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流体-结构耦合问题的有限元并行计算研究 被引量:8
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作者 李政 金先龙 亓文果 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期727-732,共6页
流体-结构耦合问题广泛存在于各种工程领域,本文采用ALE显式有限元法求解该类问题,并对该方法的并行性进行讨论。同时根据流体-结构耦合问题与ALE显式有限元的计算特点,在坐标递归分区方法的基础上设计并程序实现了基于流体-结构耦合均... 流体-结构耦合问题广泛存在于各种工程领域,本文采用ALE显式有限元法求解该类问题,并对该方法的并行性进行讨论。同时根据流体-结构耦合问题与ALE显式有限元的计算特点,在坐标递归分区方法的基础上设计并程序实现了基于流体-结构耦合均衡的分区算法。通过与坐标递归分区方法的计算结果相比较,对于流体-结构耦合问题的求解,耦合均衡并行分区方法具有更好的加速比和并行效率。 展开更多
关键词 流体-结构耦合 ALE有限元 显式计算 并行计算 区域分解
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月面手动插旗过程的离散元-有限元耦合分析
2
作者 梁绍敏 冯云田 王志华 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期666-673,688,共9页
在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化... 在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化设计以提高其稳固性;最后,提出三种不同的插旗方式并讨论不同插旗方式下旗杆的动力特性.研究结果表明,离散元G有限元耦合算法对月面插旗过程的模拟是有效的;底部尖锐度及稳定支架开叉角度的合理设计有利于增大旗杆的入壤深度和旗杆的稳固性;增大直接插入法中轴向力、提高敲击插入法中敲击力和敲击频率均可以增加旗杆的入壤深度;旋转插入法中旋转速度和旋转频率对插入过程影响较小.以上研究可为月面手动插旗提供有效的方案和理论参考. 展开更多
关键词 旗杆结构设计 插旗方式 入壤深度 稳固性分析 离散-有限元耦合算法
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流-固耦合问题边界元-有限元耦合方法分析 被引量:1
3
作者 张效松 叶天麒 《石家庄铁道学院学报》 2000年第2期6-9,共4页
利用边界元 -有限元耦合方法对流 -固耦合振动问题进行了分析 ,假设流体控制方程为 L aplace方程 ,利用非连续边界元对流体域进行离散 ,从而有效地解决了边界元分析中的“角点效应”问题。固体以平面梁为模型 ,采用有限元进行离散 ,对... 利用边界元 -有限元耦合方法对流 -固耦合振动问题进行了分析 ,假设流体控制方程为 L aplace方程 ,利用非连续边界元对流体域进行离散 ,从而有效地解决了边界元分析中的“角点效应”问题。固体以平面梁为模型 ,采用有限元进行离散 ,对非连续边界元和有限元的耦合问题进行了分析 ,通过对悬臂梁在一侧受液体作用时的瞬态响应分析的数值解同解析解的比较 ,表明了本文所给方法的有效性 ,同时为利用边界元 -有限元耦合方法对流 展开更多
关键词 -有限元耦合 -耦合 非连续
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航天器结构声振耦合问题的有限元-边界元方法数值仿真研究 被引量:3
4
作者 冯金龙 王宏宏 +2 位作者 赵营 王一楠 杜骊刚 《装备环境工程》 CAS 2018年第11期37-43,共7页
针对高超声速、结构轻量化带来的航天器复杂结构声振耦合动力学环境难以精准预示问题,提出一种基于有限元-边界元(FEM-BEM)方法的声振耦合问题数值仿真方法。分析国内外求解声振耦合问题的主要数值仿真方法,从影响航天器性能设计的低中... 针对高超声速、结构轻量化带来的航天器复杂结构声振耦合动力学环境难以精准预示问题,提出一种基于有限元-边界元(FEM-BEM)方法的声振耦合问题数值仿真方法。分析国内外求解声振耦合问题的主要数值仿真方法,从影响航天器性能设计的低中频声振耦合动力学特性入手,采用有限元-边界元方法,以航天器典型结构截锥壳为研究对象,开展混响噪声作用下的声振耦合研究。建立了声振耦合模型,获得了主体结构、主要支撑结构及设备的声振耦合响应。提出的数值仿真方法和仿真分析过程,为航天器声振耦合分析提供了理论基础和仿真手段。 展开更多
关键词 航天器 声振耦合 数值仿真 有限元-方法
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基于薄片有限元-无限元耦合模型的地铁列车振动环境影响分析 被引量:14
5
作者 马龙祥 刘维宁 +1 位作者 蒋雅君 晏启祥 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第15期111-117,共7页
鉴于地铁运营引发隧道及地层沿线路纵向的振动水平及特性不甚明确,应用薄片有限元-无限元耦合模型对地铁列车运营引发隧道基底、隧道壁及地表在垂直于线路的水平方向、铅垂方向及线路纵向三个方向上的振动响应进行高精度分析及比较。分... 鉴于地铁运营引发隧道及地层沿线路纵向的振动水平及特性不甚明确,应用薄片有限元-无限元耦合模型对地铁列车运营引发隧道基底、隧道壁及地表在垂直于线路的水平方向、铅垂方向及线路纵向三个方向上的振动响应进行高精度分析及比较。分析结果表明:(1)地铁列车运营引发横向、垂向及纵向三个方向6 Hz以下的低频振动在地表均衰减得极其缓慢,且地表三个方向的振动速度、加速度响应具有相似的频率成分;(2)列车运营引起隧道壁的纵向振动响应在1~100 Hz频段内较小,在该频段内的大部分频率点处,其响应甚至小于地表的纵向振动响应;(3)在隧道基底及隧道壁,由列车运营引发的纵向振动响应在1~100 Hz频段以内显著小于由其引发的垂向振动响应,但在地表,由列车运营引发的纵向振动响应具有同横向、垂向响应相当的量值。 展开更多
关键词 地铁振动 环境响应 纵向振动响应 数值模拟 薄片有限元-无耦合模型
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基于2.5维有限元-边界元分析轨道随机不平顺影响下的铁路地基振动 被引量:10
6
作者 冯青松 雷晓燕 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第23期13-19,共7页
建立了完善的2.5维有限元-边界元耦合模型分析移动谐荷载作用下钢轨、扣件、轨枕、道砟、路基和地基等各部分的振动响应;利用既有的车辆-轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型得到轨道谐波高低不平顺引起的垂向动态轮轨力;在此基础上... 建立了完善的2.5维有限元-边界元耦合模型分析移动谐荷载作用下钢轨、扣件、轨枕、道砟、路基和地基等各部分的振动响应;利用既有的车辆-轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型得到轨道谐波高低不平顺引起的垂向动态轮轨力;在此基础上,结合轨道随机不平顺功率谱密度,提出了列车运行引起的地基振动功率谱计算方法。对比分析了地基表面测点垂向振动加速度级的理论计算与现场实测结果,证明了该模型的合理性。模型能有效地分析具有复杂横截面形状的轨道-路基-地基系统的振动响应以及多种轨道、地基减振隔振措施的影响,且具有较高的计算效率,适用于铁路线路设计阶段的方案比较研究。 展开更多
关键词 2.5维有限元- 轨道随机不平顺 车辆-轨道-路基-地基耦合系统 地基振动 功率谱
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饱和地基轴对称竖向振动有限元-无限元耦合解 被引量:1
7
作者 王国才 宋春雨 陈龙珠 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期764-768,共5页
根据饱和土弹性波动方程和波的传播特性,建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序;对可蜕化为单相弹性地基的气饱和土(干土)与渗透性很差的水饱和土地基,应用该方法计算了Lamb问题的地表竖向位移... 根据饱和土弹性波动方程和波的传播特性,建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序;对可蜕化为单相弹性地基的气饱和土(干土)与渗透性很差的水饱和土地基,应用该方法计算了Lamb问题的地表竖向位移,其结果与既有单相弹性地基的理论解吻合良好.所提出方法可为求解层状饱和地基轴对称动力问题、研究饱和土中单桩复合地基动测技术等提供一种较为简便而可靠的分析手段. 展开更多
关键词 饱和地基 轴对称 竖向振动 有限元-无耦合
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三维节理元与有限元和无界元的耦合原理及应用 被引量:4
8
作者 毕巧巍 巨建民 +2 位作者 张福贵 郭吉坦 曹志军 《大连铁道学院学报》 2001年第3期55-60,共6页
提出了三维有限元、无界元与节理元的耦合系统,利用该系统模拟并分析了含有 节理夹层不均匀坝基的应力和位移分布情况.结果表明,该系统既反映了实际单元情 况,又具有良好的精确度.
关键词 三维有限元 无界 节理 坝基 耦合 应用 岩体地基
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变结点无界元和有限元耦合在三维弹塑性分析中的应用研究 被引量:2
9
作者 张镜剑 涂金良 孙大风 《华北水利水电学院学报》 1991年第3期1-7,共7页
本文给出了较为灵活的三维变结点(8—12)无界元模型,研究了此种单元幅射边中结点的最优位置分布。本文对一有解析解的算例的分析表明:有限元和无界元的耦合使用,可较大幅度地提高精度和计算效率,并且当塑性区发展至无界元内时,计算结果... 本文给出了较为灵活的三维变结点(8—12)无界元模型,研究了此种单元幅射边中结点的最优位置分布。本文对一有解析解的算例的分析表明:有限元和无界元的耦合使用,可较大幅度地提高精度和计算效率,并且当塑性区发展至无界元内时,计算结果仍然正确。 展开更多
关键词 变结点 无界 耦合 三维弹塑性 有限元
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针对有砟道床动力特性分析的嵌入式离散元-有限元耦合方法 被引量:2
10
作者 邵帅 吕泉江 +1 位作者 纪丹阳 严颖 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期180-187,共8页
在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著。采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生... 在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著。采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生侧向滑移,导致数值模型不稳定。此外,在实际铁路道床中,底部道砟均不同程度地嵌入路堤。为此,发展了一种嵌入式离散元-有限元耦合方法,通过设置一层嵌入地基有限元模型中的球形颗粒传递离散元域和有限元域间的力学参数,实现离散元和有限元方法的耦合。数值结果表明,嵌入式离散元-有限元耦合模型能够有效降低有砟道床的侧向位移,数值结果更加稳定,在处理与有砟道床类似的连续介质与散体介质的耦合问题时推荐采用嵌入式耦合算法。 展开更多
关键词 有砟道床 离散方法 有限元方法 离散-有限元耦合 动力特性
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动力分析的刚体-界面元与有限元耦合法 被引量:6
11
作者 赵宁 卓家寿 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1994年第6期8-15,共8页
提出了刚体-界面元、有限元与半无限元相耦合的算法,研究了挡水结构系统的动力特性及在地震激励下的动力响应。对于结构的主要部分用刚体-界面元离散,对结构的迎水面部分用有限元离散,在两种单元的交接面上设置了过渡单元,采用有... 提出了刚体-界面元、有限元与半无限元相耦合的算法,研究了挡水结构系统的动力特性及在地震激励下的动力响应。对于结构的主要部分用刚体-界面元离散,对结构的迎水面部分用有限元离散,在两种单元的交接面上设置了过渡单元,采用有限元和半无限元相结合模拟了水体的宽广性。文中导出了相关公式,编制了相应的计算程序,数值算例结果与有关文献比较,证实了提供方法和编制程序的正确性,并说明该方法具有简便,工作量少和计算精度高的优点。 展开更多
关键词 挡水结构 动力分析 有限元耦合 刚体-
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按(^ri/r)^α衰减的无界元与有限元耦合方法分析半无限平面弹性地基
12
作者 杨方杰 杨涛 《华北水利水电学院学报》 1992年第3期33-41,共9页
本文采用按(i/r)“衰减的无界元与有限元耦合的方法分析无限平面弹性地基。文中阐述了无界元的基本原理与公式,讨论了无界元幅射边中点及幅射角的合理选择。最后计算了重力坝的地基应力。算例表明这种方法具有比有限元法更高的计算精度... 本文采用按(i/r)“衰减的无界元与有限元耦合的方法分析无限平面弹性地基。文中阐述了无界元的基本原理与公式,讨论了无界元幅射边中点及幅射角的合理选择。最后计算了重力坝的地基应力。算例表明这种方法具有比有限元法更高的计算精度和显著的经济性。 展开更多
关键词 无界 衰减函数 耦合 重力坝 地基应力 有限元
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桩土相互作用的有限元—无界元分析 被引量:10
13
作者 娄奕红 刘喜元 《城市道桥与防洪》 2004年第2期33-36,共4页
本文提出了用有限元—无界元的方法计算桩—土耦合体系的应力和变形。为了模拟实际受力状态 ,在桩与土相接触的界面上设置了一种有厚度的接触面单元 ,它可以与土体的弹塑性模型相衔接 ,能合理地反映接触面及其邻近区域剪切破坏带中的变... 本文提出了用有限元—无界元的方法计算桩—土耦合体系的应力和变形。为了模拟实际受力状态 ,在桩与土相接触的界面上设置了一种有厚度的接触面单元 ,它可以与土体的弹塑性模型相衔接 ,能合理地反映接触面及其邻近区域剪切破坏带中的变形性状。计算结果与现场观测数据吻合较好 。 展开更多
关键词 桩土相互作用 有限元-无分析 接触面单 应力分析 变形分析
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橄榄石型材料离子-电子耦合转移过程中的分子轨道理论描述和计算研究
14
作者 高雨 王晓晓 +1 位作者 李莹莹 陈胜利 《大学化学》 2024年第12期369-377,共9页
电子耦合矩阵元在橄榄石型磷酸盐正极材料离子-电子耦合转移过程中起着关键的作用。结合密度泛函理论(DFT)计算工具以及分子轨道理论在电子耦合矩阵元计算中的应用,揭示了电子耦合矩阵元的大小和橄榄石型正极材料过渡金属中心Fermi能级... 电子耦合矩阵元在橄榄石型磷酸盐正极材料离子-电子耦合转移过程中起着关键的作用。结合密度泛函理论(DFT)计算工具以及分子轨道理论在电子耦合矩阵元计算中的应用,揭示了电子耦合矩阵元的大小和橄榄石型正极材料过渡金属中心Fermi能级附近电子分布呈正相关关系。并且给出了金属中心电子结构和Li+扩散系数之间的定量关系,为寻找更好性能的锂离子电池正极材料提供新的理论指导思路。 展开更多
关键词 分子轨道理论 电子耦合矩阵 离子-电子耦合转移 DFT计算
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土体-结构非线性耦合系统动力响应并行计算方法研究 被引量:2
15
作者 王小庆 金先龙 王建炜 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第24期19-26,共8页
针对土体-结构非线性耦合(Soil-Structure Interaction,SSI)系统动力响应数值模拟带来的大规模计算量问题,提出基于SSI负载均衡及对偶图理论两种区域分解算法的并行计算方法。结合传统的贪婪法及递归坐标对分方法,对这四种方法的并行性... 针对土体-结构非线性耦合(Soil-Structure Interaction,SSI)系统动力响应数值模拟带来的大规模计算量问题,提出基于SSI负载均衡及对偶图理论两种区域分解算法的并行计算方法。结合传统的贪婪法及递归坐标对分方法,对这四种方法的并行性能进行研究。SSI采用基于对称罚函数的方法处理,系统方程采用显式中心差分有限元方法求解。对典型的SSI工程问题动力响应进行并行数值模拟,并对这四种方法的可扩展性进行分析。结果表明:基于SSI负载均衡的并行计算方法,充分考虑土体和结构耦合负载的均衡,并行效率最优,基于对偶图理论区域分解的方法和递归坐标对分方法效率次之,贪婪法并行效率最低;随核数增加,并行效率下降,需根据实际模型规模合理选择并行计算核数,获得最优的并行计算效益;基于罚函数的显式有限元方法能够较好的解决SSI动力响应问题。 展开更多
关键词 结构-土体非线性耦合 区域分解 并行计算 动力响应 显式有限元 对称罚函数法
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考虑土体非线性山-谷耦合复杂场地空间相关多点地震动模拟
16
作者 何颖 尹奔驰 +1 位作者 刘中宪 丁晓凡 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期118-128,158,共12页
采用考虑局部场地非线性地震波散射效应的空间相关多点地震动模拟方法,对山-谷耦合场地的地震动进行定量模拟分析。非线性地震波散射效应基于有限元-间接边界元耦合法和等效线性土体模型进行计算。结果表明,山体的存在会增大沉积内的地... 采用考虑局部场地非线性地震波散射效应的空间相关多点地震动模拟方法,对山-谷耦合场地的地震动进行定量模拟分析。非线性地震波散射效应基于有限元-间接边界元耦合法和等效线性土体模型进行计算。结果表明,山体的存在会增大沉积内的地震动反应,对短周期的地震波的放大效应更为显著,增幅可达50%。相较于单一沉积谷地地形的沉积谷地外部,山-谷耦合场地中山体地震响应有所减小。相比线性模型,考虑土体非线性时,沉积谷地地震动强度较线性时的结果有所降低,反应谱峰值位置也会发生改变,但山体影响更为显著。不同山体形状对谷地影响不同,对于谷地内部分点位影响的差别可达40%。该研究为山-谷耦合场地工程结构抗震设防提供了部分理论依据和计算方法。 展开更多
关键词 地震动模拟 等效线性化 局部场地效应 有限元-耦合 -耦合场地
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煤粉界面厚度影响下结合面接触刚度分析
17
作者 杨辛未 孙东 +2 位作者 张帅 吴东璇 陈洪月 《振动与冲击》 北大核心 2025年第2期120-130,共11页
为研究煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响,对接触表面的微观形貌进行了刻画,试验测量了煤粉颗粒间及其与接触面间的接触参数,并基于颗粒液桥与颗粒破碎理论,采用有限元-离散元耦合方法,建立了含有煤粉界面的结合面三体接触模型,分析... 为研究煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响,对接触表面的微观形貌进行了刻画,试验测量了煤粉颗粒间及其与接触面间的接触参数,并基于颗粒液桥与颗粒破碎理论,采用有限元-离散元耦合方法,建立了含有煤粉界面的结合面三体接触模型,分析了不同煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响。研究结果表明:随着煤粉界面厚度增加,煤粉颗粒破碎数量先增加后降低,当界面厚度为0.5 mm时发生破碎的颗粒数量最多,其中中大粒径颗粒主要起到承载作用;随着界面厚度的增加,煤粉颗粒力链数量和长度随之增加,煤粉颗粒间的液桥力随之减小,随着大粒径颗粒的破碎,液桥力会发生骤降;当界面厚度为0.3 mm、0.5 mm、0.7 mm时,结合面三体接触刚度分别为1.792×10^(8) Pa/m、1.659×10^(8) Pa/m、1.600×10^(8) Pa/m,最后采用试验方法进行了验证。研究结果为煤矿装备动态特性与寿命预测研究提供依据。 展开更多
关键词 煤粉 三体接触刚度 多尺度方法 有限元-离散耦合方法
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原煤微生物产气过程的有限元模拟(英文) 被引量:1
18
作者 邢会林 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期637-642,共6页
简要介绍了我们近年来基于有限元法开展的地学计算研究新进展,重点在于原煤裂隙介质中微生物反应与流体流动耦合过程的数学模型及其在模拟微生物产气过程中的应用。原煤微生物产气过程包括以下四个主要阶段:水解,酸化,有机酸和醇类降解... 简要介绍了我们近年来基于有限元法开展的地学计算研究新进展,重点在于原煤裂隙介质中微生物反应与流体流动耦合过程的数学模型及其在模拟微生物产气过程中的应用。原煤微生物产气过程包括以下四个主要阶段:水解,酸化,有机酸和醇类降解为乙酸,最后生成甲烷。该生化反应的主要成分是固态的煤和微生物,液态的降解煤、中间产物、醋酸和水,以及气态的CH4和CO2。基于质量守恒定律,导出了描述原煤微生物产气耦合过程的偏微分方程,在有限元软件PANDAS平台基础上求解,并应用于模拟和分析原煤中微生物产气过程。数值模拟结果表明了本文提出的算法的有效性。 展开更多
关键词 生物产气 原煤 生化反应-流动耦合 有限元 地学计算
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综合管廊电力舱三维磁场-热场耦合计算
19
作者 周蠡 周秋鹏 +6 位作者 殷建刚 谢东 李靖 姜山 陈然 范虹兴 黄雄峰 《三峡大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第5期72-75,共4页
综合管廊电力舱内部拥有众多不同电压等级的电缆线路,会产生大量的热量,需强制通风对其散热,故风速的大小会影响舱内温度的分布.本文根据综合管廊电力舱实际工程图建立三维等效计算模型,通过加载电流、风速等条件,采用有限元法对电力舱... 综合管廊电力舱内部拥有众多不同电压等级的电缆线路,会产生大量的热量,需强制通风对其散热,故风速的大小会影响舱内温度的分布.本文根据综合管廊电力舱实际工程图建立三维等效计算模型,通过加载电流、风速等条件,采用有限元法对电力舱进行三维磁场-热场耦合计算,得到电力舱内空气速度分布和温度分布.通过改变进风口风速,研究不同风速情况下电力舱内温升分布规律.对做好电缆线路入廊规划,以此提高电力电缆等管线运行的可靠性和安全性具有重要意义. 展开更多
关键词 综合管廊 磁场-热场耦合计算 有限元 强制通风
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高速列车制动盘热-弹塑性累积变形及整形仿真
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作者 杨川 孟永帅 +4 位作者 黄彪 金文伟 赵清阳 王北昆 卢耀辉 《装备环境工程》 2025年第2期96-104,共9页
目的 增强高速列车的制动性能,并延长制动盘的使用寿命。方法 针对制动盘多次制动作用下的热-力耦合规律进行研究,采用微元法思想计算摩擦表面的热流密度,并考虑多次制动工况建立制动盘有限元仿真模型,分析不同制动工况下制动盘翘曲变... 目的 增强高速列车的制动性能,并延长制动盘的使用寿命。方法 针对制动盘多次制动作用下的热-力耦合规律进行研究,采用微元法思想计算摩擦表面的热流密度,并考虑多次制动工况建立制动盘有限元仿真模型,分析不同制动工况下制动盘翘曲变形量的变化规律。建立制动盘整形过程的有限元模型,分析制动盘翘曲变形量与整形力之间的关系。结果 整形后的制动盘翘曲度值均低于0.2mm,塑性应变不高于0.001。结论 通过建立的矫正力与翘曲度之间的关联曲线,能够为制动盘的整形修复提供有力的理论支持。 展开更多
关键词 制动盘 -耦合 有限元 塑性应变 翘曲变形 整形计算
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