混合离散变量的高维多目标灰色混沌复合遗传算法

提出了一种基于混合离散变量多目标优化设计求解方法,该方法应用灰色绝对关联度直接求解.该模型与方法能合理地处理优化设计中混合离散变量的取值问题,引入了混沌移民算子对基本遗传算法进行了改进,并开发了混合离散变量优化的灰色复合遗传算法程序.工程设计实例表明,该算法对优化设计问题的特性无特殊要求,具有较好的普适性,而且程序运行可靠,全局收敛能力强.     

APDL参数化分析在双丝焊接仿真中的应用

基于APDL参数化分析．设计了25号钢双丝焊接仿真的方法，包括有限元模型的参数化建立、焊接热源模型的参数化表示、热源移动的参数化实现、后处理模式的参数化方法：用该方法建立的APDL程序，只需输入材料及焊接参数，即可通过ANSYS分析获得与实际焊接相吻合的仿真结果。     

焊接热源模型参数求解中熔池形状的提取技术

为实现焊接热源模型参数求解中熔池形状提取的自动化,针对现有方法存在的问题,根据有限单元法及计算机图形学相关理论,提出基于温度等值线熔池形状的提取技术,推导了该技术的理论公式,列出了熔深、熔宽的提取步骤,并将ANSYS显示的熔池边界与提取的熔池边界进行了对比。经理论分析及实例验证表明:该技术在保证提取的熔深、熔宽具有足够精度的前提下,既能避免单元数目过大,又可满足焊接热源模型参数程序化求解的要求。     

钢板水火加工温度场热源参数预报研究

本文以水火弯板加工过程中的燃气流量、火焰移动速度、加工时间和钢板厚度作为输入参数,热源热效率和热源半径作为输出结果,建立了一种可以预测水火弯板热源模型参数的BP神经网络方法.应用神经网络预测结果设定水火弯板数值模拟时钢板表面的热流载荷参数,基于ANSYS软件得到钢板水火弯板温度场数值计算结果.经应用实例验证,以BP神经网络输出为热源参数的水火弯板数值计算结果与试验测试结果基本一致,说明本文所建立的BP神经网络方法可以用来预测水火弯板温度场热源模型参数.     

复杂零件等离子熔积无模成形的温度场模拟

提出高斯-双椭球复合热源和辐射-对流综合边界模型以考虑等离子热源及热边界.为提高计算效率、再现等离子熔积"增材制造"全过程,采用了动态网格自适应技术和"生死单元".基于ANSYS开发了复杂零件参数化设计和优化成形的APDL高效计算程序,实现了高能束三维瞬态温度场的模拟,并用试验进行了验证.计算和试验结果表明,采取对称跳跃扫描路径及适当的热输入和冷却工艺,能有效改善零件的温度场和增强焊道的自由伸缩能力,从而有利于降低拉应力和热裂倾向.     

埋弧焊平板焊接温度场数值模拟

根据埋弧焊的焊接过程和热源特点,利用ANSYS软件建立埋弧焊几何模型和有限元模型,模拟X80管线钢埋弧焊焊接温度场.焊接工艺参数为I=1500A、U=33V、v=1.7m/min,焊接热源选择双椭球热源模型,用APDL程序施加移动热源载荷,计算得出焊接熔池的形状、尺寸及热影响区的温度分布.模拟结果与实验结果吻合较好.     

轨轮式半自动双侧浇注机的优化设计

为满足设计所要求的应力强度及变形,提出了一种基于ANSYS Workbench的优化设计方法。方法采用在Pro/E软件环境中建立轨轮式半自动双侧浇铸机的三维模型;利用ANSYS Workbench软件建立中凹架的有限元模型,针对中凹架在两种工作状态下的应力分布及变形量对其进行分段式结构优化;分析中凹架两翼伸长量与变形量之间的参数关系,对伸长量进行调整。优化后的车架体结构满足工况要求。     

金属粉末注射成形仿真分析的喂料粘度模型参数

针对喂料粘度模型参数求解和现有模流分析软件无拟合功能的问题,引入Cross-WLF七参数模型对MIM中非牛顿流体流动过程进行了研究,提出了自适应快速遗传算法拟合该模型参数,开发了粘度模型参数拟合求解器,得到了W-Ni-Fe高密度粉末喂料和316L不锈钢喂料粘度模型的7个参数,拟合结果的复合相关系数分别达到0.998 489和0.998 200.研究结果为高密度类零件和不锈钢类的质量预测、模具和工艺参数优化设计提供了必须的材料数据.     

基于ANSYS参数化设计语言APDL的产品结构优化设计

论述了基于有限元分析软件ANSYS平台下,运用命令流及APDL参数化设计语言编程求解和分析问题时所涉及的带有共性的问题,如参数化建模、设置材料属性、划分网格、引入边界条件和物性系数、后处理计算结果等;详细分析了采用ANSYS APDL的批处理方法进行产品结构优化的步骤,并通过产品零件模型的优化设计实例,获得了对具体研究问题的模拟结果,通过优化前后的对比分析,从给定的条件与得出的结果中找到了合适的优化数据,实现了在产品结构尺寸方面的优化,避免了大量的重复有限元建模和前后处理操作,显著提高了产品的设计效率.     

热传导反算模型的建立及其在求解界面热流过程中的应用

基于热传导反算中的非线性估算法,建立了求解界面热流及换热系数的数学模型,并在此基础上开发了热传导反算程序.通过在网格边界上施加三角形热流,求解出网格内部不同位置点的温度变化曲线,然后以求解出的温度为输入数据,利用反算程序求解出界面热流,通过对比求解的热流和实际的热流,验证了该模型的准确性.同时本文还分析了测温传感器的滞后、热流形状、计算参数、采样频率以及测温点离表面的距离对于计算结果的影响,并且针对相关问题提出了解决方案.     

General expression of double ellipsoidal heat source model and its error analysis

In order to analyze the maximum power density error with different heat flux distribution parameter values for double ellipsoidal heat source model, a general expression of double ellipsoidal heat source model was derived from Goldak double ellipsoidal heat source model, and the error of maximum power density was analyzed under this foundation. The calculation error of thermal cycling parameters caused by the maximum power density error was compared quantitatively by numerical simulation. The results show that for guarantee the accuracy of welding numerical simulation, it is better to introduce an error correction coefficient into the Goldak double ellipsoidal heat source model expression. And, heat flux distribution parameter should get higher value for the higher power density welding methods.     

Three dimensional numerical simulation of welding temperature fields in stainless steel

Three kinds of mathematical models representing welding heat sources are presented. Among them, Gaussian model and double eUipsoidal model are used to analyze the thermal distributions with finite element method. At the same time, this paper analyzed the influences of the heat source models, the latent heat and the welding parameters on the temperature distributions. The comparisons between the simulated results and the experiments show double eUipsoidal model is good for three-dimensional numerical simulations. Furthermore, the adaptive mesh technique is applied in the three-dimeusional model which greatly reduces the number of nodes and elements in the simulation.     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值研究

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO2激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值与实验研究。结果表明:在进行激光焊缝形貌与残余应力计算中,须根据激光焊接线能量选择激光热源模型,由此提出了均匀热源模型适合较大线能量,双椭球热源模型适合中等线能量,而组合热源模型适合较小线能量选择原则。组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,熔池轮廓呈现"圆锥"形和"钉子"形,均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面。     

焊接热源计算模式的研究进展

总结了计算焊接温度场过程中焊接热源模式的改进过程。首先讨论了传播学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、以及能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式,以高斯分布函数为基础,引出了半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。并对比了不同热源分布函数对计算结果的影响,讨论了不同焊接计算过程中对热源函的选择。结果表明,通常的工程运算仍可采用解析模型函数进行化计算,高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球能量密度分布函数常应用在有限元计算过程中,但由于未精确考虑电弧对熔池的冲击作用,在熔池附近有一定误差,而双椭球能量密度分布的热源模式,不仅可以处理一般的电弧总力小的焊接热源,也可以处理具有强烈穿透作用的激光焊和电子束焊过程的焊接热源,进一步提高焊接热源循环的计算精度。     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值分析

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO₂激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值模拟与试验.结果表明,在进行激光深熔焊焊缝形貌与残余应力数值计算中,应根据激光焊接热输入选择激光热源模型,并提出了均匀热源模型适合较大热输入,双椭球热源模型适合中等热输入,而组合热源模型适合较小热输入的选择原则;组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,焊缝轮廓呈现圆锥形和钉子形;均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面.     

组合热源模型在焊接数值模拟中的应用

对不同焊接热源的特征要素进行分析,焊接数值模拟中采用高斯面热源和双椭球体热源处理焊接加热问题均不能准确地反映焊接熔池形状.文中提出焊缝表面高斯热源和焊缝内双椭球体热源结合的组合热源模型,其熔池与实际焊缝熔合线吻合.应用上述三种热源对马氏体不锈钢平板对接电弧焊的温度场及应力场进行了数值模拟.结果表明,使用组合热源进行数值模拟较之单独使用高斯或双椭球热源的残余应力计算值与实测值吻合度更高.     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。利用三维有限元网格划分技术，对工件进行网格划分，并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成，为缩短焊接过程数值模拟时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础，推导出两种模型用于双丝焊的计算公式，建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下，对两种模型所建立的温度场进行了计算，得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明，双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础,推导出两种模型用于双丝焊的计算公式,建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下,对两种模型所建立的温度场进行了计算,得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明,双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

网格尺寸对双椭球热源模型作用下焊接温度场计算的影响

文中以Q345E薄板对接焊焊接过程为研究对象,基于双椭球功率密度分布体热源模型,利用ABAQUS有限元软件建立其1/2模型,通过数值模拟研究了不同网格尺寸对焊接温度场的计算精度和计算效率的影响,结合数值积分计算,分析比较了不同网格尺寸下,理论热输入与实际热输入的差别,提出了适宜的网格尺寸.计算结果表明,随着网格尺寸的不断减小,收敛时间变长,CPU计算时间变长,焊接温度场的最高温度、焊接熔池的宽度和深度减小;当网格尺寸减小至双椭球功率密度分布热源深度方向长度的1/2时,理论热输入与实际热输入偏差较小,得到的焊接温度场最高温度、焊接熔池宽度和深度也趋于恒定.