第18届中国CAE工程分析技术年会暨第四届中国数字仿真论坛
主办单位:
第18届CAE工程分析技术年会论文
一种运动边界的流固声耦合计算方法
针对运动物体引起的流场压力脉动噪声,考虑流体压力场波动产生的流噪声源,以及其传播过程中所受到的非均匀流体影响,本文提出一种运动边界的流固声耦合分析方法。该方法通过在不可压缩N-S方程中添加流固耦合作用力源项的方式,描述运动物体作用下不可压缩流场的变化情况;基于瞬时和平均流固耦合结果,计算流噪声源项的大小;采用耦合流体变量的可压缩波动方程,刻画非均匀流体中声场变量的传播过程。在此基础上,本文开展了静止流体中直线振荡圆柱的流固声耦合仿真分析,验证了本文方法的有效性和准确性。
基于数字图像相关分析的航空铝合金力学行为有限元仿真优化
摘要:高强度7075航空铝合金是现代轻量化设计中的重要材料,为了探究峰值时效(T6)与回归再时效(RRA)状态下7075铝合金的力学特性,采用室温单轴拉伸实验结合数字图像相关(DIC)技术手段进行有限元仿真分析优化。结果表明:通过DIC分析显示断裂前的最大应变RRA状态为0.253,T6状态为0.287。基于DIC数据分析的7075铝合金峰值时效和回归再时效的真实应力应变数据,通过Johnson-Cook(JC)模型拟合计算值与实验值的相关性分别为0.9552和0.9556。进一步仿真计算分析得到优化结果与实验结果的相关性精度达到0.955,较高的精度可以对7075高强度航空铝合金的室温塑性变形行为提供一定的参考和理论指导。
水利水电工程CAE分析与数字孪生关键技术融合应用趋势
摘要:CAE分析计算具有可获得性、可展示性、结构系统性的特点。数字孪生在水利行业的应用具有精确性、多维关联性、闭环型的特点。本文分析了水利水电工程CAE分析计算以及数字孪生在水利行业应用的特点,以及数字孪生在水利行业的“算据、算法、算力”三个方面的关键技术,分析了水利行业传统仿真计算与数字孪生融合的关键结合点以及CAE未来的发展趋势,为CAE分析在数字孪生水利行业的发展提供思路。 关键词:CAE分析计算,数字孪生,水利行业
基于CFD的蒸汽调节阀流量特性分析及数值噪声模拟
摘要:基于湍流模型对蒸汽调节阀内部流场进行数值模拟,研究了不同开度对流场及流量特性的影响规律,拟合出流量特性曲线;基于大涡模拟和Lighthill声类比FW-H法,计算出不同开度下阀门的远场噪声。研究结果表明,5%开度下阀门进口、阀芯盘片和出口处压力逐级下降,70%开度下节流孔的半连通状态致使速度和压力发生突变;10%至20%开度区间,流阻系数降幅最大,约为51.36%;当开度大于50%,流阻系数变化趋于平缓;全开状态下,低频段声压幅值最大可达到138.57dB,且低频噪声主要存在于100 Hz、400Hz频带内。上述研究结果为该阀流量及噪声优化提供了理论依据。
相变材料在导弹多层隔热结构中的应用研究
本文提出了含相变材料的多层隔热结构。以某巡航导弹的隔热结构为研究对象,以厚度、重量及隔热效果为设计目标,利用有限元分析软件对不同模型开展了仿真计算及对比分析,并通过试验验证,得到特定热边界条件下不同隔热结构的背温变化规律。结果表明:在相同隔热效果下,含相变材料的多层隔热结构重量减小11.6%,厚度减小31.5%,利于导弹的轻量化设计及舱内设备优化布局。
图像细化与膨胀技术在结构拓扑优化中的应用
摘要:拓扑优化技术目前多用于结构的概念设计,但在使用变密度法进行拓扑优化计算时,存在着许多中间密度单元的问题。本文建立了混合元胞自动机算法(HCA)与图像细化技术相结合的结构拓扑优化模型,分别采用了四种方法对拓扑结构进行骨架提取,能够有效消除变密度法产生的棋盘格结构,降低了中间密度对拓扑结构的影响。研究了骨架结构按规定半径膨胀的算法,有效实现了约束拓扑结构的最小尺寸功能。
基于变比热比的拉瓦尔喷管设计的数值研究
摘要:拉瓦尔喷管是将亚声速气流转变为超声速气流的重要部件,具有广泛的应用背景和极高的研究价值。而在喷管型线设计过程中,比热比变化对其具有显著的影响。拉瓦尔喷管作为决定超音速火焰喷枪具备充分加速能力的关键结构,也应考虑比热比对型线设计的影响。本文从高超声速流场中存在真实气体而非固定的理想气体这一现象出发,以计算流体动力学的基本理论和基本控制方程为基础,利用 Fluent 计算流体动力学软件,使用准二维发散喷嘴的特征线方法分别设计了定比热与变比热条件下的拉瓦尔喷管扩张段型线,建立起超音速火焰喷涂气体流场的数值模型并且对变比热比的超音速火焰喷涂气体流场的仿真结果进行了分析比较,总结出了超声速喷管流场的一些规律,为考虑变比热条件在超声速喷管设计的具体应用提供了参考和依据。
低韦伯数下液滴撞击固体表面的动力学行为研究
液滴撞击固体表面问题在喷雾冷却、热喷涂等工业领域广泛存在,研究液滴撞击表面的动力学过程及复杂的作用机制对相关工业技术的应用和发展具有重要价值。本文建立数值模型模拟液滴在低韦伯数下撞击固体表面的过程,并用无量纲参数铺展因子对液滴的变形程度进行表征。通过与实验图像的对比,验证了模型的准确性。通过改变液滴撞击速度和初始直径的大小得到了0 < We < 180的范围,结果表明:当韦伯数较小时,意味着惯性力较小,这种变形会受到表面张力的阻碍,导致较小的铺展因子,但仍存在较小的韦伯数表现出较大的铺展因子;随着表面接触角的增大,液滴的铺展因子逐渐减小;不同润湿性表面上液滴的动力学行为不同,亲水表面更利于在表面上的铺展,疏水表面上的液滴更容易发生反弹。
基于元胞自动机的城市区域建筑火灾蔓延模拟影响参数分析
火灾或地震次生火灾的发生与蔓延严重威胁着人们的生命与财产安全。随着我国城镇化进程的不断推进,城市成片建筑火灾蔓延案例时有发生,探索这类火灾蔓延机理,对该类火灾的防控、以及减轻灾害损失具有重要意义。本文开发了基于元胞自动机的城市建筑火灾蔓延分析方法与程序,并对影响火灾蔓延的影响因素进行分析。首先,通过对丽江古城2013年3月11日火灾的模拟,验证了所开发火灾蔓延模型的合理性。其次,开展参数分析,分析了不同的网格大小、起火点位置、风力大小对火灾蔓延效果的量化影响。结果表明,采用边长1m左右的网格时,可获得计算精度与时间的最佳平衡,起火点位置和风力大小对蔓延过程的影响较大。
研发数字化转型三级跳
中国工业自主研发的道路充满艰辛,工业研发的数字化转型,必然是中国企业数字化转型的“上甘岭”;研发数字化转型的蓝图应该基于复杂产品研发体系理想模型来设计,数字化转型的过程就是研发体系向理想体系进化的过程;基于文章提出的企业完整研发体系的理想模型,研发数字化转型需要经过“三级跳”,分别是精益转型、正向变革、智慧革命。最终,工业企业研发数字化转型是通过流程工程、模型工程和知识工程等核心工程的开展,可实现企业精益模式转型,建立正向设计能力,同时规划未来智慧发展路线,最终建立面向智能制造时代的现代工业研发体系。
基于机器学习的多电机均值耦合速度同步控制
多电机系统是新型筒类构筑物滑模施工平台升降过程中的核心部分,多电机同步控制的稳定性、误差、响应滞后等会导致施工平台发生扭转、中心漂移及垮塌问题。针对施工平台对多台电机协同控制的高精度、高稳定性、快速响应等需求,该论文基于矢量控制理论和均值耦合同步控制结构,提出一种基于RBF神经网络的多电机均值耦合协同控制策略。首先结合均值耦合控制结构设计了新型的RBF-PID控制器,在传统PID算法的基础上引入径向基函数(RBF)神经网络作系统辨识处理,采用梯度下降算法进行参数更新;然后在PID算法的积分环节中引入改进型变速积分项以尽快消除静差。最后经仿真实验进行验证,发现电机带负载启动和稳态下负载突变时,该论文所设计的多电机协同控制策略相比于传统控制方式具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。
基于THUMS人体模型驾驶员约束系统优化
安全气囊和安全带是汽车的关键组成部件,二者有效配合可极大提升汽车安全性能。基于LS-DYNA有限元仿真分析软件和THUMS人体有限元模型,重点研究了驾驶员安全气囊泄气孔直径和安全带高调位置两个设计参数对THUMS假人胸腹损伤的综合影响。借助MATLAB软件,通过多项式拟合方法分别建立了假人胸部压缩量、胸部3ms合成加速度、肋骨应变、心脏压应力、肺部压应力及肝脏压应力与两参数之间的函数关系,并结合多目标优化遗传算法对目标函数进行了优化分析。数值结果表明:安全气囊的泄气孔直径和安全带的高调位置对假人胸腹伤害指标的影响较为显著,合理增加安全气囊的泄气孔直径和降低安全带的高调位置能够保证在不增加安全装备的基础上使得假人胸部压缩量、胸部3ms合成加速度、肋骨应变、心脏压应力、肺部压应力和肝脏压应力分别降低20.88%、4.01%、13.77%、21.51%、15.73%及28.31%。有效提高了约束系统的保护性能。
计算平台无关的近场动力学隐式求解算法
本文设计了一种计算平台无关的GPU并行求解模型,用于近场动力学(Peridynamic, PD)模型的静态隐式方程高效求解。首先基于CSR(Compose Sparse Row)总刚矩阵组集算法,可将PD单刚矩阵快速填充到CSR总刚矩阵,并作为求解模型的输入参数。然后基于“接口和实现分离”的策略,定义了多个线性方程组求解函数接口,分别在Intel/AMD/NVIDIA等主流显卡上实现迭代算法。最后通过二维悬臂梁算例表明,该求解模型在不同的计算平台上位移应变结果相同,且计算效率远高于传统求解方法。
基于优化准则和材料库的汽车前纵梁优化设计
为了提高汽车正面碰撞安全性,本文首先研究了某款SUV的汽车耐撞性,建立了其在50Km/h正面100%碰撞工况下的能量吸收及载荷传递模型。然后本文从车体减速度、转向管柱移动量、门框变形量三个角度出发,对所建模型进行分析,归纳得出了正面碰撞汽车耐撞性优化准则。随后,将此优化准则与材料库结合,提出了一种新的前纵梁选材方法,并将此方法应用到SUV的前纵梁选材优化中。结果表明该方法在改善正面碰撞汽车耐撞性方面取得了很好的效果。
基于数字孪生的决策系统建模综述
随着计算机技术提高,如何更好地利用计算机技术建立决策模型引起了广泛关注。数字孪生作为全方位多维度的实时计算机仿真手段,可以较好地弥补以往进行决策系统建模时所带来的技术缺陷。本文通过比较的方法阐述数字孪生方法建立决策系统的优势,提出了基于数字孪生建立决策系统模型的方法,阐述了决策孪生层与决策服务层的具体建模过程,梳理了已有基于数字孪生的决策系统模型,并给出了未来的研究方向。
自主CFD软件在客机气动力预测方面的应用
CFD是飞机气动力设计的核心技术手段之一,在飞机设计过程中,精确地阻力预测,激波捕捉,准确的附面层干扰与雷诺数效应分析对飞行器设计至关重要。本文主要介绍了自主CFD软件在客机气动力预测方面的应用,采用结构化重叠网格软件(Overset Grid)对典型客机模型DLR-F11进行网格划分,使用求解器(OverCFDLab)进行数值仿真模拟,将模拟结果与风洞实验进行对比,结果表明结构化重叠网格软件能够较为准确地预测客机等复杂构型的气动特性。
转向油罐的振动疲劳与优化
某车型转向油罐在道路耐久试验中发生断裂。在排除材料、工艺、装配等方面的原因后,聚焦于系统的振动疲劳问题。将试验场载荷谱进行加速处理,通过模态、频响分析,发现油罐存在振动疲劳破坏风险。着眼于提高油罐固有频率的思路提出优化方案。通过仿真与台架试验印证了振动疲劳是油罐断裂的真因,证明了优化方案可靠有效。优化方案已通过了道路耐久试验,改善效果明显。
海洋结构分析通用软件SAM前处理 系统设计与实现
海洋结构分析CAE软件是核心技术研究的重要手段、重大海洋装备研制的根本保障和智能制造推进的关键支撑。SAM软件以自主化、高精度、专业化、全面性、开放性和可靠性为特色,正逐步在船舶行业进行推广与试用。本文将以SAM软件的前处理系统为研究对象,介绍了前处理系统的总体设计思路,并阐述了读写接口、核心数据结构、网格划分以及模型显示、人机交互等模块的设计思路。最后给出了SAM软件的实现案例。
基于SPH-FEM耦合算法的高压水射流冲蚀皮质骨数值模拟研究
相比于骨科手术中钻、锯、铣等传统加工方式,高压水射流技术可以有效降低切削温度,极大程度减少骨材料以及周围组织所受热损伤。本文基于SPH-FEM耦合算法,利用LS-DYNA对高压水射流冲蚀破碎皮质骨过程进行数值模拟,分析压力、靶距对于皮质骨破碎损伤过程的影响。数值计算结果表明:高压水射流冲蚀皮质骨材料初始阶段凹坑呈现近“V”形,最终呈现近“U”形。皮质骨损伤深度随着射流速度不断增大而增大,随着靶距不断增加而减小。随着时间的增加,皮质骨损伤深度趋于稳定不再增加,损伤宽度有所增大。在相同工艺参数下开展物理实验,观察皮质骨破碎损伤情况,实验结果与数值计算结果基本符合,可为后续提高射流加工皮质骨表面质量提供理论依据。
基于拟流动角点理论的金属板变形仿真分析
在结构轻量化的背景下,轻质高强金属板材冲压件被广泛用于汽车和航空航天领域。金属板材在成形中是否会发生破裂是冲压工艺设计最为关注的指标点。本文采用拟流动角点本构理论结合GTN损伤模型对硼钢22MnB5的变形行为进行了仿真分析。通过与样件多应力状态变形实验进行对比,证明了该方法可对板材变形特征与破裂进行有效预测,进而指导成形工艺的优化改进。
自主 CFD 软件在乘用车风阻设计方面的应用
以我公司自主研发的 CFD 软件 ADI SimWork 为载体,对某型 SUV 乘用车进行外流场仿真计算, 分析汽车各部件的动压及产生的阻力值,结果表明车尾产生的阻力占整个汽车阻力值的 46.17%,车头产 生的阻力值占整个汽车阻力值的 25.55%,后视镜产生的阻力值占整个汽车阻力值的 1.2%,轮胎产生的 阻力值占整个汽车阻力值的 14.46%。然后将整个车身的阻力系数与风洞实验结果进行对比,其误差在 2%左右,满足仿真计算的误差范围,表明我公司自主研发的 ADI SimWork 软件满足工业计算要求。
基于FEPG在电池热失控仿真分析应用研究
本文以电动汽车用镍钴锰三元锂电池为研究对象,利用仿真软件FEPG建立三维热滥用模型,模拟锂离子电池160℃、165℃、175℃和 200℃炉箱加热试验,仿真分析该锂离子电池在高温条件下的热失控行为。研究结果表明,160℃为本文仿真电池发生热失控的临界安全温度,高于 160℃时电池将发生热失控现象;电池温度越高,发生热失控的时间越早;散热条件越好、材料稳定性越高,电池越不容易发生热失控。根据仿真结果,分析了影响锂离子电池热安全性的因素,并从过温保护、改善散热条件等不同方面提出相关建议,为提高锂离子电池热安全性提供依据。
航空发动机喷杆精益单元仿真技术验证与研究
根据航空发动机喷杆精益单元的运行需求,提出了一种仿真分析精益单元单批次数量的方法。利用Plant Simulation仿真软件,通过适当简化喷杆精益单元实际运行的环境因素,对精益单元的工艺布局、各个工序设备与缓存站等进行了仿真建模与模拟分析,研究了不同批次数量下的仿真数据,优选出喷杆精益单元单批次数量为60件/次,验证了当前单批次数量下设备瓶颈和年加工时间的符合性,并直观显示了精益单元的每个工作流程和每一工序物流方向,为喷杆精益单元生产计划排产和物料配送策略提供了理论依据和指导。
基于PCA的操稳客观指标降维分析及调校应用
为了研究各零部件参数对整车操稳性能的影响及指导实车调校,针对能反映整车操稳性能的客观评价指标,建立与主观评价相关的客观评价指标体系,搭建整车多体动力学模型,并与测试数据进行对比验证,参考样车调校清单开展所有调校方案仿真分析,采用主成分分析法,对所有样本仿真结果进行对比分析。研究结果表明,稳态性能、瞬态性能及转向响应特性是整车操稳第一主成分性能,占比达59.70%,应用该技术手段可将原始数据由36维降至5维,同时通过降维后的客观评价指标完成所有调校方案的主成分综合评价,确定方案40等前10组最优调校方案,从而指导后期实车调校,降低整个调校周期,提升工作效率。
基于CATIA的航空发动机高压转子虚拟装配
虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分,利用虚拟装配技术,可以验证装配设计和操作的正确与否。虚拟装配结合了多项技术的优点,模拟出虚拟的装配环境,可视化地展示产品装配过程,有利于优化装配方案,提高装配效率。本项目使用 CATIA 软件,对民航发动机高压转子进行虚拟装配,从产品的装配建模和产品的装配规划两个方面出发,探究基于 CATIA 软件的产品虚拟装配仿真应用的可行性,以期为 CATIA 软件在高压转子虚拟装配中的应用提供指导。
CAE仿真领域的高性能集群建设探讨
HPC是当今CAE技术最重要的发展方向之一,21世纪CAE技术的发展趋势推动了CAE HPC技术的高度发展。本文对CAE软件的求解过程、CAE应用程序的特点进行了分析,探讨了CAE领域高性能集群建设的要点,为CAE领域高性能计算平台建设提供了参考。
基于VPG的某商用车载荷谱研究
以某商用车为研究对象,采用特征线模型缩聚技术,建立整车刚柔耦合模型,大幅提升整车多体模型的计算效率。基于虚拟试验场技术仿真分析得到虚拟载荷数据,同时对样车进行实际耐久试验场测试,获取测试载荷谱数据用于仿真模型的修正和精度对标。基于损伤一致原则,将仿真载荷向测试载荷等效迭代,得到路面等效系数,从而保证基于虚拟载荷谱的结构疲劳性能分析与实际失效模式的一致性,为商用车从零部件到整车级疲劳耐久分析、减少试验中的可靠性问题、缩短研发时间、降低研发成本打下基础。
风电叶片仿真与设计平台的研究
在设计工程仿真领域,目前高端装备产品设计复杂度、相关性、制造精度大大提高,国家知识产权保护制度越来越完善,为缩短工程设计周期、提高工程运行安全性、降低企业仿真计算软硬件成本、提高行业内信息共享水平,越来越迫切地需要高性能仿真云平台的支撑,实现低代码自定义流程自动化,风电叶片作为风力发电机组的最关键零部件,对其进行优化设计、有限元分析等研究,将有效地提高我国的风力发电机设计水平和设计能力,推进我国风力发电机的国产化。因此,对风电叶片仿真与设计平台进行研究有重要意义。
某商用车减震器支架及销轴断裂分析
针对商用车减震器支架、销轴断裂事件,使用CAE分析校核与产品质检相结合的方法,将分析结果与实际断裂情况进行了对比,结果表明支架最大应力值175MPa、销轴最大应力值124MPa,为正常应力值范围,但断裂部位与应力集中部位一致。观测支架断裂面,存在2处明显缩孔,存在铸造缺陷。销轴金相分析报告显示,轴段硬度不符,产生马氏体组织脆硬相。受到冲击载荷时,由于支架内部缺陷小孔、轴段硬度不均匀从而导致断裂情况发生。
基于多学科联合优化的液压尾板轻量化设计
针对某款商用车液压尾板的轻量化设计,使用多体动力学分析(MBD)和拓扑优化进行多学科联合优化。使用MotionView对液压尾板进行运动仿真,通过仿真确定4个关键举升状态的载荷值。将提取的载荷值分别加载到尾板本体铰接处和尾板基座铰接处进行结构的分析和拓扑优化。分别对单工况和复合工况拓扑后的结果进行解读,按照解读结果完成结构的重塑,并对重塑后的新结构进行刚强度校核。优化设计以降低重量为设计目标,同时兼顾性能的提升和成本的控制。新设计液压尾板本体结构较原结构刚度最高提升57%,强度最高提升12%;尾板基座结构相较于原结构刚度最高提升8.8%,强度最高提升25%;新结构整体降重25%,成本降低15%,达成轻量化设计目标。
某乘用车车门下沉问题仿真分析 及优化研究
某乘用车在总装车间出现车门下沉问题,通过CAE仿真分析技术手段对问题进行复现,分别对车门质量、铰链结构、车门及车身侧铰链安装区域对车门下沉量的影响进行了分析,提取影响车门下沉的关键指标,结合方案可行性分析,对车门结构进行优化,最终优化方案可实现车门下沉量降低42%,优于竞品车型,并经实车验证满足性能要求。通过将该分析方法固化到开发流程中,可以有效的预测车门总装时出现下沉的风险,提升车门产品开发一次设计成功率。
基于PERA SIM的铝合金轮毂有限元分析
轮毂的力学性能是汽车安全性及可靠性的重要影响因素,作为汽车的重要承载部件,需要严格保证轮毂的性能满足国家标准的要求。本文以某乘用车轮毂为研究对象,应用自主有限元软件PERA SIM建立轮毂有限元模型,并依据国家标准 GB/T5334-2005《乘用车车轮性能要求和试验方法》建立仿真工况,完成轮毂的刚度、强度分析,为轮毂的进一步结构优化设计提供了依据。并将计算结果与目前主流的商业软件ANSYS、ABAQUS比对,验证了国产自主软件PERA SIM的高精度计算。
汽车激光拼焊差厚板冲压成形开裂研究
拼焊差厚板在拉深成形过程中,因为焊缝的存在以及焊缝两侧板料强度的差异,导致拉深成形过程中会出现多种缺陷,如起皱、破裂、焊缝移动等,这些缺陷使得拼焊差厚板技术发展在很大范围内受到了限制。本文以拼焊差厚板后门内板零件作为研究对象,材料牌号为CR4-HD60G60G,分析不同阶段造成开裂缺陷的可能因素,利用有限元分析法,建立有限元模型,研究母材材质、厚度、强度系数和压边力等对成形开裂的影响,结果表明在模具调试阶段工艺参数的调整对焊缝偏移影响较大,但焊缝两侧厚薄板的成形能力差异,造成母材延展不均匀,影响厚薄板进料速度,是拉深成形过程中开裂的最大原因。通过上述规律,为模具设计制造和调试阶段合理设置调整拉延筋和工艺圆角以获得较好的零件提供参考,提高冲压拉深成形稳定性,减少工厂实际环节中的模具调试和试模次数,提高工厂经济效益。
某轿车铝合金仪表板横梁分析及优化
轻质材料仪表板横梁取代钢制仪表板横梁已成为一种必然趋势,鉴于铝合金在冲压件和挤压件上的材料优势,使得铝合金仪表板横梁应用更加广泛。以某轿车铝合金仪表板横梁为研究对象,并和上一代车型的钢制仪表板横梁在质量、模态及刚度性能方面进行对比分析。结果表明,铝合金仪表板横梁在不影响模态及刚度性能的前提下,轻量化率高达40%。除此之外,对其进行了振动强度性能分析,并对性能不足处进行结构优化,最终顺利通过路试耐久测试。在此过程中,首次提出把仪表主体的质量附加在仪表板蒙皮上,其余附件简化为质量点并按照实际安装位置加载在质心处的分析方法。
自动裂纹扩展仿真在汽车和航空部件中的应用
产品延寿和损伤容限设计对提高结构疲劳扩展信息的准确性提出了严苛的要求,特别是在汽车、航空航天及能源动力等领域。子模型分析技术是裂纹扩展仿真分析的重要手段,本文通过FEA模型创建BEM裂纹扩展分析的子模型,并使用DBEM技术进行自动裂纹扩展分析。本文对使用子模型技术进行裂纹扩展仿真分析领域一些重要的问题进行了深入的研究,主要包括:研究在子模型的边界面上施加位移边界条件和力边界载荷之间的差异,对不同位置和尺寸的初始裂纹进行研究说明如何设置初始裂纹才能代表实际工程情况,以及对子模型的尺寸进行研究,阐述如何识别子模型太小而无法在裂纹扩展过程中准确捕获载荷的重新分配。BEASY的Fracture软件包为本研究提供了仿真分析手段。
半解析弹塑性材料本构(SAMP)数据准备及对标研究
材料数据是有限元分析中的基础,准确的材料卡片能显著提高仿真结果的准确性。随着塑料产业的蓬勃发展,针对弹塑性材料模型仍需要建立全方位可靠的数据获取方法,准确表征其力学性能。本文使用Radioss软件中弹塑性材料本构SAMP,以聚碳酸酯材料为例,开展SAMP的数据准备,材料卡片建立以及样条级/制件级实验与仿真结果对标工作。从变形形式,力值/位移曲线等方面考察仿真与实际的拟合程度,验证材料卡片准确性,指导材料数据库建立工作,为后续塑料材料在不同行业内的CAE分析奠定基础,为设计部门提供更为可靠的参考。
渐开线直齿圆柱齿轮副有限元分析
本文首先基于UG/OPEN完成了渐开线圆柱齿轮副参数化建模的二次开发,在此基础上应用Ansys Workbench建立了直齿圆柱齿轮副的有限元模型,对其在匀速转动下的啮合过程进行模拟,得到了啮合部位齿根的弯曲应变,并与试验结果进行对比,证明了有限元分析方法的有效性。该方法可以用于齿轮副的优化设计,对于提高齿轮副设计效率和设计质量具有重要的意义。
汽车门把手表面塌陷研究
汽车外板的表面塌陷问题一直是行业内的一大难题,严重影响了汽车外观质量。现有研究表明,表面塌陷与零件成型过程中应力应变分布不均引起的残余应力有着密切的关系。本文使用有限元方法对汽车门外板把手位置的表面塌陷产生机理进行了深入研究,发现汽车外板把手位置圆角处的切向残余压应力是其产生表面塌陷的根本原因。因此,文中通过对某一车型前门外板实例研究提出了一种有效成型工艺以解决门把手区域的表面塌陷问题。
汽车顶盖整形工序起皱原因分析及对策
起皱问题是冲压件生产中常见的缺陷,本文基于CAE仿真软件对顶盖尾端整形后起皱情况进行研究,基于模拟仿真分析和现场零件存在的缺陷,分析汽车顶盖产品的结构特点和冲压工艺性,通过对比模拟结果与实际生产制件的差异,分析起皱缺陷产生的原因和机理,针对不均匀拉应力引起的起皱评判准则进行优化,提出了通过优化零件线长、增加工艺凹槽,优化压料力的设计、控制材料流动速度的工艺思路等方法,有效控制起皱区域内部拉应力分布相对均匀来改善零件起皱状态,提升了零件品质 。
旋转压缩机排气压力脉动数值研究
旋转压缩机泵体是周期性的间歇排气,在排气过程中会引起压力脉动,对压缩机可靠性、噪音及性能产生一定影响。本文基于动网格及滑移网格技术对双缸旋转压缩机进行CFD动态仿真,采用 RNG k-ε 湍流模型获得压缩机非定常流动流场以及压力脉动,结合噪音软件virtual.lab计算空腔固有频率,分析泵体排气压力脉动激发源、压力脉动与空腔响应关系,探讨不同运转频率下对排气压力脉动形成情况。结果表明压力脉动与运转频率和排气量相关,运转频率越高,排气量越大,脉动越大,同时压力脉动还与空腔固有频率响应有关,空腔频率如果为激发频率的倍频,则容易产生共振,压力脉动增大。
CFD分析导流板在空气过滤器中的作用
空气过滤器的压损与内部气体流场的均匀性直接关系到其工作寿命。通过对空气过滤器的进气管进行流场分析,发现内部存在较大的漩涡,致使滤芯入口截面上的气流不均匀。通过在进气管上设置符合气体流动特性的导流板,改善空气在进气管内的流动,使得流速更加均匀。减弱了腔内的漩涡,滤芯进风侧的法向流动分布更加均匀,从而提高了滤芯的使用效率和寿命。从整个系统来看,导流板的设置降低了最高流速,减少了压力损失,改进后的结构有利于提高空气过滤器的工作性能。
金属橡胶和泡沫铝材料复合作用的 弹体滑离制动过程模拟
针对弹体发射实验过程中的滑离制动缓冲需求,本文提出一种基于金属橡胶和泡沫铝材料复合而成的两级制动缓冲器。采用Abaqus /Explicit显示动力学建模模拟弹体滑离制动过程,分析两级制动缓冲器在弹体滑离制动过程中的大塑性变形特性,通过仿真结果得到冲击过程中的能量吸收情况、经缓冲后弹体受到的冲击应力以及冲击过程中缓冲介质的压缩行程,验证应用金属橡胶和泡沫铝材料的两级复合制动效果,为安全实验提供了理论指导。
CAE仿真在通信连接器EMC设计中的应用
本文结合电磁理论和连接器产品的技术特点,根据相关EMC标准及技术要求,从计算电磁学分析方法和CAE技术入手,采用电磁CAE仿真的技术途径实现对通信连接器产品EMC指标的正向设计与分析,通过EMC仿真设计及后续的试验验证,获得了较好的EMC仿真设计效果,从而为连接器等电子产品的EMC设计应用提供了一种基于CAE技术分析的专业设计路径和参考方法。
基于显式求解的覆盖件多螺栓装配 一步分析法仿真
传统的有限元仿真方法采用分析步法实现每颗螺栓的顺序装配,需分步设置,导致其前处理设置繁琐、计算成本高,难以实现多螺栓的装配仿真。为解决该问题,提出了一种在显式求解的一个分析步中设置各颗螺栓的顺序加载的一步分析方法,简化边界条件,使用螺母的环面压力代替螺栓预紧力,实现一步仿真多颗螺栓装配连接问题。基于此方法设计了正交试验,不仅优化了装配拧紧力,而且检验了优组合对装配变形的改善,可有效提高覆盖件装配的质量。
加速度对于筒弹自动抓取装置结构 强度影响分析
摘要 为分析多层刚柔耦合的筒弹抓取装置在进行筒弹抓取之后吊装过程中的结构强度,对筒弹吊装过程中的典型运动形式下的抓取装置进行结构强度仿真计算,包括横向加速运动和纵向加速运动。通过对不同运动形式下的筒弹自动抓取装置的结构强度分析,得出现有结构形式下该装置所能够承受的各类运动形式下的最大加速度大小,可为筒弹自动抓取装置控制策略的选取提供边界条件,对优化控制策略、估算吊装时间提供理论依据,对于优化筒弹自动吊装流程具有重要意义。同时,可为自动装填系统机械臂关节速度、电机功率选型提供依据。
某厢式货车蓄电池支架强度分析
厢式货车在遭遇刹车、路面颠簸等恶劣行驶条件时,蓄电池支架受蓄电池惯性作用会产生较大应力。本文针对某型号厢式货车,开展了不同恶劣行驶条件下的蓄电池支架强度分析。首先,基于前处理软件HyperMesh对蓄电池及蓄电池支架进行了几何清理和网格划分;其次,根据零件装配关系及实验获得的载荷数据,建立了连接、载荷及约束模型。最后,基于有限元求解器OptiStruct对不同行驶条件下的蓄电池支架应力进行了计算与分析。研究结果表明,厢式货车蓄电池支架在X方向1.5g、Y方向1.5g等五种外力冲击下,局部最大应力为86.1 MPa,小于材料的的50% UTS(163 MPa),设计满足强度要求。
应用于数字孪生平台的风电场尾流效应数值仿真研究
目前风电场使用的最大风能追踪策略仅考虑了单台风机,未考虑上游风机尾流区域产生的减速效应,使下游风机的出力受到影响,无法实现风电场效益最大化。传统计算流体力学仿真方法是将叶片模型进行全尺寸详细建模,这种计算方法被证明是非常耗时,并且不足以优化风电场的整体布局。本文使用致动盘模型代替风机转子,通过在纳维斯托克斯方程中添加动量源项进行尾流效应研究。首先,对不同叶尖速比下单风机尾流效应进行研究,通过与试验数据对比,验证了模型的准确性。其次,针对由三台风机组成的串列风机排布,在第一台风机偏航角改变的情况下,研究串列排布下风机的尾流效应。结果表明,偏航角为±20°时,串列风机的整体功率较无偏航情况增加了26%。此外,本研究将被应用于由远算科技有限公司开发的风电场发电效益智能优化数字孪生平台中,用于提升风电场的发电效益,实现风能的最大化利用。
工业APP在设备支承件安全性能分析中的应用
在工业数字化的解决方案中,基于数值仿真技术开发的工业APP在各工业行业的设计、生产、建造、运行和维护中发挥越来越重要的作用。工业 APP是为工业特定应用场景专门开发的一站式软件,正是承载工业知识和经验,满足特定需求的工业软件。作为一种实现工业数字化的优秀解决方案,工业APP是行业专业知识与互联网技术相结合的产物。本文主要介绍了关于工业上常见的两类设备支承件:吊耳结构与支架结构的工业APP开发和应用。开发的吊耳分析APP与支架分析APP能够按照应力有限元分析的流程,对设备支承件进行强度校核,满足相关的机械结构标准,为工业数字化转型和有限元仿真技术的应用提供了高效的解决方案。
基于code_saturne的水轮机流体特性和材料性能评估系统
水力发电凭借着机组启停灵活的特点,在电力系统中往往承担着调峰备用的任务。启停工况下,水轮机会受到较大的水力冲击和水压脉动,这使得水轮机处于不稳定的状态。空化现象也是水轮机造成振动的原因之一。水轮机的平稳运行是保证水电站安全运维的关键因素。本文结合任意拉格朗日欧拉方法和计算流体力学方法,输入流量、转轮转速、导叶开度等变化的工况参数,使用code_saturne对启停工况下水轮机进行瞬态流场仿真,获得内部流场状态和关键部件受到的水压冲击。基于流固耦合方法,获取流体在过流部件表面的水压分布,使用结构力学有限元方法对水轮机转轮进行材料性能分析,获取在启停工况下转轮的力学性能状态。同时,在水轮机稳态流场的基础上,引入空化模型,分析水轮机内部涡腔状态。基于仿真结果,结合三维展示技术,形成基于code_saturne的水轮机流体特性评估系统,帮助运维人员了解启停工况下水轮机内部流场状态、空化性能和过流部件变形情况。
基于自适基于自适应网格的电磁有限元仿真分析应网格的电磁有限元仿真分析
在电磁有限元仿真分析中,网格剖分是影响仿真精度和计算效率的关键技术之一。本文采用基于仿真后验误差的自适应网格方法,实现网格的自动剖分和自动优化。首先,基于初始网格进行电磁有限元仿真分析,根据第一步的仿真结果,计算后验误差。将后验误差作为网格优化的参考依据,在误差较大区域减小网格尺寸以提升仿真精度,在误差较小区域增大网格尺度以提升计算效率。最后,基于更新后的网格重新进行仿真计算,并通过迭代的方式迭代优化网格,直到后验误差收敛。该方法可以降低对仿真前处理的工作难度,且获得更加精确的仿真结果。
某车转向节台架实验断裂分析及优化
基于某车转向节转向臂台架疲劳试验断裂情况,对转向节转向臂分别进行线性、非线性强度仿真和疲劳仿真;得到转向臂强度、应变及疲劳寿命情况,确定转向臂结构薄弱位置,通过拓扑优化方式得到转向臂优化方向,并对优化数据进行疲劳仿真,仿真结果满足要求,对优化后数据试制样件,进行转向臂台架疲劳试验,试验结果满足要求。
汽车碰撞中低压线束系统仿真研究及工程应用
本文以乘用车低压线束系统为研究对象,总结了碰撞试验中低压线束系统常见失效形式,以此为依据,设计了低压线束系统关键部件的力学性能试验,通过分析试验数据,得出了线束绝缘皮壁厚与线束外径比值越大,线束抗挤压性能越好;线束变形对挤压速度的敏感度不高,线束在中低速挤压下的得到的力学性能参数同样适用于高速碰撞中;并提出了适用于碰撞分析的低压线束失效评价规则。依据试验数据标定低压线束系统仿真模型,引入Mooney-Rivlin本构模型和等效材料法,提出了适用于汽车碰撞分析的低压线束系统仿真方法;依据该方法建立某车型碰撞区域低压线束系统仿真模型,在仿真中复现了某车型在碰撞试验中发生的低压线束系统失效情况,解决了该车型因低压线束失效引起的车门不解锁问题,提升了整车安全性能。
异形厚壁管件成型仿真分析研究
管件弯曲成型是采用成型模具将锻造空心管件弯曲成设计角度,管材发生塑性大变形,变形率达40%甚至更高。直接弯曲管件,管件变形区会出现明显椭圆形。因此需要在管件中放置支承模,以改善管件椭圆度。本文介绍了应用弹塑性有限元法进行管件弯曲成型仿真研究的基本方法、过程和模拟分析计算结果,得到了成型的主要技术参数,对管件成型工艺提供了分析计算依据。
低气压下爆炸及其对薄壳结构作用的数值模拟
针对低气压条件下爆炸实验中尺寸受限、传感器难以布控的难题,需要评估不同环境压力下结构在爆炸载荷作用下的响应。利用自主研制的空中爆炸高精度大规模计算方法及ABAQUS二次开发压力加载方法,实现爆炸流场与壳体结构的流固双向耦合,对比了常压与低气压条件下爆炸载荷对壳体结构的作用过程。数值模拟结果表明,低气压(80Pa)条件下炸药爆炸后难以形成冲击波,爆炸后的能量均以爆轰产物形式向外传播,正压作用时间及冲量与常压(101kPa)条件下基本一致,两种环境压力条件下爆炸载荷加载到Q235钢质薄壳后的的壳体变形量、等效塑性应变、速度等物理量相似,发现了常压与低气压环境条件下壳体破坏模式基本相同,常压下的壳体内爆炸实验一定程度上可以代替低气压环境下的实验。
AEB对偏置碰假人运动姿态及损伤分布的影响研究
随着汽车主被动安全技术的发展,自动紧急制动系统(Autonomous Emergency Braking, AEB)在汽车上应用越来越广泛。本文采用有限元仿真手段,使用Thums V503版本主动式人体模型和约束系统台车模型构建了包括车辆AEB和正面50%重叠移动渐进变形壁障碰撞(Mobile Progressive Deformable Barrier, MPDB)试验的全过程仿真模型,研究了佩戴主动安全带与普通安全带的两种不同类型假人(Thums 50th(肌肉放松),Thums 50th(肌肉紧张))通过AEB降低10km/h车速的坐姿离位情况,基于多种离位坐姿计算了碰撞过程假人的各部位损伤评价指标,并针对乘员的离位姿态与正常姿态进行约束系统一体化仿真,实现了乘员在多种离位姿态下均满足C-NCAP乘员安全评价高性能值要求。
低压大口径单向闸阀的有限元分析 及结构优化
闸阀也叫闸板阀,是一种广泛使用的阀门,通常作为管路上的闭路装置,应用范围较广。本文建立了大口径单向闸阀的1/2模型,应用有限元分析(FEA)方法对低压大口径单向闸阀进行结构分析。在阀体外壳试验压力下对单向闸阀壳体进行计算,查看阀体及阀盖的变形量与应力值。通过对阀门内部圆弧的优化,有效的降低了阀门的应力值,保证阀门的最大应力不超过屈服极限,实现阀门结构的优化。并在密封实验压力下对单向闸阀整体进行计算,查看闸板的变形与应力状况,以及阀门的密封性。
基于流体压力渗透的石墨密封圈密封性能分析
本文建立了矩形石墨密封圈的有限元模型,采用施加轴向位移的方式仿真密封圈预紧过程,采用流体压力渗透加载方法模拟介质加压过程,分析了压缩率和介质压力对密封圈的影响规律,并与O形石墨密封圈进行对比,结果表明矩形圈较O形圈的接触面积大、接触压力均匀且压缩率小。在此基础上,为保证密封结构密封性能,建立了三道矩形石墨密封圈密封结构的二维轴对称模型,研究了密封结构不同压缩率、介质压力和密封圈间距对密封性能的影响规律。结果表明,压缩率与介质压力对密封性能影响较大,密封圈间距影响较小;随着介质压力的增大,主接触面的最大接触压力始终大于介质压力,表明三道矩形密封圈静密封结构具有良好的密封性能。本文结论可为静密封结构的理论计算与实际应用提供相关依据。
自主CFD软件高超声速飞行设备气动力、气动热计算数值分析
CAE技术是计算科学的载体。随着超级计算机的发展,以计算流体力学(CFD)为核心的多学科CAE技术在航空、航天、航海等复杂装备研制中发挥着重大关键作用。从2007年成立起,西安前沿动力致力于开发 多学科、多物理场、多尺度、多保真度、功能全面且界面友好的国产自主CAE平台。在高超声速飞行设备气动力/热计算方面,自主开发了CFD软件CHCFDLab,并在航空、航天等型号单位得到推广应用。本文介绍了CHCFDLab软件具备的功能,并结合相关算例介绍了其在飞行器气动力、气动热仿真方面的应用,以使相关行业人员对国内自主CFD软件有较为全面的了解,促进国产自主软件良性循环发展。
钛合金骨架铣削加工等效应力 预测分析及验证
在铣削加工过程中零件产生的等效应力对其质量及使用性能有较大的影响。为更好地研究及解决铣削加工过程中等效应力难以预测,后续质量控制的问题,基于金属塑性成形仿真软件DEFORM-3D进行了TA15材料零件的铣削加工及钛合金骨架的三维铣削加工模型仿真,设定刀具直径、主轴转速、进给速度、切削深度加工参数,对铣削加工过程中的等效应力进行了预测分析。结果表明零件表面与刀具接触的位置等效应力较大,其他位置等效应力呈离散状态向周围及内部扩散并逐渐减小。最后,采用钛合金骨架实际加工验证说明了仿真的正确性,为预测实际加工过程中的等效应力及进一步分析后续变形提供了理论依据。
研磨机搅拌机构流固耦合作用下的 变形研究
搅拌机构作为研磨机的关键部件,对研磨产品质量产生重要的影响。为分析搅拌机构在流固耦合作用下的变形特点,首先利用三维软件对搅拌机构进行建模,将模型导入workbench进行流体区域的划分,对模型添加相应的边界约束条件,进行流场分析。然后把得到的流体压力施加在搅拌结构上,进行流固耦合分析。结果得到机构产生的最大等效应力19.35Mpa,发生在螺旋盘的螺旋线附近。搅拌机构最大变形量为8.54e-7m,发生在螺旋盘叶片处。搅拌机构变形较小,产生的搅拌效果较好,对搅拌研磨行业有一定的借鉴意义。
动力总成悬置系统位置参数对悬置载荷影响研究
动力总成悬置系统作为车辆最为重要的部件之一,其对车辆的振动噪声性能影响重大。本文利用整车多体动力学模型研究了特征路面低频激励下,悬置位置的改变对后悬置载荷的影响。研究结果表明:悬置位置的改变的对载荷存在明显影响,低频激励下,动力总成悬置系统在7.4Hz、9.3Hz处发生共振,分别对应垂向振动模态振型、俯仰模态振型。相比前悬置,后悬置位置的改变对于降低后悬置伪损伤效果更好,为最大限度保证各速度级下后悬置的疲劳耐久性能,可将后悬置的布置位置远离动力总成质心75mm。
某车型板簧支架的多目标拓扑优化设计
板簧支架是连接车架与板簧的重要零部件,其结构的可靠性直接决定了车辆行驶过程中的安全性。本文基于SIMP变密度法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化模型,获得了满足静态刚度与动态频率要求的板簧支架拓扑结构。该结构满足强度要求,且实现了板簧支架结构的轻量化设计。
基于SVR的热变形钕铁硼应变预测与模型优化研究
有效应变作为热变形钕铁硼c轴取向的依赖因素,很大程度上受到热变形工艺参数的制约。基于此,利用Deform有限元仿真软件模拟了摩擦系数、冲头速度及下压率三种热变形工艺因素对磁体有效应变的影响。同时,为定量探究三种工艺参数与磁体有效应变的联系,搭建基于支持向量机(Support Vector Regression,SVR)的工艺参数-有效应变回归模型,并结合遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对惩罚因子C、损失函数e、以及核系数γ进行优化,以提升模型预测精度。结果表明SVR预测值和真实值拟合度较高,优化后的模型可决系数达到了0.9846,均方误差仅为0.00163,模型精度进一步提高,对实际工程中热变形磁体应变行为的研究与性能提升具有一定的意义。
齿轮感应淬火的多时间尺度电磁-热多物理耦合分析研究
感应加热淬火以其易控、节能、高效的优势被广泛应用于机械加工领域,是一项重要的热处理工艺,其低碳环保的特性符合我国提出的“双碳”战略。目前国内的感应加热设备较少借助于计算机辅助工程软件进行优化设计,设备的运行效率和制造成本还有进一步提升的空间。为了给感应加热设备的优化提供指导,本文基于自主开发的电磁及多物理仿真平台EMPbridge,考虑了感应加热过程中材料参数随温度的变化,对电磁-热多物理耦合问题进行了仿真分析。本问题中电磁场变化的时间周期(微秒级)远小于感应加热升温的时间(秒级),因此存在多时间尺度问题,若电磁、热均采用时域求解,且利用电磁场变化的时间步长进行时间离散,时间步数将过于庞大。本文采用频域、时域混合的仿真方法,在频域中求解电磁场得到涡流损耗,进而耦合到热场中作为热源对热场进行时域求解,相比于同时求解时域电磁和时域热问题,大幅降低了计算量,缩短了计算时间。此外,由于磁导率和电导率随温度变化,导致与其相关的涡流分布以及由涡流损耗引起的热场分布也随之变化成为双向耦合问题,本文详细阐述了此电磁-热双向耦合问题的计算流程。本文的仿真结果展示了感应加热参数与齿轮加热效果的关系,为工程实践和设备优化提供了指导。
15-5PH钢热处理的 数值和物理模拟分析
以15-5PH材料的大型不锈钢液钢锻件为研究对象,采用Deform-3D软件对锻件在不同介质(水冷、油冷和空冷)中的固溶冷却过程进行了模拟。根据锻件的热处理工艺和模拟冷却曲线,采用模拟热处理炉对15-5PH钢试块进行了固溶工艺的物理模拟,并在实验热处理炉中进行时效热处理。随后进行了室温拉伸、低温冲击(-46℃)、硬度和晶粒度实验。结果表明:模拟水冷的试料与同样采用水冷的锻件相比,抗拉强度、屈服强度和延伸率十分接近,断面收缩率和低温冲击值偏高,晶粒度仅相差半级,显微组织均为回火马氏体;随着冷速的降低,模拟油冷的试料强度和硬度值略微降低,但冲击性能提高,晶粒度更细,显微组织为回火马氏体;模拟空冷试料的显微组织形貌发生明显变化,马氏体板条弱化,部分区域形成相互连接的岛状组织,颗粒状析出相数量减少,并出现了铁素体组织,造成了屈服强度和冲击韧性急剧下降;整体来看,采用油冷固溶组织性能最好;对于大型不锈钢液钢锻件的热处理生产不可采用空冷固溶,结合淬火应力的考虑,固溶油冷是的最佳选择。
基于Unity3D的无人艇航行视景仿真技术研究
无人艇研制过程中需要大量训练与试验验证,而进行模型船或实船实验存在资源和时间成本高、存在未知的实验风险、恶劣航行环境使数据丢失等问题。针对这些问题,开展了面向无人艇航行的视景仿真系统研发,解决了以真实感水体模拟和渲染为核心的海上场景虚拟仿真、智能感知以及运动仿真等关键仿真技术难点,自主完成了无人艇动力学方程、运动学方程的设计与实现。通过无人艇航行试验,验证了该仿真系统具有较好的实用性和逼真度,可以提高无人艇航行智能模块研制效率,降低试验成本和风险,缩短无人艇训练和试验周期。
基于抗侧倾性能的跨坐式单轨车辆水平轮组结构优化
在调研现有跨坐式水平轮组现有结构的基础上,分析了现有跨坐式单轨车辆抗侧倾能力的变化规律。从提高抗侧倾能力的角度,优化了辅助轮与轨道梁的间隙和辅助轮刚度。仿真分析了水平轮组优化后的跨坐式单轨车辆动力学性能。结果表明,水平轮组结构优化后,在较大侧倾角范围内提高了跨坐式单轨车辆的抗侧倾能力。
基于有限元仿真技术的蓄电池支架螺栓松动问题解决探索
为解决某车型蓄电池支架螺栓松动的问题,首先针对结构特点进行分析,由于布置的原因,整体蓄电池总成为悬臂结构,该结构型式在使用过程中容易产生共振问题。基于实际的载荷谱,对整体白车身进行载荷迭代获得白车身连接点的载荷谱作为下一步的输入。利用有限元仿真技术,基于模态分析结果对全内饰车身模型进行时域响应分析,获得蓄电池支架螺栓连接位置的内力响应谱。利用螺栓预紧力公式,得到螺栓轴向力和径向力的关系式,将蓄电池支架螺栓连接位置内力响应谱进行分解,查看每一采样数据上比较螺栓径向力与轴向力与摩擦系数的乘积之间的大小关系并以此判断该采样数据的“螺栓窜动”情况,并拓展到整个载荷谱时间历程进行统计。得到的统计结果,横展到相似结构且未出现类似问题的车型中进行对比评价。同时,提出不同方向的改进方案,验证并查看改进效果。最终采纳并实施改进方案解决了该问题,说明该方法的探索对解决此类问题的有效性。
基于参数化的某驾驶室轻量化研究
本文以某商用车驾驶室为研究对象,以驾驶室结构的板件厚度、形状、位置为设计变量,建立了包含120个变量的驾驶室参数化模型,综合考虑驾驶室弯扭刚度、弯扭模态等性能,以驾驶室的重量最小为目标,开展了多学科分析及轻量化工作,实现驾驶室刚度和模态性能均有提升的同时,重量减少16.4%。
基于Fluent的管式预热器流场模拟仿真
高炉喷吹技术是将磨细煤粉直接喷入高炉,以替代资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭。喷入高炉的煤粉与高温热风相遇,存在一个加热至着火的过程,煤粉温度越高越有利于煤粉的完全燃烧。如何提高煤粉在风口前的温度,成为喷煤比进一步提高的关键。基于FLUENT软件,对高炉喷吹煤粉管式预冷器系统进行数值模拟计算,研究了其流速场、压力场和温度场的分布规律。研究结果可为喷吹煤粉预热系统的结构设计、工艺参数优化改进提供理论依据。
排气吊耳排布对汽车加速轰鸣的影响
为解决发动机轰鸣问题,运用有限元计算整车全油门加速工况,找出轰鸣问题的关键路径为排气二阶消声器吊耳。然后计算排气系统的平均驱动自由度位移(ADDOFD),优化吊耳排布位置,优化结果为二阶消声器吊耳沿整车坐标系X向移动80mm,从而降低排气系统传递到车身的力。并计算优化排气吊耳位置后的排气系统模态,确保其与发动机及车身特定模态避频。平均驱动自由度位移,即一定频率范围内,所有阶次模态位移的叠加,取其最小值所在位置布置排气吊耳相当于将吊耳布置在震动最小的位置,因而排气系统传递到车身的作用力也最小,从而解决汽车加速轰鸣问题。结果显示,更换新的排气吊耳位置后,加速轰鸣在全频段呈下降趋势,其中1500~1700Hz下降约2dB,在2000~5000Hz频段下降约2.5dB,在加速轰鸣频率2800Hz下降了4.8dB。
Simdroid在大型LNG储罐外罐系统中的应用
有限元分析对大型LNG的设计建造至关重要,大多数行业用户采用国外大型商软进行分析计算并积累了较多经验,但基于国产自主分析软件的应用案例很少。本文作者所在技术团队在多年LNG储罐仿真分析经验的基础上,采用北京云道智造科技有限公司的国产自主有限元软件Simdroid,针对某22万方大型LNG全容储罐建立了外罐系统有限元模型,并选取外罐设计分析中的风载、雪载、地震反应谱三种典型载荷进行了分析计算,结果分析表明Simdroid软件的计算结果与工程经验相符,并与国外大型商软的结果基本吻合,表明了国产自主软件Simdroid在大型LNG储罐分析中具有实际应用价值。
国产电子散热仿真分析软件Simetherm
北京云道智造科技有限公司基于计算流体力学方法,开发了一款针对电子器件和设备的专用热仿真软件Simetherm。该软件具备多尺度、多功能、多领域的散热仿真能力;包含大量的电子产品专用零部件模型库,可以进行快捷建模;可极速剖分高质量的六面体网格,支持数亿量级网格单元数量;算法结合最优的数值离散方法与经验公式进行稳定求解,准确高效;具备可视化后处理,支持分部件统计、云图、矢量图、流线图、动画等多种功能,可协助工程师进一步优化热设计方案。在算法方面,该软件基于非结构笛卡尔网格,利用有限体积方法对方程进行离散。采用SIMPLE类方法对压力和速度进行耦合求解,支持分离式(segregate)和耦合式(couple)两种求解方法;实践表明采用合适的迭代方法求解压力-速度隐式耦合方程可在鲁棒性和收敛性上显著优于分离式方法。对能量方程离散则采用矩阵层面的耦合,即将流体域和固体域的能量方程组装为一个稀疏矩阵进行统一求解,以提高方程收敛速度。在建模方面, Simetherm以“Flex Part”为基础模块,支持用户通过“搭积木” 的方式快速建立电子系统的热分析模型。目前软件内置20余种电子产品专用零部件模型库,包括风扇、空调、阻尼、PCB、散热器等,可成熟应用在通讯制造业、电子元件制造业、军工以及航空航天等工业中。