基于局部自然邻近无网格法的形状优化

把自然邻近无网格法中控制方程的局部积分“弱”形式应用于连续型物质导数法灵敏度分析中,使用直接微分法导出了基于局部子域积分方程的连续型灵敏度分析公式,采用自然邻近无网格法对其离散求解,以获得各结点处的灵敏度信息。使用该灵敏度分析方法,把自然邻近无网格法与非线性规划理论相结合,采用约束变尺度序列二次规划法,构建了一种形状优化方法。算例表明,该灵敏度计算方法只使用离散结点信息,计算精度高,无需额外的背景积分网格,优化过程不需要网格重构,具有较高的收敛速度,使用较少的设计变量就可以获得良好的优化效果。     

圆柱旋流器多相流场的数值分析

采用简化的多相流模型建立了圆柱旋流器内液固多相流动的数学描述,并用雷诺应力模型描述湍流,对圆柱旋流器的多相流流场和随时间变化的分离机理进行三维数值模拟,得到了旋流器内不同截面上的速度分布和不同时间的体积分布状况。数值计算结果为前人的试验和理论总结提供了有力的支持,对旋流器的进一步研究有指导意义。     

80吨履带起重机桁架式臂架系统的有限元分析

履带起重机的臂架是由钢管焊接而成的大型空间超静定桁架结构,工程中常使用有限元法来进行设计计算,然而由于钢丝滑轮系统难以模拟,计算时仅取臂架本身作为计算模型,其他结构对臂架的作用难以完全等效。不能完全模拟臂架的实际受栽状态。针对上述问题,本文以Ansys CAE软件为平台,建立了臂架系统整体有限元分析模型,在应力分析的基础上,提出了强度、刚度及稳定性评定方案,据此对该履带起重机的臂架进行评定。     

纳米复合陶瓷残余热应力的有限元模拟

基于对纳米复合陶瓷微观结构的观察和分析所建立的微观结构模型,运用有限元方法详细研究了材料内部残余热应力的大小与分布形态。计算结果表明,基体内不仅存在拉应力区,而且存在不同程度和范围的压应力区,拉、压应力区的结构形式与弥散相颗粒的分布方式密切相关。研究表明,利用微观结构模型进行的残余应力分析可以反映第二相颗粒大小、含量和分布对残余应力的影响,热残余应力的大小和分布与材料的微观结构有着密切的关系。     

考虑结壳现象的液滴干燥过程数值模拟

为更清楚地了解液滴的干燥过程,文中综合考虑溶剂扩散系数与溶液质量分数,溶液质量分数与液滴表面蒸汽压和滴径变化与传热传质之间的耦合关系,建立了包含液滴内部径向热传导方程,液滴内部的传质方程及液滴质量变化方程的液滴蒸发的完整模型。用所建模型对不同操作工况下液滴的挥发过程进行了模拟,描述了干燥过程中液滴质量损失,滴径的变化及液滴表面到中心的溶液组分变化,并对影响液滴干燥速度的重要因素进行了分析。模型模拟结果跟实验结论比较一致。     

基于质心Voronoi结构的布点算法及应用

以初始点的Voronoi结构为基础,建立基于质心Voronoi结构的布点算法.该算法通过区域上的初始离散点构造Voronoi结构,利用面积坐标法确定Voronoi结构的质心点,以成本函数作为质心Voronoi结构的收敛准则.若质心点满足收敛准则,则将该质心点作为区域的离散节点.然后利用切边处理技术,实现复杂区域内的布点算法,即给出不同区域的均匀布点和非均匀布点.以长圆筒为例,采用基于Voronoi结构的布点算法对求解域进行点的离散,利用自然邻近Petrov-Galerkin无网格法计算其应力值,求得的应力值与精确值比较吻合,这证明了将质心Voronoi结构的质心点作为无网格法区域离散节点进行无网格法分析是比较精确、可靠的.     

双层压电微梁固有特性的尺寸依赖性

为探究双层压电微梁固有特性随特征尺寸的变化规律,应用含挠曲电效应的压电偶应力理论,建立双层压电微梁动态性能尺寸效应理论模型,求解双层压电微梁的固有频率,通过数值分析讨论微梁无量纲固有频率的尺寸依赖性,研究压电效应和挠曲电效应对微梁无量纲固有频率的影响。数值分析结果表明:双层压电微梁的无量纲固有频率随着梁厚度的减小而增大,呈现出明显的尺寸依赖性;与不计力电耦合效应的结果相比,双层压电微梁无量纲固有频率的尺寸依赖性更为明显,主要是由挠曲电效应引起的,而压电效应的影响很小。     

偏心搅拌槽内宏观不稳定性的分离涡模拟

为研究偏心搅拌槽内的宏观不稳定性,基于分离涡模型建立了偏心搅拌数值模拟方法。采用滑移网格法模拟搅拌桨的旋转,实现了偏心搅拌流场的非稳态模拟。对不同工况时的宏观不稳定性进行了频谱分析,讨论了偏心率、雷诺数和桨径比对宏观不稳定频率的影响,并进行了PIV实验验证。研究表明,偏心搅拌槽内存在明显的宏观不稳定现象,其变化周期约为桨叶通过周期的10倍;PIV实验结果与分离涡模拟结果吻合较好,都表明偏心搅拌槽内的宏观不稳定频率随雷诺数的升高而增大,随偏心率的增大而减小,随桨径比的增大而增大。     

应变梯度对静电力驱动微梁吸合电压的影响

基于应变梯度理论,建立静电力驱动微梁的控制方程,通过瑞利-利兹法对微梁的控制方程进行降阶,得到一组非线性代数方程。利用牛顿-拉菲森法求解该方程组,确定微梁的吸合电压,分析应变梯度对吸合电压的影响规律。结果表明,当微梁的无量纲厚度减小时,无量纲吸合电压将显著增大,表现出明显的尺寸效应;随着材料内禀特征长度的增加,无量纲吸合电压的尺寸效应也越显著,说明应变梯度对微梁的吸合电压影响显著。随着微梁无量纲厚度的减小,残余应力对无量纲吸合电压影响显著,可以减弱应变梯度对无量纲吸合电压的影响;同时应变梯度可以显著降低中面伸长对吸合电压的影响。分析结果可为微机电系统中微梁的设计提供参考。     

考虑偶应力影响的有限大板单边裂纹计算

裂纹尖端存在很大的应变梯度,应变梯度效应对裂纹尖端附近的应力场和微尺度下的断裂行为产生显著影响.本文采用基于偶应力理论的无网格迦辽金法计算有限大板单边裂纹尖端的应力场和应力强度因子,分析了偶应力对裂纹尖端的影响.计算结果表明基于偶应力理论的无网格法的有效性和可行性.