充满液体弹塑性圆柱壳轴向冲击屈曲的数值模拟

基于对充满液体的弹塑性圆柱壳轴向冲击屈曲的实验观察 ,建立了相应的计算模型 ,借用 LS-DYNA软件包 ,在 HP-C36 0工作站上完成了数值模拟 ,得到了动画显示 ,给出的屈曲模态及一些特征量的时程曲线与实验结果相当一致。文中对壳的几何、物理参数对屈曲性能的影响进行了较详细的讨论     

含主应力轴旋转的土体平面应变问题弹塑性数值模拟

在含主应力轴旋转的土体本构关系研究的基础上,通过含主应力轴旋转的土体平面应变问题的弹塑性数值模拟结果分析,总结主应力轴旋转对土体应力分布与应形影响的规律,得出需要考虑主应力轴旋转的条件及影响的相对大小。     

双层壳的双稳态力学特性理论分析和数值模拟

双稳态结构一般均由复合材料制作而成,然而复合材料有其固有的缺陷,即采用正对称铺层的层合板在弯曲过程中会产生扭转变形,而采用反对称铺层的层合板容易受到温度影响.对于各向同性材料结构,在变形过程中既没有拉弯耦合效应也没有弯扭耦合效应.本文据此建立了存在预应力的各向同性材料圆柱壳的双稳态力学模型,给出了其变形过程中的弯曲应变能和拉伸应变能的表达式.结果表明,预应力柱壳总应变能有两个极小值,故柱壳存在两个稳定状态,通过计算得到了结构卷曲半径的大小.同时,对双层壳的双稳态过程进行了有限元数值模拟.数值结果与理论模型解吻合很好.     

弹性振动对翼型气动特性影响的数值模拟

通过求解雷诺平均非定常Navier-Stokes方程,采用数值模拟方法计算了俯仰和沉浮振动对NACA0012翼型平均气动特性的影响.结果表明:对于俯仰运动而言,在迎角13α≤时的升力°和力矩曲线的线性段部分,振幅角的变化对动态平均升力系数和动态平均力矩系数的影响不明显,与静态时的情况基本一致;当迎角14α≥时,翼型振动的平均升力系数和动态平均力矩系数小°于静态时的情况.同一迎角条件下的俯仰振动频率越高时,其动态的平均升力系数和动态平均力矩系数越大,频率较高时的失速迎角相对于频率较低时的情况有所推迟,但相对于静态的失速迎角而言,不同频率下的动态失速迎角均提前.对于沉浮运动而言,动态平均升力系数随振幅和频率的增加而减小,动态失速迎角随振幅和频率的增大而提前.     

数控机床电机散热温度场的数值模拟研究

电机作为数控机床的核心部件,其性能影响着机床主轴系统的精度、电机效率和使用寿命.因此,合理设计高速电机的结构使其处于最佳的温度场,了解电机在运行过程中各空气区域内的速度及温度分布非常重要.本文以某机床的电机定转子作为研究对象,利用CFD软件对转子通风道的设计方案进行数值模拟,通过数值模拟分析电机内部的流场温度场及流场分布.根据模拟结果进行优化设计,在转子和定子之间进行单排孔和双排孔的优化方案设计,通过温度分布确定最佳设计方案,为电机转子通风道的散热优化设计提供有意义的参考.     

具有半边裂纹导电薄板放电瞬间的温度场数值模拟

采用数值模拟方法 ,模拟计算了具有半边裂纹的导电薄板在放电瞬间的温度场分布。计算结果表明 :在裂纹尖端附近由于电磁热的集中效应 ,可使材料熔化形成焊口 ,裂纹尖端处的曲率半径显著增大 ,并且焊口的温度分布与形状是不完全对称的。裂纹尖端焊口形状的模拟计算结果与试验结果非常吻合。从温度梯度的分布结果可知 ,裂纹前缘附近在放电过程中将产生很大的压应力 ,可显著减少甚至是消除裂纹前缘处的扩展应力数值 ,抑制了裂纹主干线的形成 ,可达到遏制裂纹扩展的目的     

脱硫废水旋转雾化蒸发塔的流场特性模拟研究

为分析脱硫废水旋转雾化蒸发塔内部的流场特性,基于CFD仿真软件建立了数值模型,并通过热态实验验证了数值模型的可靠性。在此基础上,以某600 MW燃煤机组旋转雾化蒸发塔为研究对象,模拟研究了塔径、塔高、导向锥等结构对塔内流场的影响。结果表明,随着轴向距离的增大,雾滴的蒸发速率会逐渐降低,径向上的分布范围会逐渐变广,最大粒径和中值粒径会逐步减小;塔体直筒中下部碰壁概率大于上部,且靠近灰斗的区域增幅明显,是相对易结垢区域;设计范围内,塔径和塔高对雾滴的蒸发过程影响较小,适当降低塔径和塔高可以降低产物碰壁概率;无导向锥时,导流装置易出现结垢,导向锥体的存在对烟气起到聚拢作用,但过高的导向锥会增加较大的阻力。     

旋转圆管湍流的大涡模拟数值研究

采用大涡模拟（LES）方法,并结合动力学亚格子尺度应力（SGS）模型,通过数值求解柱坐标系下的滤波Navier-Stokes方程,研究了绕管轴旋转圆管内的湍流流动特性.为验证计算的可靠性,以及动力学SGS模型对于旋转湍流的适用性,将大涡模拟计算所得的结果,与相应的直接模拟（DNS）结果和实验数据进行了对比验证,吻合良好.进一步对旋转圆管湍流的物理机理进行了探讨,研究了湍流特性随旋转速率的变化规律.当旋转速率增加时,湍流流动有层流化的发展趋势.基于湍动能变化的关系,分析了旋转效应对湍流脉动生成的抑制作用.     

激光辐照下充内压柱壳动态爆裂的数值模拟

采用动力有限元显式积分程序,对承受内压、在侧面受到激光辐照的圆柱壳的热 力学响应进行了数值模拟,展现了圆柱壳热软化、鼓包和爆裂的动态失效过程。获得的柱壳失效方式与实验现象基本吻合;还给出了不同内压作用下柱壳的破坏时间,获得一些定性的认识。     

激波和湍流相互作用的数值模拟

本文综述了关于激波和湍流相互作用数值模拟的近期研究进展, 主要包括激波和均匀各向同性湍流、激波和湍流边界层、激波和射流以及激波和尾迹的相互作用. 激波和湍流相互作用特性受到诸多因素的影响,如激波的强度、位置、形状和流动边界以及来流的湍流状态和可压缩性等. 激波和湍流的相互作用会引起流场结构、激波特性和湍流统计特性的显著变化. 最后简要讨论了激波和湍流相互作用数值研究需要关注的一些问题.      

侧加热腔体内重力波演化过程的数值模拟

利用二维数值模拟的方法研究了侧加热腔体内的自然对流．基于数值模拟结果,描述了水平热入侵流(intrusion)的整个演化过程,并对该过程的物理机制进行了讨论．结果表明：当热入侵流抵达腔体冷壁后,由于冷壁无法卷入所有的热入侵流,热入侵流在冷上角堆积并产生一个反向流动,在冷壁边界层附近形成一个顺时针涡,该涡在浮力效应驱动下可返回热壁,并在腔体的冷热壁之间形成了腔体尺度的流体振荡,即内重力波．     

聚醚醚酮基复合材料的热性质和物理性质预测及其摩擦销三维温度场的数值模拟

通过研究填料含量对聚醚醚酮(PEEK)基复合材料密度、比热和导热系数等热学和物性参数影响的规律,提出了三相PEEK基复合材料热学和物理性质的计算模型;以销/盘摩擦副作为研究对象,采用有限元分析法计算模拟了复合材料摩擦销的温度分布,给出了销的三维稳态和瞬态温度场,并讨论了填料含量对摩擦销端面温升的影响规律.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好.     

高速旋转弹头侵彻运动金属薄板的数值模拟

提出了一种利用LS-DYNA程序计算弹头翻转角度曲线的方法。在侵彻过程中,弹头的速度为300 m/s,转速分别为0、3 600和6 370 r/s;金属薄板的速度分别为0、40和80 m/s。其中,弹头直径为7.62 mm,圆形金属薄板的直径为80 mm,厚度为2 mm。材料模型选择了考虑应变、应变率效应和温度效应的Johnson-Cook材料模型。通过数值模拟结果的比较来研究不同弹头转速和金属薄板速度对侵彻过程中弹头最终速度、翻转角度和弹道偏移的影响。     

横向磁场下侧壁加热方腔熔化的数值模拟研究

磁场下的固-液相变过程在电磁冶金和增材制造等工程应用中广泛存在,其中的熔化过程和流动机理尚未完全探究清楚.方腔熔化是研究固-液相变过程的基础模型,具有良好的普适性,研究磁场对其流动的影响可以为其他复杂相变过程提供参考.本文基于焓方法开展了固-液相变的数值模拟研究,得到了垂直主环流方向的横向磁场对侧壁加热方腔中流动、传热和熔化过程的影响.首先,对于无磁场时的方腔熔化问题,通过与已有的实验结果和数值结果进行对比,证实了文献中方腔宽度对固-液界面的形状及位置影响不能忽视的结论.随后,对小磁场情况下的三维工况进行了直接数值模拟,发现此时磁场效应主要表现为对混乱三维流动产生整流作用,使流动趋于二维化.但由于固-液界面的存在,主流区的速度在趋于一致的同时也会反作用于界面,其形状随磁场增强而逐渐转变为二维结构.最后,本文采用准二维模型分析了更强磁场时的情形,讨论了不同参数对传热效率及界面形状的影响,并发现了横向磁场作用下的垂直最大速度仍满足磁对流中的无量纲参数标度律关系.     

约束层对金属柱壳膨胀变形影响的数值模拟

对金属铝和硬质聚氨酯泡沫组合的约束层对45钢柱壳膨胀断裂性能的影响进行了数值模拟,得到三种约束条件下45钢柱壳在膨胀过程中表面的速度和位移历史剖面,对比分析了在约束层作用下45钢柱壳膨胀变形动态行为。利用高速分幅相机及中能X光机获得了多个时刻45钢柱壳的动态图像和柱壳膨胀后的工程应变,实验结果与数值模拟结果吻合。结果可对爆轰加载下约束层对45钢柱壳膨胀变形的物理规律进行定量认识。

     

k-D-a-B 模型和 Richtmyer-Meshkov 不稳定性的数值模拟

给出一个适用于流体力学数值模拟的湍流混合模型。由于引入湍流质量通量和密度脉动关联量的演化方程，它比一般的ｋ－ε模型能更准确地描述界面不稳定性引起的可压缩湍流混合过程，并且可以不需要人为给定初始湍流场。我们用同一套参数模拟了不同Ａｔｗｏｏｄ数的激波管实验，数值结果与实验基本一致     

充液圆柱壳轴向冲击屈曲的实验研究与计算机数值模拟

借助落锤装置实现冲击加载,完成了一组充满水的金属薄壁圆柱壳试件轴向冲击屈曲过程的实验研究,同时利用LS-DYNA大型动力软件对冲击屈曲的全过程进行了计算机模拟.对于屈曲模态发展过程以及冲击力和液压的动态时程曲线,实验观察和数值结果均表现出较好的一致性.研究表明,在撞击过程中壳内形成很大的液体压力,在此内压和轴向压缩的联合作用下,壳壁发生轴对称塑性屈曲,屈曲模态为一系列依次发展的环带波纹.     

激光定向能量沉积的粉末尺度多物理场数值模拟

激光定向能量沉积技术作为一种同轴送粉式金属增材制造技术, 以其制造效率高、成形尺寸大等优势在航空、航天、交通等领域具有广阔的应用前景. 然而, 该技术在金属零件的尺寸精度和形状精度控制方面存在诸如尺寸偏差大、表面不平整等控形问题, 亟需发展高效高精度预测熔覆层成形尺寸形貌的数值模拟方法. 针对该问题, 本文建立了考虑激光-粉末-熔池交互过程的高保真多物理场数值模型. 其中, 采用高斯面热源等效激光光束, 利用拉格朗日质点法求解粉末输送及其与激光交互的过程, 进一步结合有限体积法和流体体积法求解粉末-熔池的交互及其流动凝固过程, 并通过TC17合金单道熔覆层实验结果进行了验证. 基于该模型, 首先预测了不同工艺参数下单道熔覆层形貌尺寸, 并对熔覆层形貌的变化趋势及其内在的物理机理进行了深入分析. 结果表明, 依赖于工艺参数的粉末温度分布和粉末基板能量分配比例对熔池流场和熔覆层尺寸有显著的影响. 本文所建立的数值模型可辅助激光定向能量沉积增材制造技术控形工艺参数优化, 所得结论可为成形件尺寸和形状精度控制提供理论指导.      

翼型空泡周期性流动的数值模拟及机理分析

采用基于正压关系的均质平衡流空化模型和低雷诺数修正的k-ε湍流模式,自行开发了空泡流数值模拟方法和计算软件,对绕翼型空泡的周期性流动现象进行了数值模拟.计算结果与实验数据的对比表明,空泡的宏观特征、流动特性、周期性脱落的斯坦顿数St等与试验结果接近,验证了计算结果的可靠性.空泡在大约一个周期的2/3时间段内成长,并在大约1/3周期时刻发生断裂脱落.这两个特征时间与高速摄像实验结果一致.所取工况对应的组合参数σ/2α=2.865,以翼弦长计算可得St=0.217,与文献的最新试验结果吻合.空泡周期性运动过程中升阻系数也周期性振荡,时均值C<,1>=0.41,C<,d>=0.097,振荡频率与空泡脱落频率一致.对空泡运动过程中流场结构的变化进行了分析,结果表明在大攻角条件下,空泡闭合区后的逆压梯度导致涡的形成及回射流的发展,沿壁面逆向流动的混合介质射流是引起空泡断裂的原因,回射流发展、涡结构变化与空泡非稳态演化过程存在密切的联系,探讨了翼型空泡发生周期性脱落的一些机理.     

带有中间裂纹载流薄板放电瞬间耦合场的数值模拟

应用耦合场理论采用数值分析的方法计算了具有中间裂纹的导电薄板在放电瞬间裂纹尖端区域附近的温度场、温度梯度场的分布状态.计算结果表明:由于电流产生的焦耳热源的作用,裂纹尖端处温度瞬时急剧升高,能够在很小的范围内熔化形成微小的焊口,裂纹前缘的曲率半径增加了几个数量级,显著地减少了应力集中,阻止了干线裂纹源的形成,有效地遏制了裂纹的扩展.数值模拟采用了热-电耦合的分析方法, 考虑了材料电阻随温度变化和电流流过生成的内热源间的相互作用,同时考虑了导热系数和比热随温度变化所产生的影响.对于具有中间裂纹的载流薄板,根据结构、材质、边界条件及通电电流的对称性,计算得到了两个裂纹尖端完全对称的结果.