开区注氮采空区自燃温度场的数值模拟研究

为了研究开区注氮采空区遗煤自燃和被抑制的力学过程，用非均质多孔介质中的渗流连续性方程、气体弥散方程和综合传热方程的联立，建立了采空区注氮非定常数值模型．结合实例，用迎风格式有限元方法求解．给出了采空区的漏风流态、氮气流态，描绘了采空区自燃过程中氧、CO浓度和温度分布的变化过程．计算考虑了瓦斯涌出和工作面推进的影响．得到注氮条件下采空区高温区形状变窄；随着注氮量的提高，使自然发火期逐渐变长，直至不自燃．理论计算与实际情况吻合．     

残余应力对压力容器破坏模式的影响分析

破前漏(简称LBB)是压力容器、核电站设备结构设计与评价中的一个重要准则.表面裂纹准静态扩展的几何形貌变化规律的预测是破前漏(LBB)评判十分重要的课题之一.本文对特定焊接残余应力场加载作用下,含三维表面裂纹的压力容器模型,用有限元软件(ABAQUS)进行了表面裂纹准静态扩展模拟计算,得到在此残余应力场作用下应力强度因子沿裂纹前缘的分布规律.结合外载引起的应力强度因子,就可以判别裂纹的扩展形貌,从而判断结构是否满足LBB要求.     

三维电磁场辛有限元列式及电磁共振腔的计算

针对三维共振腔的电磁场分析,利用Maxwell方程的对偶方程体系形式,从其相应的对偶变量变分原理出发,导出了三维电磁场辛有限单元的详细列式。为了有限元列式的保辛,变分原理被积函数可导向对于对偶变量为对称的形式。变分原理的边界积分项对于相邻单元相互抵消。由于采用了对偶变量的插值函数,使得电磁场单元构造可以在层面上进行,从而避免了所谓的连续性问题。无物理意义的零本征解可采用奇异值分解加以排除。文末分别对矩形及圆柱形的共振腔做了数值计算并与解析解和棱边元计算结果进行对比,算例表明了列式及算法的有效性。     

点支式中空玻璃承载性能的有限元分析

中空玻璃承受均布横向荷载时,外、内片与密封气体之间产生复杂的交互作用,现行规范(程)基本按抗弯刚度比例在外、内片玻璃之间分配荷载。本文使用有限元法,分析点支式中空玻璃在承受均布横向荷载时的结构特性,利用迭代计算精确地求解外荷载在外、内片间的分配比例,计算与实验测值吻合得较好。本文指出,宽厚比、中空层厚度等因素对于荷载分配比例均有较大影响,在某些情况下,直接承受荷载的外片可能承受绝大部分的荷载,规范(程)的设计方法仍值得商榷。同时,本文建议在设计中考虑中空层温度变化对承载性能的影响。     

共线式热电发电机在侧面散热情况下的性能

热电材料是一种环境友好型功能材料,其可以实现热能与电能的相互转化,在热电发电、热电制冷中具有许多应用.传统的热电发电机为$\pi$型结构,要求热电腿的长度相等,在某些情况该结构不利于热电发电机的优化设计.热电发电机在高温工况下会引起强烈的热应力甚至应力集中,从而缩短了其工作寿命.另外,热电发电机的工作温度于环境温度,这样必然会有一部分热量散失到环境中,从而影响热电发电机的性能.针对该现象,本文建立了考虑散热的新型共线式热电发电机模型,该模型的热电腿可以独立进行优化,基于有限元方法,对考虑侧面散热的共线式热电发电机进行了仿真模拟,分析了其在狄利克雷边界条件下的热电性能和力学性能,得到了热电发电机的温度场、电势场、应力场,探究了不同强度的对流散热系数对热电发电机热电性能和力学性能的影响.结果表明,对流散热会降低热电发电机的能量转化效率,当对流换热系数达到~100W/(m$^{2}\cdot$\textcelsius) 时,效率为~0.0479,该值比绝热状态的转化效率0.066 7 低28%.对流散热使热电发电机侧面热损失增加,降低了热应力.在实际应用中,应合理优化设计隔热系统,提高能量的转化效率.      

功能梯度材料板件三维分析的半解析梯度有限元法

将半解析有限元与梯度有限元相结合,形成一种半解析梯度有限元来求解功能梯度材料板件问题。该方法兼有有限元法的适应性强、程序统一,半解析有限元法的节省单元与计算工作量,梯度有限元法的适应构件内部材料性能任意梯度分布等特点,并实现用一维数值计算给出构件三维分析结果。算例分析表明了方法的精度、功能与上述特点,充分揭示了功能梯度材料板件力学响应的三维形态。半解析梯度有限元法可推广应用到其他功能梯度材料面结构的各类分析中。     

面向对象的串并行有限元分析系统

研究了面向对象的串并行有限元分析系统的关键实现技术。首先介绍的有限元系统类库分析,重点阐明了面向对象方法应用于串并行有限元分析所具有的优势,基于此将集成系统归纳成多个组成类库:包括数学计算类库、数据处理类库、有限元基本类库、数值分析模型类库、图形类库以及应用框架工具类库等,进而介绍分析程序的面向对象实现方法及过程,最后形成一个集成的交互式并行有限元分析框架OOParaFEA(Object OrientedParallel FEA framework)。系统快速高效的实现,表明面向对象的方法的确从软件的可维护性、可扩充性以及减少复杂性等方面带来前所未有的优势,并且由于其固有的继承特性而使其特别适合团队协作开发大型有限元分析软件,从而给我国大规模科学计算软件的研制提供一个新思路。     

磁悬浮飞轮转子组件温度场分析与研究

磁悬浮飞轮作为一种航天器的姿态控制执行机构当其工作在高真空环境下时，散热条件差，系统温度过高，导致转子组件热膨胀，产生热应力或改变磁轴承及电机的间隙，则会降低系统的可靠性。利用有限元软件ANSYS对一种磁悬浮飞轮系统的转子组件进行了温度场仿真，考虑了传导及辐射的传热方式，得到了飞轮转子组件的温度场分布，并且分析了组件材料属性对温度场分布的影响，最后对飞轮系统的强化传热进行了研究。分析所得温度值与实验测值相符，为磁悬浮飞轮系统的热设计及总体结构设计提供了重要依据。     

某软土深基坑工程时间效应有限元分析

软土地区的深基坑因土体的固结作用和流变性而具有了时间效应。本文以Biot固结有限元法为基础,用三元件模型中的第一个线性弹簧模拟固结作用,弹性模量考虑了开挖应力路径和应力历史的影响;另外一部分(KELVIN模型)来模拟土体的流变性,以实际变形的反演来得到两个参数的大致取值,再对基坑的变形情况以及进一步开挖进行分析。假定为正常固结饱和粘土,平面应变问题。通过对某饱和软粘土地基深基坑开挖工程实例的分析,得到的挡墙水平位移曲线与实测曲线很吻合,表明程序较好地反映出基坑的时间效应。     

Low Velocity Response Characteristics of Composite Plate with Embedded Shape Memory Alloy

I. INTRODUCTION Composite materials have been used extensively in aerospace and other industries owing to the factthat they have high speci?c modulus, high speci?c strength, and the capability to be designed andfabricated with greater ?exibility, and ha…