仿生形态表面气固冲蚀磨损性能

根据试验优化设计理论,利用L27(313)三水平正交表设计试验,对具有凹坑形、凹槽形、圆环形仿生形态表面的试件进行冲蚀磨损试验研究,运用极差分析处理试验数据,得到三种表面形态试件的冲蚀率与各试验因素之间的关系。结果表明:试验因素对冲蚀率的影响程度由大到小依次为砂子目数、转速、喷砂量、形态;冲蚀率随着目数、转速的增大而增大;所有一级交互作用中,形态和喷砂量之间的交互作用对冲蚀率的影响最大,目数和转速之间的交互作用对冲蚀率的影响最小。     

形态/柔性材料二元仿生耦合增效减阻功能表面的设计与试验

通过研究水生生物在流体介质运动中,皮肤可随着流体载荷的变化而发生动态变化,并与皮下组织特有的非光滑结构形成动态耦合,形成具有特定功能的表面的现象,并依据仿生学相似原理,提出一种形态/柔性材料二元耦合功能表面设计的新思想,称之为仿生耦合功能表面(BCFS),该功能表面由不同属性的双层材料构成,利用面层材料的弹性变形以及面层材料与基底材料表面上仿生非光滑结构的耦合,对流体进行主动控制,实现增效减阻功能。探索了将这种仿生耦合功能表面(BCFS)在典型流体机械-泵上面的实现方法,并以效率为目标,进行了仿生耦合功能表面增效减阻功能的试验,试验结果表明,采用这种耦合功能表面的仿生耦合水泵,效率提高了5%以上。     

新疆岩蜥三元耦合耐冲蚀磨损特性及其仿生试验

选取新疆岩蜥为典型动物,以形态、结构、材料作为因素设计仿生耦合试样,通过喷砂试验检验耦合试样表面的冲蚀磨损特性。喷砂试验选用粒径为1000μm的Al2O3颗粒为磨料,对LY12硬铝合金与45#钢为基底的仿生耦合试样进行试验。结果表明,在冲蚀时间为180 s,入射角为30°,入射距离为200 mm,空气压力为0.4 MPa条件下,耦合试样耐冲蚀磨损性能较对照试样提高18.7%。耦合试样特征因子最优组合为以LY12硬铝合金为基底材料,非光滑单元形态的形状为圆形凹坑、直径为3 mm,单元间距为6 mm的规则分布,表面涂层(Al2O3+13%TiO2)厚度为100μm。     

基于形态仿生的轿车升阻特性的数值模拟

受鱼类利用中央鳍/对鳍对流体介质产生扰动来增加运动稳定性的启发,本文在轿车尾部增加功能类似中央鳍/对鳍的扰流板,称之为方案一;针对其阻力增加,在方案一的基础上,在车后窗及汽车后备箱表面添加棱纹形态仿生功能表面,称之为方案二。利用数值模拟方法,对上述两种方案及原车模型在高速行驶状况下进行仿真分析,结果表明:方案一升力系数由原车的-0.06455降为-0.1516,后轮附着力增加,提高了轿车的操纵稳定性;方案二较好地梳理了尾部气流,延迟了气流的分离,与方案一比较,减阻率达到4.938%。     

基于沙漠蜥蜴体表仿生凹坑形态的抗冲蚀磨损机理分析

根据生物进化的科学理论和逻辑,分析了沙漠蜥蜴抗风沙冲蚀磨损的进化策略选择,并提出了风是风沙冲蚀磨损的主要因素和研究风沙冲蚀的主要矛盾点.在仿沙漠蜥蜴体表形态提取的典型凹坑形态的基础上,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,分析了具有凹坑形态表面的空气流场形式,解释了仿生凹坑形态抗冲蚀磨损的机理,补充了沙漠蜥蜴抗风沙冲蚀的进化策略,为工程仿生设计提供了理论参考.     

轴类零件楔横轧三维数值模拟

利用Pro/E建立楔横轧模具和轧件的三维参数化模型,将其导入ANSYS/LS-DYNA有限元软件中,建立楔横轧轧制阶梯轴的有限元模型,对轴类零件楔横轧成形过程进行了三维数值模拟,得到轴类零件轧制过程中轧件内部的应变场、轧件表面变形形状等信息,为研究其他零件的轧制成形机理及变形规律提供了参考和理论依据.     

基于数值模拟的光面爆破装药结构不耦合系数研究

光面爆破在巷道掘进中起到举足轻重的作用,参数的选取直接决定了光面爆破的效果.目前参数选择主要是通过经验法确定,具有不确定性.针对巷道掘进光面爆破特点,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,研究巷道光面爆破中炮孔间距与不耦合系数之间关系.研究结果表明：通过数值模拟确定的光面爆破能够达到良好的爆破效果,便于指导现场实践.     

Cu-Zn合金仿生耦合表面的疏水性能

采用模板法对Cu-Zn合金形态、结构、成分耦合表面仿生制备工艺及其疏水性能进行了研究。模板去除后,表面形成了相间密布的纳米级纯Cu突起及球形洞穴。研究表明:形态、结构、成分的仿生耦合可以使Cu-Zn合金表面由亲水转变为疏水,随着深径比ξ的增加以及水滴下固体面积分数Φs的减少,实际接触角从82.5°增加到了126.1°,实际接触角的变化服从Cassis-Baxter模型。     

多孔仿生射流表面减阻特性数值模拟

利用RNGk-ε湍流模型对流体在多孔仿生射流表面上的流动特性进行了数值模拟。结果表明:减阻率和流速比呈线性关系,流速比越大减阻效果越好,最大减阻率为59.02%;单孔射流表面中心线上的摩擦阻力系数先减小后增大,局部减阻率最大为111.8%;射流孔越多,减阻效果越好。探讨了仿生射流表面减阻机理:射流通过改变其表面附近的流场结构,使得边界层黏性底层的厚度增加,垂直于壁面的法向速度梯度减小,达到了显著的减阻效果;同时产生稳定的流向涡结构,并在壁面处形成小的二次涡,抑制了流体间的动量交换,减小了摩擦阻力。     

仿生耦合功能表面应力-应变本构关系

采用试验优化设计方法对相同试验条件下凹坑形仿生光滑试样以及具有仿生耦合表面的非光滑试样进行了干摩擦磨损试验对比研究。在相同试验条件下,凹坑形仿生非光滑试样磨损率小于光滑试样,即前者耐磨性较高。在此基础上,作者进行了受压状态下试样表面应力的试验测试和ANSYS有限元计算分析,探讨了非光滑凹坑对试样表面应力-应变分布的影响。结果表明:在受力状态下,仿生非光滑凹坑改善了试样表面的应力分布,使非光滑试样表面凹坑间的区域局部应力明显小于光滑试样表面的应力,即产生了局部低应力区。本文初步提出了非光滑结构的力矩效应和应力缓释效应。     

组合碟簧的刚度研究

从碟簧的实际结构特征和具体工作特点出发,对组合碟簧进行静刚度试验测试,并利用有限元软件ANSYS/LS—DYNA的非线性显式算法进行计算,对叠合碟簧的连续加载以及加载—卸载过程进行数值模拟,得到碟簧的载荷位移关系曲线.将结果和试验值与传统的计算法Almen-Laszlo公式的结果进行比较,可以看出这种方法计算的结果与试验值基本符合,比Almen-Laszlo公式准确.从而为在工程应用中选择组合碟簧提供一个简便正确的方法.     

柱形爆炸容器动力响应的数值模拟

针对中心装药的冲击波加载研究了柱形爆炸容器的动力响应问题.模拟运用ANSYS/LS-DYNA软件,采用流固耦合方法,得到了爆炸容器壳体在爆炸中心点对应处的残余变形,并与实验值进行比较;绘制了壳体上一些特征点的等效塑性应变曲线和应力峰值曲线,分析了容器材料的应变率效应.结果表明:塑性变形主要集中在爆心附近区域;TNT药量越大,塑性区域与塑性变形越大;容器爆心环面的应力是最大的;应变率效应使壳体材料的屈服极限提高了2.2倍.     

影响板料冲压成形质量因素的有限元分析

板料在冲压成形过程中经常出现起皱、鼓包及拉裂等缺陷。板料成形过程包括了非常复杂的物理现象, 涉及力学中的几何非线性、物理非线性和边界非线性, 很难用解析法研究。利用大型非线性有限元软件ANSYS/LS -DYNA, 对板料拉深过程进行了数值模拟, 分析了成形后可能发生的缺陷, 讨论了冲压速度、摩擦因数及压边力等因素对板料成形质量的影响。结果表明, 凸模和凹模0 交界处的板料首先变形, 应力及应变最大值出现在凸模圆角部位外侧板料上。板料凸缘增厚量最大, 凹模圆角处板料减薄量最大;凸模与板料间摩擦因数越大, 边缘应力越大, 板料凸缘越不易起皱, 而侧壁应力受凸模与板料间摩擦因数的影响较复杂;适当的增加凸模虚拟模拟速度不但可以提高计算效率, 并且能够保证计算精度。     

大跨越输电塔在线路断线作用下的动力响应

基于有限元程序ANSYS/LS-DYNA,分别建立以等效弹簧代替塔对线路作用的导线、地线模型和以等效弹簧代替线路对输电塔作用的直线塔模型.利用显式积分法对导线和地线的断线进行动力有限元仿真分析,并将悬垂点的纵线向支座动反力施加在直线塔上,分析导线、地线断线对直线塔的动力作用.该方法既考虑了塔和线的耦联作用,又避免了,建立复杂的塔-线体系模型.研究表明,地线断线对输电塔的冲击作用较小,导线断线对输电塔的冲击作用较大.     

海浪对导弹出水姿态影响数值分析

基于LS-DYNA有限元软件建立了导弹出水过程的有限元模型,应用数值仿真方法分析了海浪对导弹出水姿态的影响,获取了导弹在不同海浪等级条件下出水姿态的变化规律,为获取极限海浪等级对导弹出水姿态影响的运动规律,提供了有效的数值仿真手段。     

基于ANSYS/LS-DYNA的飞机机翼前缘抗鸟撞分析

飞机的鸟撞事故是一种突发性和多发性的飞行事故,轻则飞机受损,重则机毁人亡,飞机结构的抗鸟撞设计与分析已经成为飞机设计中必须要考虑的重要内容之一。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对飞机机翼前缘结构的抗鸟撞能力进行了数值分析,分析结果表明:与经验公式计算结果相比,文中的计算结果较好,误差范围一般在±10%左右,最小误差仅为0.4%。证明该计算模型可靠,计算精度高,可用于飞机结构的抗鸟撞结构设计与分析。     

Z字钢在蝶式孔型中金属流动的数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS／LS-DYNA，对310Z字钢在蝶式孔中的四道次成形过程进行了模拟，详细介绍了有限元模型的建立，材料模型的选择，单元的选择以及网格的划分，得到了各道次轧件的模拟变形结果，对轧件的变形和轧制区内应力场的分布进行了深入的分析，为轧制异型断面型钢的显式动力学有限元模拟提供了参考．     

高压断路器三维电场数值仿真

运用有限元法对罐式SF6断路器断口附近三维电场进行了数值计算,以计算机辅助绘图为支撑,完成了SF6断路器三维电场的数值仿真。在三维电场数学模型的建立中考虑了屏蔽罩和并联电容器组的存在;对断路器不同三维剖面的等电位线分布及电场分布情况进行了分析;并将计算结果进行了三维图形可视化处理及显示。     

HFW焊管排辊成型预成型段ANSYS有限元分析

对508 mm焊管排辊成型机组的预成型建立有限元模型,利用ANSYS有限元软件进行 HFW焊管排辊成型预成型段动态仿真。结果表明,弯边区域板带在咬入阶段产生的等效应力较稳定阶段大;预成型段弯边辊对板带边部变形的贡献最大,最大塑性变形发生在板带的边缘和中心;板带边缘无边浪和鼓包产生。动态仿真精度满足工程应用需要。     

钢筋弯曲过程的有限元模拟

本文针对钢筋在弯曲过程中的大变形及非线性的特点,运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了钢筋弯箍系统的有限元模型,对钢筋的弯曲过程进行了数值模拟,并分析了钢筋在不同时刻的弯曲应力变化情况。当钢筋弯曲角度接近于零时,钢筋产生的最大应力发生在与弯箍转套接触部位;随着时间的增大,与箍筋模接触部位的应力迅速增大,且应力最大值逐渐由钢筋的边缘部位向中心部位靠近。