基于数值模拟的拔伸成形工艺分析与优化

变薄拔伸是厚壁深筒件生产的关键工序,成形难度大.针对现行的拔伸成形工艺,为改善成形稳定性、提高成形质量、延长模具寿命,通过采用刚粘塑性有限元法,根据不同参数和条件,在计算机上对拔伸工艺进行数值模拟分析,分别讨论了拔伸模圈道数、变形量分配、模圈间距及入模角等因素对拔伸成形过程的影响,进而提出了"多模短距长拔"、变形量依次递减和较小入模角等优化措施.这样既减少了大量现场试验,又达到了工艺优化的目的.     

照门座金属粉末注射成形数值模拟及试验研究

针对照门座零件进行注射成形数值模拟研究并验证模拟结果和进行实际生产,得到了符合产品质量要求的零件。照门座零件的数值模拟过程包括产品网格划分、确定浇口位置、设计冷却水路等。喂料注射过程模拟研究涉及流动波前、翘曲变形。当注射温度为190℃,注射压力为28 MPa,浇口流率为20 cc/s时,数值模拟结果最佳。根据模拟结果进行模具设计与制造,得到烧结后的零件硬度达到21～23HRC,产品的尺寸偏差在公差范围(±0.06%)之内,且零件的相对密度为96.9%。     

带壳体云爆弹药液体燃料抛撒的数值模拟

建立了带壳体云爆弹药数值模拟模型,分析了圆柱壳体的断裂准则。壳体材料采用Johnson-Cook热粘性本构方程,断裂准则采用Taylor断裂应力准则,应用Autodyn软件进行了数值模拟,给出了内部爆炸载荷下液体燃料的压力曲线和速度曲线,并进行了分析。     

装备封存快速除湿过程数值模拟

为了解决快速除湿和准确控制动态除湿过程等问题,以某型装甲步兵战车的封存除湿过程为例,将CFD（Computational Fluid Dynamics）仿真技术引入装甲装备封存技术中。针对装甲装备封存的技术要求,建立了某型装备的简化物理模型,以FLUENT为数值模拟平台,对2种不同进风方式下的封存除湿过程进行了数值模拟,得出装备内部流场及相对湿度的变化规律等详细流场信息。最后,通过分析提出了封存除湿过程的最优通风方式和除湿监测的最佳位置。     

钢质管道挤压变形过程数值模拟

基于对钢质输油管道挤压变形原理的分析,建立上下刀具加载作用下钢质输油管道挤压变形模型,采用扩展拉格朗日方法求解三维接触挤压问题,完成20号无缝钢挤压变形过程的数值模拟。将模拟试验数据与前人实际试验数据进行对比与验证,模拟结果与实际试验结果吻合。该模型可以用于模拟不同规格管道挤压变形情况,得到管道挤压变形的位移、载荷和应力分布规律,为管道应急抢修提供理论和实践依据。     

旋转燃烧室雾化燃烧过程的数值模拟

针对燃烧室在设计过程中的纯经验状态,在建立了燃烧室物理数学模型的基础上,利用Fluent软件对旋转燃烧室单组元喷雾燃烧过程在不同转速下分别进行仿真模拟,湍流模型采用标准双方程模型,燃烧模型采用涡耗散(ED)模型,辐射模型选用p-1模型,液滴通过离散项模型来定义.通过模拟,得到了合理的气相的速度场、温度场、浓度场,为燃烧室的结构优化提供了必要的依据,从而缩小了燃烧室体积,增强了燃烧室性能.     

助推器分离过程动态流场数值模拟

利用三维N-S方程,采用NND2M有限差分格式作为数值离散方法,对助推器与上面级分离过程的动态流场进行了数值模拟,分析了反作用推力火箭发动机的喷流对上面级弹体底部轴向作用力的影响。根据计算得到的变化规律发现,在分离距离较小的情况下,反推火箭喷流对上面级弹体的干扰作用明显,产生较大轴向作用力,对于上面级飞行稳定性有影响。     

非淹没高速水射流喷嘴内外流场数值模拟

将紊流K－ε模型和多流体模型结合,建立了适合于描述非淹没高速水射流喷嘴内外流场特性的数学模型,构造了可靠的算法,并进行了大量的模拟计算。计算的射流液体区长度与实验数据吻合较好,同时探讨了锥角等对锥形喷嘴射流流场的影响,指出了改进锥形喷嘴射流特性的途径及简单锥形喷嘴的不足。本研究方法可以用于其他形状喷嘴的非淹没高速水射流特性的数值模拟。     

油罐油气惰化置换过程数值模拟研究

基于对油罐惰气置换原理的分析,建立了油气惰化置换过程的紊流模型,采用压力和速度耦合场的PISO算法,完成了油罐惰气置换过程的数值模拟研究。用原型实验数据对模型进行了验证,经验证对比表明模型与实验结果吻合较好。进一步研究表明,对于3 000 m^3的油罐,约整个置换过程的前9 600 s,罐内气体处于爆炸燃烧范围,置换约9 600 s后油罐已处于安全状态;＂置换死角＂出现在靠近燃惰气进口两侧的中央偏下位置;罐内各气体组分除在靠近燃惰气进口一侧的较小空间内对流扩散速度较大外,其他大部分位置各气体组分对流扩散速度较小。这些结论将为油气惰化置换过程的进一步优化提供一定的参考依据。     

爆炸物导线切割器剪切过程数值模拟

针对排爆作业中手工剪除非制式爆炸物导线的危险性、复杂性,提出利用火药力推动环氧酚醛树脂绝缘材质刀体进行剪切爆炸物导线的方法,建立切割器的有限元模型,分析了主动刀在不同夹角、不同切割速度下的剪切能力.数值模拟和实验结果表明:所设计的爆炸物导线切割器可以满足排爆作业过程中的剪切任务,具有操作简单、使用安全、切割可靠等优点.     

高速弹体侵彻冰材料过程数值模拟研究

通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对高速弹体侵彻冰体过程进行数值模拟.研究了正侵彻、斜侵彻及速度变化对弹体侵彻冰体的毁伤效能影响,获得了弹体和冰体在相互作用的过程中的动态响应特性曲线.     

双转子活塞发动机工作过程的数值模拟

双转子活塞发动机是一种新型的差速式转子发动机,与传统发动机相比较具有很多优点,如不需要复杂的阀门装置,而且功率密度更高等。为了分析和研究双转子活塞发动机的运行特性,针对该发动机工作循环的热力学过程建立了其零维模型,确定了主要的边界条件,运用Matlab/simulink进行了数值模拟。对应不同的主轴转角,计算出气缸内工质的质量值、压力值和温度值。基于算得的压力值,求取了该发动机的平均指示压力和功重比等参数,与传统发动机相比较,双转子活塞发动机气缸工作容积的利用程度更大,整体结构更加紧凑。     

复杂条件下岩质边坡施工过程数值模拟

为研究基坑开挖时的变形、稳定性及对坡顶建筑物的影响,以实际工程为例,运用数值模拟分析方法,对含有软弱夹层的顺层岩质基坑边坡在直立开挖与支护过程中的位移场、应力场及对坡顶建筑物影响进行了动态模拟分析。研究结果表明:开挖过程中,岩体卸荷引起变形,支护结构可以限制变形的发展,开挖面处岩体失去原有限制发生卸荷回弹,使得边坡顶部和靠近开挖面处出现拉应力集中区,层状岩体的软弱夹层处会产生较大的剪应力,并随着开挖加深而增大;开挖后边坡顶部已建挡墙附近应力消散,坡顶产生不均匀沉降。     

径向载荷作用下管道挤压变形过程数值模拟

野外埋地敷设的长距离输油管道发生断裂等较大事故时,采用管道局部挤压的方式可以在较短时间内将管道快速压扁以截断流油。为设计管道挤压截流装置,运用ANSYS Workbench建立上下压头加载作用下管道挤压的有限元模型,完成对ф159 mm×5 mm的45号钢挤压变形模拟仿真,得到管道挤压的等效应力、位移分布、变形范围和载荷-位移曲线等。将模拟数据与实验数据进行对比,两者结果比较吻合,可以为管道泄漏抢修提供理论和实践参考。     

焊接工艺对GMAW堆焊焊缝区温度场影响的数值模拟

为了探索焊接工艺对熔化极气体保护堆焊快速成形零件组织性能的影响,根据材料热物理性能参数以及相变潜热与温度的非线性关系,建立了熔化极气体保护堆焊成形过程的数学模型和有限元模型,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现了高斯移动热源载荷下的熔化极气体保护堆焊成形温度场计算,分析对比了不同焊接工艺对焊缝区温度场热循环的影响。结果表明：在其他因素一定的条件下,热输入和焊接速度对焊缝区热循环影响显著,而基板厚度对其影响较小;选择厚度约为16mm的基板,采用小于120×20J的热输入和大于10mm／s的焊接速度有望成形出性能优良的零件。