侧向挤压过程的耦合无网格-有限元法数值模拟

应用刚塑性耦合无网格-有限元法,对平面侧向挤压过程进行数值模拟.采用修正的罚函数法约束体积不可压缩条件,避免体积闭锁现象.采用边界奇异核方法,直接、准确地施加本质边界条件.针对侧向挤压工艺的特点,将无网格节点布置在变形剧烈的区域,充分发挥其处理大变形问题的能力;在变形较小的区域采用有限元单元,利用其较高的计算效率.数值模拟结果表明,该耦合方法对于侧向挤压这类局部成形问题的求解具有良好的效果.     

充填过程ALE自由面追踪及网格生成方法

在ALE框架中提出了一种用于成型充填过程有限元数值模拟的自由面追踪及网格生成方法,用于确定自由面网格点移动的附加方程以自适应形式引入,适用于不同形状复杂腔体充填数值模拟中的自由面追踪．充填域变质量体系的实时网格生成过程简化为特定时刻移动自由面附近区域的多边形三角化过程,因而大大减少了网格处理所需的计算量．针对充填过程的特点提出了局部Laplacian光顺方法,有效地改善了网格质量．分析了不同类型的自由面节点碰壁方式并提出了相应的处理方法．给出了一个典型腔体中充填过程的数值模拟结果,证明了所提出的自由面追踪及网格生成方法的有效性．     

半导体drift-diffusion模型的局部间断Galerkin方法及数值模拟

考虑半导体drift-diffusion(DD)模型一维和二维问题的局部间断Galerkin(LDG)方法,并进行数值模拟。模拟一维问题时,在浓度变化剧烈的部分采用细网格,在浓度变化平缓的地方采用粗网格,并与均匀网格的数值模拟进行比较,实现了在非均匀剖分下节省空间剖分单元数并加快了运行速度的目的。模拟二维问题时,采用了Dirichlet和Neumann相结合的边界。数值结果验证了LDG方法的稳定性。     

非结构四面体网格上三维非线性扩散方程的有限体积法

为了有效地数值模拟科学和工程中有广泛应用的非线性扩散方程,在三维线性扩散方程非结构四面体网格的有限体积法的基础上,提出了一个计算非结构四面体网格上非线性扩散方程的有限体积法。方法采用网格单元中心作为计算节点,相对于网格点的方法,计算量减少了一半。用L agrange因子法得到网格点上的值,考虑了网格中心点和网格点的相对位置,更适应大变形的网格。利用算子分裂,使计算更加简单。用N ew ton-B iCG STAB法来求解得到非线性方程组。数值结果表明:该方法具有二阶精度、保持通量守恒、对大变形的网格适应性强。     

一种模拟岩体裂纹扩展的三角单元网格开裂技术

基于三角网格的几何特征,提出一种利用有限元方法模拟岩体裂纹扩展的三角单元网格开裂技术。该方法选取三角网格进行单元离散,采用远场围线积分计算裂尖应力强度因子,由最大周向应力准则确定裂纹扩展方向,最后通过开裂单元的网格分裂或节点移动,实现裂纹扩展的数值模拟。以有限宽中心裂纹板、曲线翼型裂纹扩展和含孔洞多裂隙岩体的裂纹扩展为例进行模拟验证。结果表明:在该方法中,裂纹可以直接劈开一个单元,或沿单元边界扩展,因此裂纹能够不受初始网格的限制沿任意路径扩展;与现有的网格重构算法相比,该方法只须对裂尖局部单元进行网格开裂或节点移动,更加简便、高效,该方法还具有较好的适用性,能够准确模拟拉伸、压剪等复杂应力状态下的裂纹萌生和扩展。     

复杂铝型材挤压成形有限体积仿真

根据型材挤压成形属于特大变形、热-力耦合、坯料头部存在变形死区等特点,采用欧拉描述有限体积法(FVM)模拟了3级复杂型材的挤压成形过程,避免了传统刚塑性有限元法无法模拟变形死区,拉格朗日描述有限变形弹塑性有限元法难以重划特大变形网格等难题．模拟过程中,采用欧拉描述FVM仿真坏料流动,采用拉格朗日描述有限元法仿真模具变形和应力,采用显式动态接触算法仿真坏料与模具之间的相互作用．确定了兼顾仿真精度和速度的有限体积网格的最小尺寸和单元最大数量,提高了计算效率;建立了6063-T5铝合金在不同变形温度下的系列热-本构-摩擦模型,获得了金属流动、力能、温度、密度变化分布．为工艺和模具参数优化提供了依据．     

方盒形件精密挤压成形三维弹塑性有限元模拟

采用大变形弹塑性有限单元法对盒形件精密复合挤压全过程进行数值模拟,获得所需的金属流动规律及相关的力学参数,从而为优化设计模具、改进工艺和合理选用设备提供了可靠的依据;通过数值模拟成功预测了盒形件在复合挤压成形过程中可能出现的缺陷,进一步提出采用闭式精密锻造工艺成形盒形件。     

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法.该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础.该算法采用投影法解耦纳维-斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams-Bashforth方法.采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie-Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学(TTU)建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较.结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法.     

三维塑料注射成形过程模拟

为实现塑料注射成形的三维数值模拟,基于PG(Petrov-Galerkin)原理的GLS(Galerkin/least-squares)法、PSPG(pressure-stabilizing/Petrov-Galerkin)法分别用于消除熔体的不可压缩与可压缩流动中速度、压力同次插值求解时的数值振荡;SUPG(streamline upwind/Petrov-Galerkin)、GGLS(Galerkin gradient least-squares)法分别用于克服温度场模拟中对流项与材料小热传导系数导致的数值振荡;在保压、冷却过程中,对可压缩熔体层、凝固层进行耦合分析,得到塑料制品在模具内冷却的温度场、变形及热残余应力.对塑料注射成形过程进行了模拟,其中得到的填充结果与Moldflow基本一致,而充模后凝固层分别采用粘弹性模型与弹性模型所得到的翘曲值有较大差异,Moldflow所得到的翘曲结果位于两者之间,表明提出的计算模型具有良好的稳定性与精度.     

塑性有限元数值模拟的二维及三维网格重划技术

阐述了模拟金属大变形成形所用的塑性有限元二维及三维网格重划技术的理论和实 现方法，包括网格干涉与畸变的判据，网格局部调整与重划的理论与方法，新旧网格节点变形场 量的信息传递方法，以及网格重划技术在金属锻造成形工艺的过程模拟和工序优化设计中的 应用举例，探讨了金属成形数值模拟研究中网格重划技术的研究方向。     

基于渐变网格剖分方法的再生混凝土细观数值试验

细观上,把混凝土看成是由骨料、砂浆以及它们之间的界面等组成的多相复合材料,对于光滑的球形骨料,预先进行镶边处理,并在此基础上首先对封闭域形成表面单元,然后采用拓扑映射的渐变网格剖分方法往里拓扑成四面体单元网格,按同样方法依次生成界面单元网格和砂浆单元网格,删除表面单元和多余节点后形成混凝土试件的三维细观有限元网格模型。采用该细观有限元模型进行再生混凝土的单轴压缩数值破坏试验,结果表明,该网格模型在单机环境下很快的就能完成数值试验,与以往的自由网格剖分法和映射网格剖分法生成的细观有限元模型相比不仅在计算规模上大大缩小了,而且模拟的破坏形态与实际非常吻合,精度也很高。     

基于数值模拟的注塑过程注射速率设计方法

给出一种注射速率的直接确定方法。数值模拟采用隐式控制体积法,利用等流率注射数值模拟获得熔体前沿的速度,该速度的倒数与充填百分比的曲线作为螺杆注射速率的相对变化曲线。经过二次注射过程的数值计算即可获得较均匀的熔体前沿速度。通过与现有文献中的结果比较,实例计算表明了本文方法的性能良好。     

基于有限元映射算法的试验网格显示及其应用

基于有限元映射算法和三角形面积坐标法提出了一种新的试验网格分析算法,该算法可以按试验网格模式显示板料成形数值模拟结果,而且具有原理简单、易实现、执行速度快等优点.基于本算法,提出了塑性成形物理模拟中的网格分析法,真实地模拟板料在冲压变形过程中各试验网格的变形情况.与变形云图只能显示一维方向上的物理量相比,网格分析法能够直观模拟板料在二维平面上的应变变化情况,方便用户直观了解板料的变形,改进了工艺设计.     

具有动态接触边界自动识别功能的刚(粘)塑性无网格RKPM法

将刚(粘)塑性流动理论与再生核质点法(RKPM)相结合,提出了基于刚(粘)塑性不可压缩材料的无网格RKPM法.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理本质边界条件和体积不可压缩条件,根据刚(粘)塑性材料的不完全广义变分原理,推导了金属塑性成形过程无网格RKPM法数值模拟的刚度方程.将动态接触边界自动识别技术引入无网格法.最后,对金属塑性成形过程进行了数值模拟,并将模拟结果与刚塑性有限元商品软件Deform2D及实验结果作了比较.无网格RKPM法计算结果与有限元结果和实验结果均吻合良好,表明了该方法的正确性.     

基于OpenFOAM的周期性管内流动边界处理方法研究

为探究开源计算流体力学软件OpenFOAM中不同周期性边界条件处理方法的适用性,针对圆管内泊肃叶流动,分别在mapped,cyclicAMI,cyclic fan边界条件下开展数值模拟,对模拟得到的速度分布和压力分布进行分析.结果表明:3种边界条件设置下,数值模拟得到的速度分布均与解析解吻合,其中mapped和cyclicAMI边界条件下的数值解非常接近,且与解析解吻合更好;采用mapped边界能够得到与解析解符合的压力场,采用cyclic fan边界时在模拟区域进、出口存在很大的压力梯度,采用cyclicAMI边界得到的压力则恒为0.基于此,探讨了mapped边界条件下,数值模拟结果对计算网格的敏感性.研究发现:随着径向网格数目的增加,速度的计算精度先迅速提高而后趋于稳定;边界层层数的增加能够有效提高近壁区速度的计算精度;数值模拟时径向网格数目采用16个以上为宜,边界层层数不宜少于3层.     

二维移动网格方法中边界网格点移动的数值研究

本文对二维移动网格方法中边界网格点移动处理方法进行了探讨,一种做法是把边界上的网格点的移动速度等同于和它相邻的内部点的移动速度,另一种做法是将边界上的网格移动看作一维情形,结合数值算例分析和比较了两种处理方法的效果。     

铝型材挤压有限元和有限体积对比模拟

研究了有限元法(FEM)和有限体积法(FVM)模拟金属塑性成形的基本理论和求解方法．针对铝合金门窗型材制品截面形状十分复杂、壁薄而成形坯料厚的具体特点，分别采用FEM和FVM对其挤压成形过程进行了对比模拟．结果表明，FEM计算效率高，但在模拟终成形阶段时，由于频繁的网格再划分，造成模拟结果严重失真；FVM避免了网格再划分问题，模拟精度高，但计算时间长．提出了采用FEM模拟铝型材挤压预成形，FVM模拟终成形的复合模拟方法，解决了料厚而壁薄这类铝型材挤压成形的数值模拟问题。     

载荷映射方法及其在模具结构优化中的应用

针对金属薄板冲压成形过程中成形力在板料与模具之间传递的关系,提出一种不同类型网格之间的载荷映射计算方法.该方法通过映射单元的精确定位,在板料壳单元与模具实体的四面体单元之间建立了一种对应关系,构建板料单元节点上的成形力与模具网格之间载荷映射的关系模型,从而得到模具表面精确的载荷分布.实例研究将该方法应用于模具结构的优化...     

圆柱直齿轮冷锻成形工艺研究

本文针对直齿轮冷锻过程中齿腔充填困难、成形载荷大、模具寿命低的特点,采用轴分流和浮动凹模耦合工艺成形。利用有限元软件DEFORM-3D对该工艺进行数值模拟。对工艺成形过程中等效应力,等效应变、速度场、成形载荷等规律进行了分析。结果表明：该成形工艺可以有效的成形出齿形良好的齿轮,为此类齿轮冷锻工艺的应用与生产实践提供了理论依据。     

Signorini问题的插值型边界无单元法

本文将改进的移动最小二乘插值法和边界积分方程结合,提出了求解Signorini问题的一种新的边界类型无网格方法——插值型边界无单元法.该方法用投影算子处理Signorini问题中的非线性边界不等式条件,然后将Signorini问题归化为边界积分方程,并用改进的移动最小二乘插值法近似未知的边界变量,然后本文分析了该方法的收敛性.数值算例表明该方法在求解Signorini问题时的可行性和有效性,相对于边界元方法也具有更好的精度和收敛速度.