合问题的优化设计模型.     

叶片电化学加工过程多场耦合仿真

针对叶片电化学加工过程难以预测、实验参数修正周期长的问题,建立与温度相关的叶片多场耦合仿真模型,基于COMSOL Multiphysics平台对叶片电化学加工过程进行多场耦合仿真,仿真分析了不同加工电压和不同进液流量对法向平衡间隙的影响。结果表明：加工电压越大,间隙也相应增大,且间隙分布越不均匀;进液流量越大,间隙分布越均匀。采用其中一组仿真参数进行工艺实验,仿真与实验的对比结果表明,叶片轮廓曲率变化缓慢处的仿真结果和实验结果比较贴合,而轮廓曲率变化较快处的仿真值与实验值差别相对较大,但两者的变化趋势相同。     

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。     

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。     

从场协同到热力学耦合:流动换热强化的热力学机制

根据热流的散度方程,分析质量流与热流之间不同相位关系时流动换热强化的两种热力学机制。当质量流与热流之间同相位时,两者的相位差越小,流动换热的强度越大,它反映两个正熵产率的自发过程之间能量传递的场协同机制,且传热过程熵产率随传质过程熵产率的增加而增加;当质量流与热流之间反相位时,两者的相位差越大,流动换热的强度越大,它反映正熵产率的自发过程与负熵产率的非自发过程之间的能量转换的热力学耦合机制,且传热过程熵产率随传质过程熵产率的增加而减小。质量流与热流之间由同相位到反相位,分别对应着场协同时的能量传递机制及热力学耦合时的能量转换机制,共同反映了体系流动换热时能量的最小耗散原理。     

基于多物理场耦合的航空发动机燃油泵液膜密封仿真分析与试验*

针对航空发动机燃油增压泵接触式机械密封润滑失效问题,通过多物理场耦合仿真和试验分析人字槽液膜密封用于燃油增压泵的可行性。基于考虑粗糙度的雷诺方程、能量方程和热传导方程建立液膜密封多物理场模型,分析密封温度特性、泄漏特性等关键性能参数,并针对人字槽液膜密封开展密封性能试验研究。结果表明：与平端面接触式机械密封相比,人字槽型密封端面平均温度降低约50 ℃,有利于密封运行稳定性的提高;试验运行过程中密封各处温度稳定,泄漏量为0,满足燃油增压泵对密封的性能要求。     

压缩机用永磁无刷直流电机的多物理场分析

为了降低电动涡旋压缩机的电机电磁噪声,对于有外套的弧形磁片式转子电机在中低频电磁噪声较为明显的情况,提出采用内置V型径向式转子电机,并对样机进行了多物理场联合仿真和实验测试.通过仿真分析得到了内置V型径向式转子电机在1000～6000 r/min的6个转速下的多物理场的振动等效辐射声功率瀑布图以及噪声的远场声压级瀑布图...     

曳引电梯磁流变制动装置的多物理场耦合分析与试验

设计了一种具有双线圈结构的磁流变制动装置,该结构满足曳引电梯较大制动力矩和良好散热功能的要求。基于数学物理方法,在COMSOL Multi-physic有限元软件中建立了曳引电梯磁流变制动装置多物理场模型,即静磁场、流场与转子动力学方程相互耦合的数学模型,利用该模型进行动态仿真研究分析,揭示不同电流、转速下磁流变制动装置的制动力矩、制动时间、温度的变化规律和动态性能。最后进行了实验验证,仿真分析结果与试验结果相吻合。     

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。     

光电复合海底电缆电-热多物理场耦合建模与故障分析

针对光电复合海底电缆运行环境特殊,实验成本高,获取状态信息难等问题,基于COMSOL Multiphysics环境建立了电-热多物理场耦合模型.探究了敷设深度、环境温度和水土换热系数对海缆缆芯工作温度的影响以及在超负荷状态下海缆的状态进行分析,找出海缆常见电气故障,得出:电阻的温度效应比不考虑温度效应海缆缆芯电磁损耗高...     

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.