勾形磁场下直径300mm CZ Si 熔体中氧浓度分布的数值模拟

采用低雷诺数K-ε紊流模型,考虑自然对流、晶体旋转和坩埚旋转等因素,对晶体直径为300mm,磁场强度变化范围在0～0.12T条件下,熔体硅内流场及氧的浓度分布、磁场分布等作了数值模拟.计算中采用有限体积法,运用SIMPLE(semi-implicit method for pressure linked equations)算法耦合压力和速度场,动量方程、能量方程中对流项的离散采用QUICK(quadratic upwind interpolation of convective kinematics)格式,紊动能和耗散项方程中对流项的离散采用迎风格式.数值模拟结果表明,在勾形磁场作用下,熔体硅内的流场、氧的浓度分布与无磁场作用相比有较大不同,随着磁场强度的增加,生长界面处氧的浓度降低,并且磁场确实能有效地抑制熔体内的紊流,有利于晶体生长.     

结构形状优化响应面方法的改进与应用

为了克服了二维连续体形状优化过程中解析敏度求解困难的问题,利用响应面方法将目标函数和约束函数近似显式化,并建立了位移应力约束下的形状优化序列二次规划模型;为了克服响应面方法不够准确的缺点,将响应面方法进行改造,使其在设计点上取精确值;提出了改良的试验设计方法,达到了以较少的结构分析代价构造约束响应面的目的;通过建立二次评价函数,确定了具有自适应能力的运动极限,形成了具有较少计算量和较高逼近精度的优化策略.算例说明这种策略是有效而稳定的.     

基于响应面方法的结构耐撞性优化

为了提高结构耐撞性优化的求解效率,采用响应面方法将结构碰撞的响应表示为设计变量的显式函数,构造了2种优化模型.一种是将刚体加速度和侵入变形分别拟合为椭圆和线性响应面;另一种是将刚体加速度和侵入变形均拟合为椭圆响应面.用IS-dyna软件为结构碰撞分析的求解器,采用Matlab优化工具箱进行优化模型的求解,实现了结构耐撞性优化程序.数值算例表明,基于响应面方法的2种优化模型都能高效地解决结构耐撞性优化问题.     

位移约束下连续体结构拓扑优化分析

为了研究位移约束下多工况连续体结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法,建立了以结构质量为目标的拓扑优化模型.刊用单位虚载荷法,将位移约束表示为设计变量的显式关系.另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行求解,从而减少了设计变量的数目,提高了求解效率.利用PCL语言在MSC/Patran开发平台上对本算法进行了实现,二维和三维连续体结构的数值算例表明了该方法的可行性与有效性.     

辛体系下电磁波导的计算分析

为了解决复杂形状横截面的电磁波导问题,根据电磁波导的Hamilton体系,采用有限元半解析横向离散的方法,在辛几何形式下对电磁波导进行求解。该方法可应用于各向异性材料,而且便于处理不同介质间的界面条件。对于各种不同的边界条件都应当保持体系的辛结构。给出了矩形、T隔膜矩形、分层、各向异性等多种波导的具体算例,其数值结果逼近真实解。     

过滤函数对应力约束连续体结构拓扑优化的影响分析

为了研究不同过滤函数对应力约束下连续体结构拓扑优化问题的影响,基于ICM(独立、连续、映射)方法,探究了过滤函数的意义及引入过程,并着重研究了单元质量、刚度和许用应力等3种幂函数形式的过滤函数在优化模型的建立与求解中的作用.通过数值试验,分析讨论了以上3种过滤函数对最优拓扑结构的影响.数值结果表明:在优化模型中,选择合理的过滤函数可以获得高效而理想的拓扑构型.     

采用凝聚函数求解变量可分离规划

为了基于凝聚函数 (K-S函数) 的特性, 将工程问题中的多约束、多目标凝聚为一个近似的、逼近精度参数ρ控制来求解原问题, 分析了变量可分离目标函数$\\sum\\limits_{i=1}^n f_i\\left(x_i\\right)$ 与KS (ρ, x) , 并构造L (x, λ) 函数, 根据鞍点条件建立方程, 并对该方程进行一阶Taylor公式展开, 求解出拉格朗日乘子的近似解λ^*及设计变量的近似解x_i^*.通过Matlab数学语言来编制求解可分离变量的求解程序, 计算了代表性典型变量可分离算例.结果表明:该解法能够高效、快速地完成计算, 收敛精度稳定.     

碟形弹簧竖向隔震结构振动台试验及数值模拟研究

提出了一种组合式碟形弹簧竖向隔震支座(DSB),性能试验结果表明,DSB具有较低的竖向刚度和20%左右的竖向等效阻尼比。采用不同地震波进行了1/2比例的基础固定模型及DSB竖向隔震模型振动台试验,试验结果表明,DSB的竖向隔震效果显著,随着输入地震加速度幅值的增加,DSB竖向基础隔震模型的隔震层发生较大的竖向变形,而上部结构的层间相对位移变化不大,输入加速度幅值为0.4g时DSB竖向隔震模型的加速度反应降低了50%以上,结构顶层的位移反应降低了40%以上,具有明显的竖向隔震效果。最后利用有限元分析软件,采用时程分析法对相同工况时模型结构的地震反应进行了数值分析,并与振动台试验结果进行了对比,两者吻合较好。     

组合式带平段避碰函数凸轮及最优设计

本文构造了一种新型组合式带平段避碰函数凸轮型线,同时具有较大的时面值和较好的动力性能,可以应用于具有苛刻避碰要求的配气系统设计中.给出了型线的设计方法;采用较复杂精确的多自由度动力分析模型,对配气系统进行分析;在此基础上,建立了凸轮型线的动态优化设计模型.算例表明,该型线在着重满足避碰要求的同时,使机构具有大的时面值和较好的动力性能,有利于减小余隙容积,提高内燃机综合性能.优化型线应用于某新机型中,取得了良好的实际效果.     

橡胶缓振垫力学性能尺寸效应分析

为了更好地设计某种橡胶缓振垫以满足应用要求,用MSC.Marc软件对此种橡胶缓振垫力学性能的尺寸效应进行了数值分析.计算表明:斜肋宽度及水平夹角的增加会使橡胶缓振垫有更大的承重能力,但减振性能变弱;斜肋水平夹角的增加与反力极值增加并不成线性,而是随着斜肋水平夹角的增加,反力极值增加得更快,即橡胶缓振垫承重能力增加得更快.