复杂阴极保护体系三维有限元建模研究

滨海电厂常以天然海水作冷却水,其碳钢水室和钛管凝汽器在实施阴极保护过程中,要求钢电位应低于-0.85V(vs.SCE),电位过正则碳钢保护不足,而钛的电位则须高于-0.75V(vs.SCE),电位过负则易使钛管发生氢脆损伤.研究牺牲阳极阴极保护,需先得出两种金属在阴极保护过程中的电位分布.本文在设计室建立碳钢水室钛管模型,根据该实验体系阴极保护过程的(稳态极化和恒电流极化)测定获得两种金属有效的边界条件,用有限元(FEM)计算在一个牺牲阳极阴极保护状态得到三维电位分布.计算结果和测量结果基本一致,为优化阴极保护设计提供了理论依据.     

铁电薄膜在红外辐射作用下的响应

研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。用层合板壳作为微桥结构的力学模型,中间一层为压电材料,上下两层为金属材料电极。采用了力-热-电耦合的控制方程和变分原理,推导出了基于Mindlin假设的压电材料层合板有限元公式。以红外探测器在夜间从飞机上探测地面的坦克为例,用有限单元法模拟了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。     

预应力钢桁架结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确模拟预应力钢桁架中连续长索在支撑点的滑动,本文创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。被称为摩擦滑移索单元的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。本文首先利用弹性悬链线的解析解,建立了弹性悬链线单元,并推导了单元两端点的张拉刚度。摩擦滑移索单元由两个弹性悬链线单元组合而成,根据支撑点处索的滑动方向、索力差、滑动摩擦力和滑移刚度调整两索段的原长,使支撑点两侧的索力满足给定的摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性,对设计的预应力钢桁架的分析,显示了张拉过程中及使用荷载作用下新单元在结构分析中的应用。新单元可直接用于常规的有限元分析,研究在工作状态或施工中存在连续长索滑移的索结构。     

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。     

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。     

TWO-SCALE FINITE ELEMENT DISCRETIZATIONS FOR PARTIAL DIFFERENTIAL EQUATIONS

Some two-scale finite element discretizations are introduced for a class of linear partialdifferential equations. Both boundary value and eigenvalue problems are studied. Basedon the two-scale error resolution techniques, several two-scale finite element algorithmsare proposed and analyzed. It is shown that this type of two-scale algorithms not onlysignificantly reduces the number of degrees of freedom but also produces very accurateapproximations.     

数控裁剪机切割刀壳体振动噪声预测分析

高频往复式切割刀是柔性材料数控裁剪机的核心部件.该文对切割刀壳体的振动噪声改进措施进行研究.首先对切割刀进行刚体动力学分析,获取其所受动载荷情况,并通过数值计算验证了切割刀刚体动力学模型的可靠性.其次,基于有限元法获取切割刀壳体模态特性,并通过锤击激振实验验证了有限元模型的准确性.然后基于模态仿真结果进行谐响应分析,将...     

加强型Bi-2212超导股线有限元拉伸性能分析

为探究加强型Bi-2212超导股线的力学性能以及不锈钢包带对超导股线力学性能的影响,运用Ansys软件建立加强型Bi-2212超导股线的三维模型,采用有限元分析方法,对其机械结构进行仿真,模拟高温高压热处理后轴向受拉形变量和应力应变分布情况。仿真结果显示,在同样施加100 N拉力的情况下,与超导原线（Bi-2212超导线）相比,密绕Ni₈₀Cr₂₀包带后的加强型Bi-2212超导股线轴向受拉形变程度减小,约10%;应力应变均降低,约30%。采用Ni₈₀Cr₂₀作为外包带制成的加强型Bi-2212超导股线力学性能显著,是未来超导线发展方向之一。     

自适应间断有限元方法求解双曲守恒律方程

研究自适应Runge-Kutta间断Galerkin (RKDG)方法求解双曲守恒律方程组,并提出两种生成相容三角形网格的自适应算法.第一种算法适用于规则网格,实现简单、计算速度快.第二种算法基于非结构网格,设计一类基于间断界面的自适应网格加密策略,方法灵活高效.两种方法都具有令人满意的计算效果,而且降低了RKDG的计算量.     

耦合FE/WB法在声分析中的应用

简要描叙FE法(finite element method)和WB法(wave based method)的理论背景以及耦合FE/WB法的数学基础.耦合FE/WB法利用两者的优势——FE法的广泛应用和WB法的高收敛特性,将FE模型中较大且几何简单的部分采用WB法代替.耦合模型具有相对较少的自由度.对于较高的频率还可以进行细分得到更高的计算精度,并利用模态缩减法进一步减少自由度数.数值算例结果表明,该耦合方法有潜力覆盖中频段的声分析.