出平面线源荷载对半空间中半圆形凸起的圆柱形弹性夹杂的散射

采用复变函数法和Green函数法,求解出平面线源荷载对半空间中半圆形凸起的圆柱形弹性夹杂的散射。首先,给出在含有半圆形凸起的圆柱形弹性夹杂的弹性半空间中,水平表面上任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数,取该位移函数作为Green函数;然后,采用分区的思想,分别构造出夹杂内的驻波和夹杂外的散射波,满足"公共边界"处位移和应力的连续性条件,建立起求解该问题的无穷代数方程组;最后,给出了动应力集中系数和水平地面位移幅值的数值结果,并进行了讨论。     

超声波散射有限元模型中单一模态入射研究

超声波在缺陷处的散射行为分析中,研究单一模态与缺陷的作用极为重要。通过在多个节点上沿特定方向上施加简谐力形成合成点源,分析和验证了单一纵波和横波有限元模型的稳定性及近似为平面波的监测距离。仿真结果表明:单一纵波位移场纵波相对幅值变化率在±1.5%范围内波动,相位变动幅度为±0.6°,近似单一横波位移场横波相对幅值变化率在±0.5%范围内波动,相位变动幅度为±20°;当监测距离大于10λ时,超声横波可近似认为是平面波;当监测距离大于5λ时,纵波可近似为平面波。单一纵波有限元模型显示出较好的稳定性。此模型的建立为单独分析单一模态对缺陷的散射特性、模态转换及高精度定量检测提供了支撑和依据。     

固体粒子冲蚀微切削模型的数值模拟研究

气动运输的管道内壁受到粒子冲击会产生冲蚀磨损,通常利用微切削模型来预测其寿命周期。利用ABAQUS/CAE建立塑性材料微切削过程的有限元模型,通过对切削过程中粒子受力分析,研究了冲蚀角和冲蚀速度对磨损率与冲蚀角关系曲线的影响,确立了微切削模型适用的冲蚀角范围。     

基于有限质点法的三维固体弹塑性问题求解

有限质点法是一种新型的数值方法,可有效求解结构或机构的大变位、大变形及其相互耦合等复杂行为,目前已经应用于无穷小机构、可展结构、接触碰撞、结构倒塌破坏、结构屈曲、索杆结构、平面固体、膜结构的找形及褶皱、结构多尺度、结构精细化等方面的研究,均取得了较好的效果。为形成从平面固体到三维固体及弹塑性等问题的完整研究体系,该文基于有限质点法推导了一种适用于三维固体非线性问题分析的四面体固体元,并将其应用于弹塑性问题的求解。通过自编程序,分别计算静力,动力等经典算例,并将该方法的计算结果和有限元法及试验结果进行了对比。结果表明,该方法能够有效地求解三维固体的弹塑性等静动力问题。     

超声波化学反应器的温度场有限元模拟

文章基于有限元方法建立了超声波化学反应器的温度场模拟方法,并以超声波化学反应器内引发的苯乙烯分散聚合反应为例,利用ANSYS软件对超声波输出功率为400W时,不同时刻反应介质的温度场分布进行了模拟,研究结果表明超声波化学反应器内引发的分散聚合反应是分区域分阶段逐步进行的。     

空气弹簧多变过程的有限元模拟

由于当前的有限元软件无法计算空气多变过程,导致空气弹簧垂向刚度预测偏差较大。为了解决这个问题,该文提出了空气弹簧多变过程有限元模拟的解决方案。基于虚功原理,推导了充气结构的有限元方程;基于理想气体状态方程,通过引入多变指数得到多变过程的气体弹性常数,并使用ABAQUS软件的用户自定义单元二次开发程序接口UEL开发了多变空气单元。通过与实验对比,发现该文提出的多变空气单元可以精确预测空气弹簧在不同频率、不同载荷和不同附加气室情况下的垂向刚度,从而验证了该文方法的有效性。     

超声波法测试固体火箭发动机燃速

为测量固体火箭发动机燃烧过程中推进剂燃速变化情况,组建可用于固体发动机地面试验特殊环境的超声波测量平台,应用超声波连续脉冲反射法测量,获得发动机不同界面的超声回波波形数据。通过设置区域增益并观察分析实验数据,从复杂的回波数据中提取出推进剂的厚度变化量,通过计算得到不同时刻推进剂的燃速。回波图可以清晰反映出推进剂端面的燃烧退移过程,进而可获得推进剂的燃烧规律。利用超声波法实现固体火箭发动机地面试验条件下推进剂燃速测量,测得实时连续的发动机燃速,可为固体火箭发动机结构设计及装药设计提供重要参数。     

饱和砂土振动注浆的有限元模拟

在有限单元法基础上,考虑大位移大应变情形,采用套叠屈服面模型对饱和砂土振动注浆进行了数值模拟和分析。当振动荷载分别作用在孔底或孔壁上时,同一振动力随振动时间增长,残余孔压和峰值孔压均有所增加。振动力越大,历经同一振动时间的残余孔压和峰值孔压越大。当振动荷载作用持续一段时间,然后再施加注浆压力,发现孔壁中间节点径向位移达到最大值,向两端位移逐渐减小。     

基于位错密度的晶体塑性有限元方法的数值模拟及参数标定

运用ABAQUS有限元分析软件对基于位错密度的晶体塑性有限元方法(CPFEM)及其晶体塑性参数进行了深入的研究。结果表明,CPFEM晶体塑性本构可以准确地体现材料的力学性能。通过讨论不同晶体塑性参数,得到各个参数可以分别控制材料的屈服强度、硬化过程、剪切应变速率、极限强度等性能。此外,为了标定材料的晶体塑性参数引入多晶的代表体积单元(RVE)模型,并讨论了晶粒数以及晶粒规整度对于RVE模型的影响。结果表明,RVE模型的晶粒数达到临界值750个时能够体现等轴晶的宏观各向同性。结合晶体塑性RVE模拟和拉伸试验结果,对Inconel 718合金的晶体塑性参数进行标定,晶体塑性有限元的模拟结果和实验结果的误差小于5%。证明经过标定的晶体塑性参数可以准确反映Inconel 718的力学性能,也使得进一步研究该合金介观晶粒尺度的力学性能成为可能。     

用顶空色谱法测定固体颗粒的孔结构

用顶空色谱法测定了活性炭对有毒蒸气的吸附等温线，并计算了比表面积、微孔容积及其孔径分布等，本文就其基本原理，实验方法及误差来源等进行了论述。     

充液压电阻尼圆柱壳的有限元建模

基于Mindlin板理论、压电理论、粘弹性理论和理想流体方程，对充液圆柱壳主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的建模进行了研究。利用拉格朗日方法得到结构的动力学方程，利用GHM方法描述粘弹性阻尼的本构关系，结合流体方程建立主动约束阻尼结构在流固耦合条件下的动力学方程。建立从压电材料的电压到流固耦合边界下的圆柱壳结构振动的频响函数，利用实验结果对理论计算加以验证，结果表明该建模方法是可行的。     

激光激发薄管中超声兰姆波的数值模拟

用有限元方法,对薄管中热弹机制产生的激光超声进行了研究。在考虑材料热物理参数随温度变化的前提下,得到了薄铝管中的温度场和表面的超声导波,描绘了薄铝管中的逆时针向不同接收点处表面导波的时域波形图。由波形图可知,薄圆管中的激光超声导波是典型的L(0,m)模态的超声Lamb波,同时数值结果验证了管道中L(0,2)模式是传播速度最快且频散较小的导波,为激光超声导波在管道无损检测中的应用打下了一定的基础。     

有限元简化模型应用于超声换能器模拟分析

依据有限元方法的基本物理思想,在某些不需要计算辐射声场的准确声学参数和波束特性的工程应用方面,对流体模型进行充分简化,提出了简化模型处理的有效方法,利用该方法对超声换能器进行模拟分析,并进行了样品的制作和测试,实测结果与模型简化分析处理的结果基本一致。可以证明,用该方法进行换能器的优化设计是可行和高效的。     

内柱孔和内锥孔圆柱形变幅杆

激光和水射流是对陶瓷等易碎材料进行辅助打孔的传统方法,其设备存在大而复杂等缺点。加工陶瓷等易碎材料时,利用超声振动的带孔变幅杆的设备比起传统的利用激光和水射流的的设备更简易和小型化,因此,超声加工受到了人们的重视。文章对中心孔分别为柱形和锥形、外形为圆柱形的超声杆件,基于解析法推导了这两种孔型变幅杆的频率方程及性能参数表达式,分析了不同参量对其性能参数的影响,并利用有限元法计算了在谐振状态下这两种变幅杆的应力及振动位移沿轴向分布的规律。结果表明,在相同谐振频率及面积系数下,带孔变幅杆的放大系数大于实心圆柱杆的放大系数;锥形孔变幅杆的放大系数小于柱形孔变幅杆的放大系数,但前者应力曲线光滑且应力极大值较小。     

Developments in ultrasonic modeling with finite element analysis

An overview is given of finite element analysis and its application to the modeling of ultrasonic nondestructive evaluation phenomena. Following a discussion of the underlying weighted residual methodology, a mass-lumping technique is described which results in an efficient computer implementation for 2D geometries. Code predictions are compared with both analytical and experimental results, and data from studies of attenuation, anisotropy, defect interactions, and surface waves are given. Initial results from a full 3D formulation are also shown.     

旋转超声磨削钛合金有限元仿真与试验研究

为了研究固结磨粒磨具的磨料粒度对旋转超声磨削钛合金磨削力的影响,采用随机空间平面切割正六面体的方法构建了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体磨粒,并基于虚拟格子法建立了磨粒在磨具端面随机分布的多颗磨粒磨具模型。使用Deform-3D软件构建了三维旋转超声磨削钛合金有限元模型,采用拉格朗日增量算法获得了多颗磨粒磨具旋转超声磨削钛合金Ti6Al4V的磨削力仿真值,得到了磨料粒度对磨削力的影响规律,并通过试验进行了验证。结果表明,旋转超声磨削钛合金磨削力随着磨料粒度的增大而减小,且试验结果和仿真结果具有一致性,说明了多颗磨粒磨具模型、旋转超声磨削有限元模型具有一定的准确性,为多颗磨粒磨具旋转超声磨削的相关研究提供了新的方法。     

开口层板孔口缝合补强的有限元研究

为了研究复合材料开口缝合补强结构的不同缝合参数(针距、行距、边距、缝合线模量等)对孔边应力、应变分布的影响, 提出了一种缝合线计算模型。通过有限元模拟计算, 并结合实验结果, 分析讨论了孔边及邻近区域应力、应变的分布规律, 给出了孔口缝合参数合理的设计方法及相关结论。研究表明, 不同缝合参数对于孔边附近应力及应变集中有明显的影响。     

芯材增强对夹层圆柱壳动力学性能影响的有限元分析

将表层、增强材料与芯材分开,应用有限元分析软件ANSYS,采用8节点SOLID45实体单元,对增强型夹层圆柱壳建立物理模型,进行自由振动及瞬态动力学过程分析。考虑树脂材性、尺寸以及分布等参数的变化,分析了点阵增强和齿槽增强对夹层圆柱壳动力学性能的影响,将两种增强方式进行了对比。结果显示,树脂柱及树脂齿槽均可改变圆柱壳的振动特性,对降低瞬态荷载下的动力响应有积极作用。其中树脂材性的影响较小,而点阵和齿槽的尺寸与分布对圆柱壳动力学性能的影响较为明显,分析显示,点阵增强对于提高结构固有频率比齿槽增强更好一些,而齿槽增强对于降低端部受冲击荷载时的动力位移比点阵增强更好一些。     

分舱段圆柱壳声散射数值和试验研究

基于有限元方法建立了填充不同介质的有限长分舱段圆柱壳声散射数值计算模型,仿真了填充空气-空气、空气-水、水-水三类两舱段圆柱壳声散射特性,并完成了三类两舱段圆柱壳体声散射试验,获取和分析了两舱段圆柱壳体声散射的时间角度谱和频率角度谱特性。利用物理声学方法分析了壳体表面、端面以及内部填充水介质对散射声场的影响,揭示了两舱段圆柱壳声散射频率角度谱中呈现的干涉条纹特征形成机理,为水下分舱段目标,如水下无人航行器的主动声呐探测和识别提供理论支撑。