二维网格局部动态细化的关键技术及其在切削仿真中的应用

为了解决仿真过程中网格畸变导致的计算终止以及计算精度与效率低等问题,本文利用Python对ABAQUS有限元仿真软件进行了二次开发,提出一种二维局部网格动态细化算法。该算法通过研究网格细化准则和细化方法以及物理场的传递过程,完成了整个算法程序的开发,并应用该算法实现了在二维切削仿真中局部网格动态细化。与全局加密网格的模型相比,在保证仿真精度误差为5%以内的情况下,采用局部网格动态细化时计算效率提高了210%。最后,通过试验验证了采用该算法所建立的二维切削仿真模型的准确性,仿真结果与试验结果基本吻合。     

基于VUMAT的三维裂纹动态扩展有限元模拟

文章基于ABAQUS/EXPLICIT平台的VUMAT接口,直接对材料积分点添加自定义本构方程和失效准则,开发了三维裂纹动态扩展子程序.在网格适当加密的情况下就能完成三维裂纹动态扩展模拟.在加载策略上选用适应性较强的增量法,直接在软件中通过增量步控制求解过程和收敛性,计算结果与试验结果一致.本文方法基于商业有限元软件ABAQUS,仅对材料本构方程和积分点失效进行编码,无需调整和重新划分网格,操作简单,计算效率高,适合推广到复杂的本构关系和大型工程模型.     

围绕旋翼飞行器的三维结构化运动嵌套网格生成方法

考虑到旋翼飞行器的旋翼各种运动和机身复杂外形特点,建立了一种鲁棒性高的三维结构化嵌套网格生成方法。采用三维Poisson方程对初始网格进行迭代,获得了高质量的旋翼桨叶三维结构化网格。以此方法为基础,以复杂外形几何体表面网格为初始网格,建立了一种抛物型法向外推方法。推进过程中,使用经抛物化处理的新Poisson方程进行光顺迭代,源项由Hilgenstock法确定,有效克服了椭圆型方程生成网格时边界点较难调整的困难。通过网格最小正交度的检测,表明了该抛物型方法的先进性。进一步将高效的挖洞法("Top map"法)和贡献单元搜寻法("Inverse map"法)引入上述三维结构化网格生成中,建立了围绕旋翼飞行器的运动嵌套网格生成方法,采用RANS方程分别对Caradonna-Tung旋翼和V-22倾转旋翼机流场进行计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算,表明该网格生成方法能够满足CFD计算的需求。     

无阻尼杆式栅格翼展开冲击影响因素研究

采用实验加仿真的方法研究无阻尼杆式栅格翼展开冲击影响因素。通过无阻尼杆式栅格翼地面展开冲击试验,基于ABAQUS建立栅格翼展开冲击模型,与实验结果对比验证了模型的正确性,然后基于该模型分别从展开到位角速度、箭体轴向过载、铰链阻力和气动力四个方面,研究栅格翼展开冲击的影响因素,结果显示展开到位角速度和铰链阻尼对冲击影响较大,为工程设计提供参考。     

基于ANSYS的齿根应力和齿面变形的合理分析

根据齿轮啮合原理,准确求出复杂的齿廓曲线;采用MATALB—APDL混合建模方法,创建精确的齿轮有限元模型。在不同网格密度等级下,分别对齿轮的齿面变形、齿根应力分布进行分析。对照经验公式的计算结果,得出如下结论：在齿轮数值模拟中,由于有限元软件计算中舍入误差的存在,网格划分合理与否将直接影响仿真程度的高低;网格密度等级对齿面最大变形的仿真结果有较大影响,而对齿根应力影响甚微。     

基于Virtual.Lab的燃油泵调节器结构的模态分析

在燃油泵调节器模态分析过程中,高集成装配体的模型简化和以螺钉连接为主的多种连接方式的有限元建模对分析结果的影响是一个难点。本文从实际工程应用角度出发,提出了关键子结构验证结合整体有限元建模的模态分析方法。首先,根据燃油泵调节器的结构特点对模型进行简化和网格处理;然后,开展了关键子结构壳体模态的仿真分析和实验测试,并在Virtual.Lab软件中对螺钉、密封圈、弹簧、紧配合和滑动配合等进行了连接方式的建模探索和多类型设置,解决了不同单元类型网格的过渡问题;在确保关键子结构有限元模型精度的前提下,最后开展了整体的有限元建模与模态特性研究,通过与实验结果的对比验证了仿真方法的可行性。结果表明:关键子结构法在处理复杂中小型结构装备的有限元分析上效果较佳,复杂结构有限元模型的连接处理方式不宜过多,否则求解不易收敛。多点约束法(Multipoint constraint method,MPC)能够高效处理非协调网格的过渡,适用小位移或变形的模型。     

长桁与蒙皮脱粘对复合材料加筋板承载能力影响分析

复合材料结构在制造和使用过程中,难免产生分层损伤,这些损伤都会在不同程度上影响结构的承载能力。针对复合材料加筋板,采用有限元动态显式分析方法,分析长桁与蒙皮脱粘面积对加筋壁板结构屈曲和后屈曲承载能力的影响。在ABAQUS商业化有限元分析软件及其二次开发平台上,利用用户自定义材料(VUMAT)的方法对材料性能进行连续衰减,实现加筋板轴压载荷作用下的渐进式失效分析。建立了脱粘面积与结构承载能力之间的关系,研究结果可为合理制定复合材料构件缺陷验收标准和结构修理容限提供分析依据。     

阀门金属平膜片工作应力分析

基于有限元分析软件ABAQUS/Standard建立某保险阀中关键零件平膜片的3D模型,对平膜片在不同运动行程、厚度和安装预偏工况下的应力状态进行了分析,得出影响平膜片应力的主要因素,为阀门产品中平膜片的设计提供了理论指导。     

钢骨-方钢管再生混凝土组合长柱轴压性能模拟分析

为研究钢骨-方钢管再生混凝土组合长柱的轴压性能,本文使用ABAQUS软件建立了 18个组合长柱有限元模型,分析了典型试件的荷载柱中挠度关系曲线、应力分布和破坏形态.考虑长细比、取代率、钢管厚度、再生混凝土强度、配骨率对组合长柱轴压力学性能的影响,同时利用回归分析得到组合长柱的实用承载力计算公式.结果表明:再生混凝土取代...     

输电线碾压除冰的有限元仿真

输电线覆冰是影响电网安全的重要因素之一。机械式除冰是治理导线覆冰的重要方法,具有安全性高、费用低的特点。通过推导冰的本构方程的增量式,编写了用于ABAQUS仿真的VUMAT程序,并建立了碾压除冰的有限元模型。运用有限元模型,研究了覆冰温度、覆冰厚度、导线直径以及除冰轮尺寸对除冰效果的影响。     

三维网格动态细化技术在切削仿真中的应用

为解决切削加工有限元仿真模型求解速度与精度难以平衡的问题,提出了一种适用于三维有限元模型的网格动态细化算法。该算法的主要功能包括网格细化区域判断、网格细化以及新旧网格物理场传递。采用Python语言对Abaqus软件进行二次开发,将该算法应用于Ti2AlNb钛合金车削加工仿真之中,并最终通过实验验证了仿真模型的准确性。与采用局部网格细化的仿真模型计算结果对比,采用网格动态细化技术的仿真模型求解切削力误差增加了7.3%,求解最大应力误差增加0.2%,求解速度提升174.2%。实现了在保证仿真计算精度的基础上,有效提高运算速度。     

星箭耦合系统多状态模型修正技术研究

在大型、复杂航天飞行器研制过程中,有限元分析发挥了重要作用。由于在建立有限元模型时进行了简化导致有限元模型不能真实的反映真实结构的特征。为了精确预示结构动态响应,需进行模型修正。针对全箭有限元模型修正特点,提出了多状态模型修正方法,并编制了相应的计算软件MPMU1.0。最后对某缩比模型进行了模态试验和模型修正,验证了方法的有效性。     

含间隙太阳翼展开过程碰撞动力学研究

为了研究含铰间间隙太阳翼展开过程碰撞动力学特性,采用非线性等效弹簧阻尼模型建立了铰间间隙的接触碰撞模型,并采用Coulomb摩擦模型考虑铰间间隙处的摩擦作用,将其嵌入到ADAMS多体系统动力学分析软件中,对一单翼小卫星太阳翼展开过程进行了动力学仿真,详细地研究了含间隙太阳翼展开过程中间隙引起的碰撞力的变化规律,包括间隙大小、展开速度以及间隙摩擦对太阳翼展开过程碰撞力的影响.研究结果对航天器在轨运行姿态、干扰因素和动力学特性有重要的参考价值.     

水泥稳定碎石早期收缩应变有限元分析

为了得出水泥稳定碎石基层早期温度场以及收缩应变的变化规律,借助ABAQUS有限元软件,对水泥稳定碎石基层结构建立三维有限元模型,并与某已建公路试验路段的测量数据对比,确定模型的可靠性。结果表明:水泥稳定碎石收缩应变在7d后基本与温度负相关,温度降低,收缩应变增加;水泥稳定碎石基层厚度的变化对基层温度场和收缩应变的影响较大;基层层顶与层底的温度差随着厚度的增加逐渐增大;基层内的平均收缩应变随着厚度的增加逐渐减小。     

含面芯脱粘边缘闭合蜂窝壁板压缩稳定性研究

基于有限元软件ABAQUS,分别建立了无损伤和含板芯脱粘缺陷的边缘闭合蜂窝壁板的三维有限元模型。利用3种建模方法对比研究了边缘闭合蜂窝壁板在压缩载荷作用下的屈曲载荷规律和失稳模式。采用夹芯板理论将蜂窝芯等效为正交各向异性结构,板芯之间的胶层使用cohesive单元进行模拟。研究结果表明:随着脱粘尺寸的增加,蜂窝壁板的屈曲载荷呈现下降趋势;当30 mm≤D≤80 mm时结构由混合屈曲过渡到局部屈曲;两种等效模型发生局部屈曲后,无论是结构的屈曲载荷规律和屈曲载荷值还是失稳模式,均近似接近原始模型结果。     

圆柱壳板非线性屈曲的分叉解

采用商用有限元分析软件MSC/Nastran,对两直边铰支、其余两边自由的各向同性圆柱壳板中心受横向集中载荷下的非线性屈曲和后屈曲过程进行了分析,简单地采用了不对称网格技术就可获得该基准问题的分叉屈曲解,计算得到分叉屈曲解的极限载荷比基准解极限载荷小10%左右。对采用了多种不对称网格划分得到的模型进行了分析,以研究不同网格划分对最终结果的影响。结果表明,虽然不对称网格技术十分简单,但是也有一定的局限性,文中给出了能得到分叉屈曲解的网格划分方法,还分析了类似的复合材料圆柱壳板问题。研究结果表明,即使采用对称网格划分也能够得到该问题的分叉屈曲解,并阐述了其原因。     

轴对称锻件成形过程的热力耦合有限元分析技术的研究

锻件成形过程中,非稳态、不均匀的温度场对金属的塑性流动有很大的影响，尤其是高温成形过程。本文对轴对称段件成形过程的热力耦合有限元分析技术进行了研究。论述了刚塑性有限元分析方法，建立了热力耦合分析模型，开发了轴对称锻件成形过程的热力耦合有限元分析软件。通过将圆柱体镦粗过程的模拟结果与有关文献中的实验结果和模拟结果的比较，说明了该方法和软件的正确性。     

复合材料壁板筋条斜削区失效分析

研究了复合材料加筋板筋条斜削区的失效过程并预测了结构的承载能力.利用非线性有限元软件ABAQUS粘接单元模拟筋条与蒙皮的脱层界面.分别使用三维体单元和连续壳单元进行数值模拟计算.采用强度与能量准则预测脱层扩展与结构的失效载荷.计算结果与实验数据比较表明,本文建立的基于粘接单元的分析模型可以很好地模拟筋条斜削区的脱层扩展过程.在此基础上,对不同斜削长度对结构承载能力的影响进行了参数分析.结果表明,增加筋条斜削区长度可以延缓脱层的起始.     

某飞行器三角翼动力学有限元模型与试验数据相关分析原理及实现

试验数据和有限元数据相关分析修改有限元模型是工程界不断追求的技术,以解决模型简化存在的误差问题。目前存在着频率、振型、频响函数相关的几种方法,本文对试验数据和有限元分析数据相关的理论方法进行简要介绍,对CAE Calibrator软件的使用方法也进行了说明。并进行了某飞行器机翼的有限元模态计算和模态试验,着重用CAE Calibrator软件进行有限元分析模型与试验数据(频率和振型)相关性分析,修改了有限元模型,修改的设计变量合理,修改后的计算结果与试验结果(频率、振型)符合很好。     

细观力学法预测单向复合材料的有效热膨胀系数

基于细观力学方法建立了两种预测单向复合材料的热膨胀系数的方法.以单向复合材料为研究对象,从理论上推导了单向复合材料的热膨胀系数公式,并运用通用有限元软件Msc.PATRAN/NAST RAN建立RVE模型,模拟热传导过程进行有限元计算.两种方法计算的结果与实验均有较好的一致性.