ANSYS参数化有限元技术在板壳结构拓扑优化设计中的应用

拓扑优化设计是工程结构降低成本、提高性能的有效手段之一.在ANSYS对加筋板壳结构的有限元分析基础上,可以对板壳结构的加强部件分布进行合理设计.着重介绍了使用ANSYS参数化语言进行加筋板壳结构的分析方法.     

龙门起重机金属结构分析系统

利用有限元技术对龙门起重机金属结构进行分析,可高效准确地得到结构的力学性能。针对有限元方法中设计人员必须具备一定的相关知识、建模复杂费时的缺点,利用Visual Basic6．0及ANSYS提供的二次开发工具APDL,开发出界面友好的高效率龙门起重机有限元分析系统。借助VB前台,开发出方便易用的人机交互界面,对复杂、难于理解和掌握的ANSYS命令流进行后台封装,可大大提高龙门起重机分析与设计的效率。     

常温快速固化输送带修补胶的研制及应用

以TDI－PEBA聚氨酯预聚体为A组分，以多元醇和扩链剂等为B组分，以540树脂溶液为C组分制成的常温快速固化输送带修补胶粘剂，活性期10min，表干时间2h，全固时间168h，拉伸强度11Mpa，断裂伸长率300－400％，其硬度与输送带表面硬度接近，耐介质性能优良，适宜于输送带的快速修补。     

河流水质演算模型的逆倒演算法

为解决用下游允许水质浓度过程反推上游控制浓度过程的河流水质浓度倒演算问题,对求解河流水质演算模型的直接倒演算法存在的计算不稳定问题进行摄动分析。结果表明,直接倒演算法演算结果不稳定的原因是其误差级数不收敛所致,据以对直接倒演算法进行改进,提出了河流水质演算模型的逆倒演算法。摄动分析和算例表明,逆倒演算法是稳定的,可用于水环境控制规划和管理。     

考虑连接性的三明治阻尼复合结构拓扑优化设计

三明治阻尼复合结构的力学性能取决于阻尼层材料的性能,综合考虑该结构的阻尼性能和可制造性要求,提出了一种面向结构宏观性能并考虑连接性的三明治阻尼复合结构拓扑优化设计方法。以最大化结构模态阻尼比为目标,考虑微结构刚度相材料的连接性,通过组合强制性连接约束法和非线性扩散法,构建了连接性约束下的阻尼复合材料微结构的优化设计模型,并结合3D打印技术实现了三明治阻尼复合结构的制造。运用所提方法对典型结构进行优化设计,得到了刚度相保持连接的阻尼复合结构,且优化后的结构阻尼变大,结构的频率响应变小,实现了三明治阻尼复合结构材料结构设计制造协同优化设计。仿真和实验结果表明,在微结构上存在最优的阻尼材料体积分数使优化后的三明治结构频率响应最小。     

液冷板散热流道的拓扑优化体积分数研究

使用基于SIMP法(即变密度法)的流体拓扑优化方法设计了液冷板的散热流道,以换热量最大为设计目标构建了优化数学模型,并针对体积分数取值问题,结合控制变量法,通过改变优化时的体积分数取值及设计域形状尺寸,得到多个液冷板结构。将这些液冷板进行有限元数值模拟,以受热面平均温度为评价指标将各散热流道进行对比,而后进行非线性回归建立了数学预测模型,计算得出流体散热拓扑优化问题的体积分数最优值取值区间为(0.64,0.65),为散热流道拓扑优化问题的体积分数取值提供了有价值的指导建议。     

实测数据驱动的挖掘机工作装置疲劳寿命预测

以某型挖掘机为研究对象,建立其工作装置刚柔耦合动力学模型,基于实测油缸位移数据驱动该模型,得到其主要性能参数和典型工况危险部位应力.根据强度理论、动力学仿真结果和工程经验,分析挖掘机动臂和斗杆的易开裂部位,得到典型焊缝高危点,并通过实测应力应变数据进行验证.以刚柔耦合动力学仿真所得的铰点载荷作为输入,利用nCode疲劳分析软件仿真预测挖掘机动臂和斗杆的疲劳寿命.结果表明,实测数据驱动的刚柔耦合动力学仿真可以准确获取挖掘机实际挖掘过程的动力学特性,基于该仿真模型提取铰点载荷并用于预测疲劳寿命的方法切实可行.     

热管滚珠丝杠热性能仿真和实验

针对传统液冷散热滚珠丝杠存在的丝杠表面温度梯度及温度波动性较大、达到热平衡时间较长等问题,设计了内置热管的新型滚珠丝杠。选择热管丝杠充液介质并计算其结构尺寸参数;为验证热管丝杠热性能,提出了含管壁层、冷凝回流层、蒸气腔层的热管丝杠分层等效模型并对其进行仿真;分析螺母位于不同位置时丝杠表面的温度分布,并与传统液冷丝杠散热性能进行对比分析;采用沸腾排气法制备热管丝杠,搭建实验台,测试热管丝杠表面温度并与仿真结果进行对比。研究结果表明,相对传统的液冷散热丝杠,热管丝杠表面具有较小的温度梯度,温度均匀性良好,且达到热平衡的时间短,仿真与实验结果一致,验证了仿真方法的有效性。     

层次脉状结构液冷均温板优化设计研究

由于耐热型植物具有良好的传热传质能力,结合流道拓扑优化设计和耐热型植物高级脉序的叶脉结构特征,提出一种层次脉状结构液冷均温板的设计方法。以热交换最大和流阻最小为目标开展主流道拓扑优化设计,提取胡杨叶高级脉序的结构特征,形成液冷均温板的次流道。定义结构像素密度作为描述次流道中孔的密度参数,分析其对层次脉状结构液冷均温板的传热传质性能的影响。研究结果表明,层次脉状结构的液冷流道具有较小的流阻和良好的均温性,同时主、次流道尺寸存在最优匹配。进一步研究胡杨叶脉的分布规律,发现液冷板主、次流道尺寸最优匹配规律与胡杨叶低、高级脉序尺寸匹配规律相近。研究结果不仅为液冷均温板的设计提供新思路,而且验证了耐热植物叶脉结构特征对其传热传质性能产生的正面影响。最后加工液冷板,通过试验验证了设计方法的有效性及数值模拟的准确性。     

奥氏体不锈钢304、316L和321在熔融硝酸盐中的耐腐蚀性

太阳能热发电系统中,储热系统是其中重要的一环。熔盐作为储热和传热介质,其研究与应用越来越广泛,但熔融硝酸盐的腐蚀现象依然是不能忽视的问题。针对不锈钢在熔融硝酸盐中的腐蚀问题,利用静态浸泡法,研究了530℃、氮气气氛下,3类奥氏体不锈钢在2种硝酸盐体系中的腐蚀行为,并探讨了不锈钢在熔融硝酸盐中的腐蚀机理,为今后太阳能热发电关键部件选材提供参考依据。