计算机模拟焊接热影响区晶粒生长的研究进展

概述了蒙特卡罗(MC)模拟方法的基本原理及特点，介绍了当前蒙特卡罗方法模拟焊接热影响区(HAZ)晶粒生长的主要模型，综述了国内外利用蒙特卡罗方法模拟晶粒生长过程特别是焊接热影响区(HAZ)晶粒生长过程的最新研究进展，提出了目前该领域研究中存在的主要问题及其今后发展的主要方向。     

相场法模拟增材制造及焊接过程中显微组织的研究进展

增材制造以及焊接过程都是多物理场耦合的复杂过程,难以采用试验方法直接观测熔池显微组织的演变过程。随着计算材料学和数值模型的快速发展,从数值模拟出发研究凝固过程中的显微组织演变成为可能。对比分析了几类常用的显微组织模拟方法,其中相场法在晶粒形貌模拟准确性上具有独特的优势。综述了相场法在增材制造及焊接领域模拟显微组织的应用现状,并对未来的研究方向进行了展望。     

非均质材料无网格Galerkin法

提出了采用无网格Galerkin方法来分析非均质材料。无网格伽辽金法（EFGM）是近些年发展起来的一种数值算法，它采用移动的最小二乘法构造形函数，从能量泛函的弱变分形式中得到控制方程，该法只需节点信息，不需将节点连成单元。在积分网格中，取高斯点的材料参数来模拟材料特性的变化。算例的结果显示用该法来分析非均质材料得到的结果精度高，表明该方法在非均质材料领域有着广阔的应用前景。     

金属塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术研究

将无网格伽辽金法与刚(粘)塑性流动理论相结合,对无网格伽辽金法在金属塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究,分别采用混合变换法和罚函数法实现速度边界条件和体积不变条件,提出了基于刚(粘)塑性力学流动理论的无网格伽辽金法,给出了金属塑性成形无网格伽辽金法数值模拟的关键算法,拓展了无网格方法在金属成形领域的应用范围。典型算例的数值计算结果表明了方法的可行性。     

基于二分图最大匹配的RV减速器选配方法

RV减速器装配精度要求很高,采用完全互换装配法不经济,寻找合适的选配方法值得研究。分组选配法滞装严重,且依赖待装零件的尺寸分布,而基于二分图匹配的选配方法具有匹配率高、算法易于实现等优点。首先对二分图匹配的基本定义和基本理论进行说明,介绍了二分图最大匹配的匈牙利算法,然后应用该方法完成RV20E型减速器的零部件选配。最后,利用数值模拟方法做了对比试验,结果表明二分图匹配比分组选配法的匹配率高6%至25%。为RV减速器的选配提供了新方法,该方法也可应用在其他精密零件装配领域。     

磨削液性能评价试验方法研究

针对磨削液的使用性能，按四球试验法、攻丝扭矩模拟评定试验法、磨削加工试验法对三种磨削液进行了性能试验研究。结果表明，四球试验法的结果重复性较好，但该方法以滑动摩擦接触面的油膜强度来评价磨削液的性能，与磨削加工试验的结果有较大差别。攻丝扭矩模拟评定试验方法为真正的切削试验，与切削加工的相关性较强。磨削加工试验是最能体现磨削液性能的试验方法，因影响因素较多，需要建立完善的试验装置和试验方法。     

蒙特卡罗法模拟晶粒生长过程中的Voronoi模型

晶粒生长过程的蒙特卡罗法计算机模拟是研究晶粒生长过程的重要内容,而Voronoi模型的建立是该计算机模拟的关键。详细介绍了Voronoi模型的原理、方法和程序实现,并在程序中引入链表结构。试验表明：链表结构的引入可大幅度提高模拟效率。     

基于FLUENT的气体静压轴承数值仿真与实验研究

应用基于有限体积法的计算流体动力学软件FLUENT进行数值模拟,对影响气体静压止推轴承静态性能的相关因素进行了分析研究,并给出了相应的变化曲线.在自行研制的实验平台上进行气体静压实验,实验与数值模拟计算的结果取得了较好的一致性,证明了将该方法应用在气体润滑领域的可行性,也为进一步改进小孔节流气体静压止推轴承的设计和改善、提高其性能提供了理论依据.     

刚性粒子流法模拟自由锻造工艺的探索

基于网格的数值计算方法在处理自由锻造、冲压成形、高速碰撞、裂纹动态扩展等大塑性变形问题时,往往会因网格畸变和网格重构困难使得计算精度丢失甚至无法计算。针对该问题,基于连续介质力学理论和分子动力学基本原理,采用一种求解金属大塑性变形的数值模拟方法--刚性粒子流法,建立了刚性粒子流法的数学模型并探讨了初始粒子配置、粒子搜索算法、数值积分和边界条件等关键数值技术。将该方法应用到核电饼类锻件高温镦粗和大型核电封头终锻成形两个数值算例中,计算结果表明：模拟大塑性变形问题时,刚性粒子流法与实验结果能够较好地吻合,有效地解释了大型饼类锻件夹层裂纹和封头锻件层状撕裂的形成机制。研究结果为进一步采用该方法模拟变形更加复杂的自由锻造工艺提供了参考。     

基于改进背景差法的运动目标检测

运动目标检测是视觉领域的重要研究内容,文章在研究了现有大量算法的基础上,提出了一种基于改进背景差法的运动目标检测方法,利用三帧差分图像法的主要思想,将背景差法和帧间差法结合起来,使它们优势互补,从而克服相互的弱点。实验结果表明,该方法可以很好地适应背景中存在周期运动干扰的情况,并且可以适应背景突变的情况。     

挖掘机动臂板焊接温度场模拟及影响因素分析

利用有限元方法对挖掘机动臂平板对接焊温度场进行了分析,采用Goldak椭球热源模型,应用DFLUX子程序定义热源模型的位置、大小、热输入以及焊接速度等参数来模拟瞬态温度场的分布及其变化,在此基础上通过改变焊接热输入、热源模型参数和焊接速度来分析其对温度场分布的影响规律.研究结果表明,由于焊接热源具有集中移动的特点,焊接热源模型参数以及焊接速度对焊缝区和热影响区的温度分布影响比较明显,热输入的变化与最高温度的变化大致呈线性关系.运用有限元法,选取Goldak椭球热源模型通过DFLUX子程序可有效进行挖掘机动臂平板焊接的数值模拟.     

Measurement and simulation of the voltage distribution and the electric field on a glass insulator string

The electric field and voltage distribution in glass insulators used to support high-voltage lines are very important for their performance. In this paper, a 150 kV glass insulator was simulated. A three-dimensional electric field analysis program has been used for the calculations. The electric field and potential distributions in the vicinity of the insulator was examined. Finally, in order to validate the accuracy of the method, the simulation results were compared to corresponding experimental results with satisfactory agreement. The small deviation between the simulation and the experimental results shows that the simulation methodology is a useful tool for the calculation of the potential in this problem.     

基于CFD的发动机冷却风扇性能仿真分析

基于CFD(Computational Fluid Dynamics)计算流体动力学方法,通过建模和数值模拟计算,对风扇进行流场分析,研究风扇结构对风扇性能的影响,得出不同风扇叶片倾角、轮毂比和叶片数下风扇的流量和效率值,分析探讨风扇结构参数对风扇性能的影响规律,为风扇改进设计提供参考.     

高速离心叶轮内部三维粘性流场的数值模拟

采用一种快速求解三维黏性流场的计算方法求解某离心压气机内部复杂的流场，该方法利用Denton J．D．教授的粘性体积力法模拟粘性对叶轮机械内部流动的影响，采用时间推进法和有限体积差分格式对叶轮机械内部的流动进行求解。为加速收敛，使用了多重网格法，当地时间步长和局部残差光顺技术。对某离心压气机内部流动进行了详细的数值模拟，得出了压气机转子性能、叶顶周向平均静压以及准正交面上子午速度分布图，计算结果与试验结果吻合良好。采用该方法详细分析了不同工况下离心压气机内部流场。     

冲击载荷下磁流变阻尼器设计和仿真

提出了冲击载荷下磁流变阻尼器的设计方法和约束条件,并使用MATLAB优化结构参数.针对某型号火炮,实际设计了一阻尼器,从结构和磁场方面进行了验证.结果表明:所设计的阻尼器满足约束条件,活塞间隙内的磁流变液被充分激励,且磁场分布均匀,铁芯工作在高磁导率范围内.火炮后坐过程仿真结果表明阻尼器能够有效减小最大后坐阻力峰值.     

激光热效应数值模拟技术研究现状

针对激光加工过程极快、形成的瞬态热效应难以用实验方法进行测量等问题,将数值模拟技术应用到对激光加工的物理机制的研究中,并为实际的激光加工提供了优化的加工参数.在对国内外激光加工热效应数值模拟技术研究的成果进行了总结的基础上,分析了激光加工过程的物理现象及与之相关的激光能量密度;综述了常用的数值模拟方法,主要包括解析法、有限差分法、有限体积法、有限元法,以及各种模拟方法的优缺点及适用情况;分析总结了在数值建模过程中热传导场、流体场和力场等多物理场的选择;总结了材料属性和激光特性对激光热效应的影响.研究结果表明,数值模拟技术正向着复杂化、全面性、多样性方向发展.最后,针对目前激光加工过程中存在的问题,对激光热效应数值模拟技术未来的发展方向提出了几点建议.     

无人机飞控系统故障仿真及数据生成

为解决由于无人机故障数据缺乏且无故障标签而造成的无人机故障诊断、健康管理等工作开展困难的难题,提出了一种基于飞行控制系统仿真模型的全数字仿真的故障数据生成方法。详细分析了执行机构和传感器的故障模式及对应的数学模型。在明尼苏达大学无人机模型上,进行故障注入与故障仿真,生成故障数据,同时分析了不同故障类型、注入节点和幅值大小对故障数据生成的影响,总结了一套基于仿真模型生成故障数据的方法。所提出的方法利用了数字仿真操作简单,故障注入方式灵活、无人机机理表现充分等优点,可方便模拟无人机实际飞行过程中故障发生时间及故障模式的随机性,对改善目前无人机故障诊断领域缺少有效故障数据的现状具有重要意义。     

中心型蝶阀流场的数值模拟研究

利用CFD软件FLUENT对中心型蝶阀流场进行数值模拟。计算模型采用不可压缩流动的雷诺时均方程组,紊流模型采用标准模型,离散方程的求解采用压力耦合方程组的半隐式方法(SIM-PLE算法)。对阀门在不同开度情况下,流场状况分别进行了数值模拟,分别得到速度场,压力场,速度矢量场。定性的给出了阀门在不同开度下重要部位的受力情况,比较直观的给出了阀门在不同工况下流道内部的速度分布,为分析阀门内部受冲击状况提供了依据。由对阀门开度的不断变化,得到了涡流的形成过程,及速度对涡流形成及扩展的影响。     

热循环下热障涂层结构不稳定性的数值模拟

针对多次热循环工作条件下热障涂层的结构不稳定问题,采用热弹塑性有限元方法,对不规则界面形貌的涂层结构进行安定性分析.分析了不同的BC层屈服强度对涂层循环不稳定性的影响.结果表明,在温度场和界面形貌相同的条件下BC的屈服强度决定系统的稳定性.该结果对分析涂层体寿命及失效机制有指导意义.     

Multiphysics simulation on electromagnetic peening of predrilled holes

The areas around predrilled holes are highly stressed regions where cracks can easily form, which decreases the resistance of metal components to fatigue and causes serious problems in industry, such as aerospace, automobile, and ship building. In this paper, a novel method utilizing the effects of a strong pulsed electromagnetic field is introduced to effectively produce residual compressive stress into the surface of a predrilled hole. Basic principles of electromagnetic peening (EMP) are investigated using a multiphysics simulation approach. Simulations of EMP process on the surface of a work piece with predrilled blind hole are carried out by COMSOL Multiphysics 3.4. The distributions of stress and strain are presented and discussed, which demonstrate the feasibility of EMP on inducing compressive residual stress into the interior surface around a hole. In addition, the distribution of residual stress varies with various hole depth and work piece thickness is investigated. Finally, the influence of process parameters is also studied. The results of this work will help design process of strengthening 3D surfaces in metal components in manufacturing industry.