基于HyperMesh的反应堆堆顶结构高质量计算流体力学网格生成

高质量网格生成是计算流体力学最费时的工作之一,也是影响CFD计算收敛性和计算精度的最重要因素之一。HyperMesh是进行高精度数值模拟所需的功能强大的CAE前处理器。基于HyperMesh详细介绍了反应堆堆顶结构高质量六面体网格生成方法,将生成的网格导入ANSYS/CFX进行热流耦合分析并进行了网格无关性验证,得出对堆顶结构的计算分析采用942万网格。在此基础上对堆顶结构进行可压缩气体流场分析,得到了堆顶结构的速度、温度、压力场分布特性。     

基于PECT-EMAT复合检测方法的铁磁性材料的复合缺陷检测

铁磁性材料在现代能源工业设备关键结构上广泛应用。一些关键部位由于生产、使用时产生的拉应力状态及环境影响,易萌生表面应力腐蚀裂纹,同时在弯管或焊缝处经长期冲蚀也可能出现内部局部减薄缺陷,对工业设备结构的安全可靠性构成了严重的威胁。本研究提出并开发了基于脉冲涡流-电磁超声复合电磁无损检测方法来检测铁磁性试件的表面裂纹和底部减薄缺陷。并开发了基于频谱滤波的信号分离方法,成功提取出复合检测中的脉冲涡流信号和电磁超声信号。实验结果表明,其中脉冲涡流信号可以有效检测试件的表面裂纹,电磁超声信号可以很好地定量试件底部减薄缺陷的残余厚度。由此可见,本研究开发的新型方法可以同时检测试件上下表面两种类型的缺陷,具有明显的优势。     

基于多尺度模型解释固体中的挠曲电效应

挠曲电效应是一种跨尺度的多场耦合现象。当前的宏观挠曲电理论均是基于应变梯度局部破坏晶体反演对称这一微观机理对该现象进行唯象描述。该宏观理论与基于晶格动力学及密度泛函理论的微观挠曲电理论模型之间存在较大差异。难以将两者结合用以跨尺度地研究材料中的挠曲电效应。针对该现状,本文基于前人提出的原子场理论,建立了一种新的多尺度挠曲电模型。并在该多尺度模型框架下解释了应变梯度诱发极化的微观机理。一方面,与基于连续介质力学的唯象理论不同,本文从材料微结构演化的角度推导了原子位移与极化的关系。另一方面,与通过晶格波假设原子位移的微观理论不同,本文得到的极化表达式更加真实和广义地解释了挠曲电效应。其能够适用于材料边界存在机械力作用,材料内部存在缺陷等复杂的情况。本文所建立的多尺度挠曲电模型能够为后续多尺度挠曲电效应的研究提供一些思路。     

基于传递函数法的水下消声层声学性能研究

潜艇在水下潜航时,为防止敌方声呐的探测,需要采用各种主被动手段来降低自身的噪声,其中主要手段就是在潜艇外壳覆盖黏弹性消声瓦结构. 针对潜艇消声瓦结构降噪问题,考虑结构两侧的流体负载,建立了潜艇壁面水下消声覆盖层的消声理论模型. 将潜艇壁面结构简化为无曲率的无限大薄板,基于基尔霍夫(Kirchho )薄板理论和声波方程,应用传递函数法导出了消声覆盖层的声压插入损失. 利用所建理论模型进行了数值计算,讨论了不同的内侧流体介质、艇壳厚度、消声层厚度和孔腔形状对壁面结构振动与声学性能的影响. 研究发现,内侧介质为空气时,在低频段,消声层对结构振动的削弱量小于消声层加入后艇壳振动的增强量,故消声层的加入反而使壁面结构的振动增大;在高频段,覆盖消声层后壁面结构的振动明显减小. 内侧介质为水时,覆盖消声层后,壁面结构的振动在全频段均减小,且减小量随频率的增加而增加. 增大艇壳厚度及消声层厚度有利于潜艇壁面结构的减振降噪. 当消声层孔腔内径沿潜艇内侧至外侧的方向先减小再增大时,消声层在高频段减振降噪效果较佳;当孔腔内径沿潜艇内侧至外侧的方向先增大再减小时,消声层在中频段的减振降噪效果更好.      

国内外两种夹层结构弯曲模量测试方法不确定度评定

采用国家标准GB/T 1456-2005和美国标准ASTM C393/C393M-11测定同一批夹层结构的弯曲模量,对比所得测试结果的差异,并对其测试结果测量不确定度进行评定。结果表明:对同一批试样,采用国家标准GB/T 1456-2005和美国标准ASTM C393/C393M-11测得的夹层结构弯曲模量平均值分别121.5GPa和117.8GPa,其离散系数分别为0.07023和0.1305;对同一试样,采用国家标准GB/T 1456-2005和美国标准ASTM C393/C393M-11在约定置信概率为95%的条件下,得到夹层结构弯曲模量分别为125.5GPa和120.3GPa,其扩展不确定度分别为4.230GPa和8.862GPa,其扩展相对不确定度分别为3.371%和7.367%。采用国家标准GB/T 1456-2005所得结果相对较高,不确定度较小,离散度小,结果相对稳定可靠,建议采用其对夹层结构弯曲模量进行测试。     

位移加载条件下微小尺寸单晶金属的应变突变模型及其间歇性塑性变形行为研究

微压缩实验发现,微小尺度单晶金属柱体在塑性变形过程中会发生显著的应变突变,呈现出特殊的间歇性塑性流动特征。本文以数百纳米直径的单晶Au柱体为研究对象,探讨其在位移加载条件下的间歇性流动行为。首先根据位移加载条件下的塑性变形特征,提出了分析其应变突变的三阶段模型。进一步结合经典晶体塑性理论框架的有限元方法,建立了以二阶功参量为基础的连续塑性力学模型。通过与实验结果相对比发现,新模型能够较好地描述位移加载条件下微小尺度面心立方单晶金属材料的应变突变现象,能够合理预测单晶柱体的特殊变形行为。此外,二阶功准则作为位移加载条件下应变突变现象的判据是有效的。进而使用该理论模型,探讨了微小金属柱体应变突变随机性、尺寸相关性以及率敏感性等问题。     

波纹夹芯梁在爆炸冲击复合加载下的动态力学行为数值模拟

应用数值方法和一种最新研发的用于模拟带壳装药爆炸中产生的复合加载的复合型子弹,研究复合加载工况下Weldox 460 E钢制成的经典轻型抗爆结构——波纹夹芯三明治梁的动态力学行为.研究使用的有限元模型设置与已发表的实验及有限元结果进行对比得到验证.通过对比复合型子弹和平头破片模拟弹(FSP)加载时的弹道极限差异,发现复...     

基于GABP的压力容器表面裂纹断裂研究

压力容器在长期运行过程中表面裂纹问题难以避免,进行基于断裂分析的安全评估对压力容器的稳定运行具有较强的现实意义.针对二维J-积分理论难以应用于表面半椭圆裂纹,数值模拟耗时冗长的问题,论文提出一种采用三维J-积分量化压力容器表面裂纹尖端应力强度,再结合神经网络进行预测的安全评估方法.通过有限元方法计算了1200例不同几何尺寸、裂纹尺寸和内压载荷的含表面裂纹的压力容器问题,分析了半椭圆裂纹尖端三维J-积分结果,构建修正系数F表征材料性能、裂纹尖端奇异性以及容器几何特征对三维J-积分的影响.基于生成的机器学习数据集,搭建反向传播神经网络(BPNN)模型,采用遗传算法优化,形成GABPNN预测模型.结果表明：BPNN和GABPNN模型预测精度高达96%以上,在未知数据上亦可以取得较为准确的结果,可以高效地预测裂纹尖端三维J-积分,对于实现计算机辅助压力容器安全性现场快速评定提供新的思路和方法.