面向数字成形制造的高精度模拟计算技术

在中国国家自然科学基金资助项目《工程中数值分析的复杂力学建模与高精度方法》、中国国家自然科学基金资助项目《精确成形制造中的高梯度特征建模与典型工艺分析》，以及中国教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目《塑性微成形中复杂力学行为的两尺度耦合建模研究》共同资助下，开展高精度数值模拟方法的研究，对以上研究取得的成果进行学术总结。 认为数字成形制造的研究发展方向是：(1)数字成形制造的共性基础性问题研究，包括多场和多尺度耦合、高度非线性和高梯度、时间和构形的动态过程、局部精细和大规模计算、计算的可靠性；(2)数字成形制造过程的典型特征原型及建模，包括材料成形过程中的宏/微观、性能/组织等多场特征原型，固态塑性成形、液态及半固态成形、焊合过程的特征计算建模，典型制造过程(塑性成形、液态及半固态成形)模型的大规模数值计算方法；(3)基于网络的数字成形制造平台，包括基于网络实现成形制造数字化的基础问题研究，计算信息的数据管理与网络通信技术，基于网络的大规模平行计算实现(分布式和超级计算机)。     

弹丸束喷丸有限元模型数值模拟及试验研究

喷丸工艺是一种有效提高工件表面疲劳抗力的表面处理工艺,被广泛应用在航空、汽车、动力机械等重要领域。喷丸数值模拟是制订喷丸工艺方案、评估喷丸后工件表面疲劳抗力的主要理论工具。目前,现有的喷丸数值模型主要有单弹丸模型、阵列弹丸模型等形式,在这些模型中,弹丸的撞击位置是固定的,忽略了真实的喷丸过程中弹丸位置的随机性。采用有限元计算软件ABAQUS提供的python语言开发一种弹丸在空间位置随机分布的弹丸束喷丸模型,在此模型基础上研究喷丸工艺参数与残余应力间的分布规律,进一步讨论喷丸工艺对工件表面粗糙度的影响,模拟喷丸强度的饱和过程,并通过Q235钢喷丸试验对弹丸束喷丸模型进行验证,为喷丸工艺的精确控制提供了科学依据和理论基础。     

大锻件中心压实法(JTS)锻造过程有限元分析

在大锻件生产中,中心压实法(JTS法)是压实大锻件中心缺陷的一种有效方法.但在具体的工艺实施过程中,对大锻件在JTS法锻造中的温度梯度控制,钢锭外表面的冷却控制,以及温度梯度对内部的应力应变及组织的影响缺乏足够的认识,所以很难掌握其规律.大锻件单件生产的特点,又限制了其工艺实验的可行性.本文利用有限元方法,根据温度场的特点,建立合理的边界条件及参数,计算吹风和喷水等冷却方式所对应的锻件温度场.通过热力耦合模型和刚塑性有限元分析,模拟在内外具有较高温度梯度情况下的锻件应力应变场,分析了温度梯度对锻件内部应力应变的影响规律.结果表明,锻件的温度梯度对其应力应变具有重要影响,温度梯度越大,锻件中心的等效应变和静水压应力越大,压实中心缺陷的效果越好.该模拟结果及其参数将有助于制定合理的大锻件生产工艺.     

数字幅频均衡功率放大器设计

<正>一、方案的选择数字幅频均衡功率放大器设计,其难点主要有两个,即数字幅频均衡与功率放大。采用何种方案以及方案的优劣直接决定了能够达到指标的高低和实现起来的难易程度,下面我们就两者方案选择进     

大型镁合金压铸机尾板工作裂纹产生的原因及分析

尾板是镁合金压铸机的重要部件,为三大板之一.其强度和刚度直接影响到压铸机的工作状况和铸件的品质.对3000T镁合金压铸机尾板在实际使用中出现的裂纹状态进行深入分析,讨论了产生裂纹的原因,并基于有限元方法,对尾板的静态、瞬态冲击以及疲劳强度进行了计算和分析,提出了改进现有设计的几种方案.得出的结论为提高压铸机在生产中的安全性能提供了重要数据.对压铸机的改进设计具有重要的参考意义.     

管路花边法兰参数的优化设计及影响分析

通过对法兰进行设计,开展相应结构的有限元分析,分析了法兰锥颈角及花形设计对法兰强度和刚度的影响.结果表明,花形设计中锥颈角的增加会导致环向和轴向应力减小,对径向应力影响不大,整体法兰的刚度随锥颈角和法兰厚度的增大而增大.同时采用拓扑结构对法兰进行花形设计,优化了花形法兰设计.     

镁合金变形的晶体塑性有限元分析

晶体塑性理论已被广泛应用于现有的有限元分析中,从微观角度来模拟和预测晶体材料的宏观各向异性力学行为及塑性变形过程中织构的演化与发展。现有的晶体塑性理论框架核心主要基于由滑移引起的塑性变形机制,在预测由滑移和孪晶引起塑性变形的材料力学响应方面还不够完善。本文以具有密排六方(HCP)结构的变形镁合金塑性变形过程为例,综述了以滑移和孪晶为核心的晶体塑性理论的理论研究和应用现状,重点评述了现有孪晶的数值实现方法,并预测了相应理论的发展方向。     

大型水平轴风力机新型叶片结构设计思想和研究进展

该文首先阐释了在风力机大型化发展过程中叶片结构设计的主要问题在于大型叶片对综合结构性能的高要求与轻量化、气动性能之间的矛盾,传统悬臂梁结构叶片的承载特性限制了叶片进一步大型化发展的空间,新型叶片结构的设计开发是解决这一问题的有效手段。新型叶片结构的设计思想按其着眼点主要包括仿生柔性设计思想、分段设计思想和局部附加结构的设计思想等。在此基础上,该文综述了近年来新型叶片结构的研究进展,为大型叶片结构设计提供了参考。     

排气阀热边界条件分析及温度场有限元计算

排气阀在高温环境下工作,对内燃机的应用可靠性及使用寿命有着重要的影响。针对轻12V180型柴油机,分析排气阀的工作环境,计算了柴油机排气阀等效的热边界载荷,结合有限元分析软件ANSYS,建立热模型进行排气阀温度场分析,为排气阀工作负荷状况的改善与优化设计提供了理论依据。     

高炉铜冷却壁热力耦合的有限元分析

为评估高炉铜冷却壁工作时的热应力分布,先对铜材料进行高温拉伸试验,获得不同温度下铜的弹性模量,为铜冷却壁热力耦合数值分析提供了基础数据。通过对高炉的整体分析,得到各段铜冷却壁的位移。在此基础上计算自由膨胀时各段联络管的位移,考虑相互连接情况,最终计算得到实际工作时铜冷却壁的温度及应力分布。热膨胀导致铜冷却壁产生的热应力小于材料屈服强度,但挤压造成水管根部平均应力上升会导致疲劳失效。