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Three Dimension Rigid-plastic Finite Element Simulation for Two-Roll Cross-wedge Rolling Process 被引量:7
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作者 FANG Gang, LEI Li-ping, ZENG Pan (Dept. of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2002年第S1期165-,共1页
Cross-wedge rolling (CWR) is a metal process of ro ta ry forming. To produce a part, one cylindrical billet should be placed between t wo counterrotating and wedge-shape dies, which move tangentially relative each oth... Cross-wedge rolling (CWR) is a metal process of ro ta ry forming. To produce a part, one cylindrical billet should be placed between t wo counterrotating and wedge-shape dies, which move tangentially relative each other. The billet suffers plastic deformation (essentially, localized compressio n) during its rotation between the rotating dies. Compared to other numerical si mulation methods, the finite element method (FEM) has advantages in solving gene ral problems with complex shapes of the formed parts. In cross-wedge rolling, t here are four stages in the workpiece deformation process, namely knifing, guidi ng, stretching and sizing stage. It is time-consuming and expensive to design t he CWR process by trial and error method. The application of numerical simul ation for the CWR process will help engineers to efficiently improve the process development. Tselikov, Hayama, Jain and Kobayashi, and Higashimo applied the sl ip-line theory in study of CWR process analysis. Zb.pater studied CWR process i ncluding upsetting by upper-bound method. The above numerical simulation were b ased on the two-dimensional plain-strain assumption ignored the metal flow in workpiece axial direction. Therefore, the complex three-dimensional stress and deformation involved in CWR processes were not presented. Compared to other nume rical simulation methods, the finite element method (FEM) has advantages in solv ing general problems with complex shapes of the formed parts. As yet, a few 3-D finite element simulation studies on CWR process have been reported in literatu res. In this paper, the process of cross wedge rolling (CWR) has been simulated and analyzed by 3D rigid-plastic finite element method. Considering the charact eristic of CWR, the static implicit FEM program is selected. The models proposed in this study uses the commercial code DEFORM 3D to simulate the CWR process. T his is an implicit Lagrangian finite element code, which includes many new enhan cements functions. A new method of utilizing multiple processors using the MPI s tandard has been implemented. Automatic switching between the two different defo rmation solvers (Sparse Solver and Conjugate Gradient Solver) has also been impl emented in order to increase the speed of simulations. In this paper, all stages in CWR process are simulated to be able to closely understand and analyze the a ctual CWR process. For simulating all forming stages in CWR process, the dynam ic adaptive remeshing technology for tetrahedral solid elements was applied. T he stress distributions in cross section of forming workpiece are analyzed to in terpret fracture or rarefaction in the center of workpiece. Authors also analyze d the time-torque curve and the laws of load changing. 展开更多
关键词 cross wedge rolling (CWR) plastic forming finit e element method (fem)
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Numerical simulation of tire/soil interaction using a verified 3D finite element model 被引量:6
2
作者 Namjoo Moslem Golbakhshi Hossein 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第2期817-821,共5页
The compaction and stress generation on terrain were always investigated based on empirical approaches or testing methods for tire/soil interaction.However,the analysis should be performed for various tires and at dif... The compaction and stress generation on terrain were always investigated based on empirical approaches or testing methods for tire/soil interaction.However,the analysis should be performed for various tires and at different soil strengths.With the increasing capacity of numerical computers and simulation software,finite element modeling of tire/terrain interaction seems a good approach for predicting the effect of change on the parameters.In this work,an elaborated 3D model fully complianning with the geometry of radial tire 115/60R13 was established,using commercial code Solidwork Simulation.The hyper-elastic and incompressible rubber as tire main material was analyzed by Moony-Rivlin model.The Drucker-Prager yield criterion was used to model the soil compaction.Results show that the model realistically predicts the laboratory tests outputs of the modeled tire on the soft soil. 展开更多
关键词 tire/soil interaction finite element methodfem soil compaction stress distribution inflation pressure
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基于SPH-DEM-FEM方法的高位滑坡冲击框架建筑群损毁机制研究
3
作者 樊晓一 邓鑫 +3 位作者 刘欢 夏贵平 宋嘉麒 杨居颐 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期235-248,288,共15页
高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框... 高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框架结构建筑群的冲击过程、建筑结构破坏机理、冲击力时程与框架柱关键点应力和弯矩等动力机制研究。研究结果表明:SPH-DEM-FEM耦合数值方法能够有效地模拟碎石土滑坡中土(SPH)石(DEM)混合物的抛射弹跳、爬高绕流冲击运动过程。考虑了常规建筑垂直、平行于滑坡流向的三排建筑组合布局,位于滑坡近端的纵向排列建筑表现为连续性倾倒破坏,横向排列的建筑则呈现整体倾倒破坏;因前排建筑群对滑坡冲击能量的耗散及滑坡自身摩擦耗能,位于滑坡后端建筑表现为引流面墙体和前排柱发生局部破坏,结构保持稳定,损毁程度依次为上游无建筑缓冲耗能的建筑>有横向排列的建筑>有纵向排列的建筑;纵向、横向排列的建筑冲击力衰减幅度分别31%、21%。横向框架建筑整体倾倒的损毁机制表现为框架柱的直接剪断或节点塑形铰链失效;纵向框架建筑连续性倾倒的损毁机制表现为前排框架柱的失效引起后排框架柱轴向压力和极限弯矩增加,持续冲击荷载超过其极限弯矩致使后排框架柱发生弯曲破坏,最终结构倾倒。系统能量在动能、内能和摩擦耗能间转化,其中摩擦耗能占65.5%,结构耗能占23.6%,动能快速下降与内能急剧增加是建筑破坏的关键特征。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法-(SPH-DEM-fem) 高位滑坡 框架结构建筑群 损毁机制 动力机制
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Determination of penetration depth at high velocity impact using finite element method and artificial neural network tools 被引量:4
4
作者 Nam?k KILI? Blent EKICI Selim HARTOMACIOG LU 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第2期110-122,共13页
Determination of ballistic performance of an armor solution is a complicated task and evolved significantly with the application of finite element methods(FEM) in this research field.The traditional armor design studi... Determination of ballistic performance of an armor solution is a complicated task and evolved significantly with the application of finite element methods(FEM) in this research field.The traditional armor design studies performed with FEM requires sophisticated procedures and intensive computational effort,therefore simpler and accurate numerical approaches are always worthwhile to decrease armor development time.This study aims to apply a hybrid method using FEM simulation and artificial neural network(ANN) analysis to approximate ballistic limit thickness for armor steels.To achieve this objective,a predictive model based on the artificial neural networks is developed to determine ballistic resistance of high hardness armor steels against 7.62 mm armor piercing ammunition.In this methodology,the FEM simulations are used to create training cases for Multilayer Perceptron(MLP) three layer networks.In order to validate FE simulation methodology,ballistic shot tests on 20 mm thickness target were performed according to standard Stanag 4569.Afterwards,the successfully trained ANN(s) is used to predict the ballistic limit thickness of 500 HB high hardness steel armor.Results show that even with limited number of data,FEM-ANN approach can be used to predict ballistic penetration depth with adequate accuracy. 展开更多
关键词 人工神经网络 有限元法 穿透深度 性能测定 高速冲击 有限元模拟 fem模拟 工具
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基于CFD-FEM耦合方法的冰柱碰撞响应研究
5
作者 宋英龙 杨博睿 +3 位作者 赵禹 杨碧野 郑瑜娜 张桂勇 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期67-74,共8页
碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析... 碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析了不同因素对碰撞响应的影响。进一步从能量转换的角度,提出了一种考虑浮冰初始旋转的碰撞力修正模型。分析了碰撞前、碰撞中和碰撞后阶段对碰撞力峰值的影响,实现了对带有初始旋转的浮冰碰撞载荷的快速估算。研究发现,碰撞前浮冰速度衰减、碰撞持续时间和碰撞后浮冰的转动对碰撞力均有较大影响,碰撞力随浮冰旋转角度增大呈现出先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 CFD-fem耦合 协同仿真 浮冰 结构物 碰撞响应
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基于PFEM法的黄土地基振杆密实过程大变形分析 被引量:3
6
作者 高常辉 刘松玉 +2 位作者 杜广印 郁培阳 吴燕开 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期99-109,共11页
采用粒子有限元方法(PFEM)及结构性土的本构模型,对振杆密实法加固砂质黄土地基的大变形过程进行了数值模拟研究,分析了振杆贯入过程中周围土体的位移场、应力场、速度场以及塑性体应变等分布规律,揭示了砂质黄土地基深层振动密实机理.... 采用粒子有限元方法(PFEM)及结构性土的本构模型,对振杆密实法加固砂质黄土地基的大变形过程进行了数值模拟研究,分析了振杆贯入过程中周围土体的位移场、应力场、速度场以及塑性体应变等分布规律,揭示了砂质黄土地基深层振动密实机理.结果表明:现场实测和数值模拟获得的地面垂直振动速度峰值变化趋势较为一致,验证了粒子有限元方法的可靠性;垂直激振的振杆能够同时引起土体垂直方向和水平方向上位移场、应力场和速度场的变化;在距振源水平距离5R(R为振杆半径)范围内,土颗粒以半梭形向外扩展并趋于密实,同时水平应力大幅增加并产生预压效果;以塑性体应变作为加固范围的评价标准,结果表明土体径向加固范围随振杆贯入深度增加而略有增大,最大径向加固范围约为3.2R,且振杆底端以下1R~2R范围亦有密实效果. 展开更多
关键词 粒子有限元 振杆密实法 大变形 数值模拟 砂质黄土 结构性土
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基于FEM-MEI和正余弦算法的二维电磁成像方法
7
作者 贾瀚钦 高红伟 +1 位作者 郝凯子 贾祖朋 《南京邮电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2024年第4期68-76,共9页
针对二维介质目标的电磁成像问题,将正余弦算法(Sine Cosine Algorithm,SCA)与有限元方法(Finite Element Method,FEM)和不变性测试方程(Measured Equation of Invariance,MEI)进行结合提出一种新的成像方法。将FEM与MEI进行结合求解二... 针对二维介质目标的电磁成像问题,将正余弦算法(Sine Cosine Algorithm,SCA)与有限元方法(Finite Element Method,FEM)和不变性测试方程(Measured Equation of Invariance,MEI)进行结合提出一种新的成像方法。将FEM与MEI进行结合求解二维介质目标的电磁散射正问题,即求解Helmholtz方程。其中,MEI保证边界截断的精度,FEM适用于复杂介质目标的准确模拟。对于电磁散射逆问题,引入SCA并加以改进提出一种新的重构方法。该方法采用等效原理与格林函数的渐近式求得远区散射场,以测量的散射场和计算的散射场最大偏差为目标函数,采用改进的SCA优化介质参数,使目标函数达到最小值,以此重构散射体。为提高计算效率,采用MPI算法进行并行计算。文中采用基准函数展示了改进的SCA算法的快速收敛性,并采用非规则的均匀介质柱目标验证了成像方法的正确性。 展开更多
关键词 正余弦算法 有限元方法 MEI方法 电磁散射 二维成像
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基于波动方程的地震波数值模拟研究综述 被引量:3
8
作者 李航 孙宇航 +2 位作者 李佳慧 李学贵 董宏丽 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第2期627-645,共19页
地震波场数值模拟在地震勘探、地震资料处理和地球构造研究等方面发挥着重要的作用。波动方程数值模拟方法充分考虑了地震波传播的动力学特征和几何学特征,可以为地震波传播机理的研究和复杂地层的解释提供强有力的理论支持,是目前应用... 地震波场数值模拟在地震勘探、地震资料处理和地球构造研究等方面发挥着重要的作用。波动方程数值模拟方法充分考虑了地震波传播的动力学特征和几何学特征,可以为地震波传播机理的研究和复杂地层的解释提供强有力的理论支持,是目前应用较为广泛的地震波场数值模拟方法之一。本文调研了五种基于波动方程的数值模拟方法:有限差分法易于理解,但数值频散问题明显;伪谱法精度高,但计算效率低;有限元法适用于复杂模型,但计算资源消耗大;谱元法适合高精度问题,但对计算内存需求较高;基于物理信息神经网络的深度学习法具有较强的适应性,但训练成本较高。并分别叙述了这五种数值模拟方法的理论基础、适用条件和最新进展。未来,地震波场数值模拟方法应结合深度学习等最新技术,优化边界条件模拟真实的边界反射情况,提高模拟的精度和效率。 展开更多
关键词 波场模拟 有限差分法 伪谱法 有限元法 谱元法 物理信息神经网络
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荸荠冲击损伤有限元仿真分析及试验 被引量:2
9
作者 张国忠 李子涵 +4 位作者 刘婉茹 张清洪 陈立明 裴蕾 刘浩蓬 《农业工程学报》 北大核心 2025年第4期40-49,共10页
荸荠机械采收及采后加工过程中常面临采收机械与荸荠间冲击而产生碰撞损伤等问题,为此采用Ansys软件开展荸荠冲击损伤的有限元仿真分析,以期获取提高荸荠机械采收与采后处理质量的途径与方法。根据试验测量荸荠本征参数,以线性弹塑性和... 荸荠机械采收及采后加工过程中常面临采收机械与荸荠间冲击而产生碰撞损伤等问题,为此采用Ansys软件开展荸荠冲击损伤的有限元仿真分析,以期获取提高荸荠机械采收与采后处理质量的途径与方法。根据试验测量荸荠本征参数,以线性弹塑性和主应变失效耦合模型建立荸荠材料模型,通过跌落试验标定并验证了模型参数,开展三因素三水平全因子杆条碰撞仿真试验探究跌落高度、碰撞接触面直径、碰撞材料对荸荠损伤的影响,并以考虑淤伤软化和破裂的损伤易感性评价标准建立了损伤易感性经验公式。测量得到荸荠果肉弹性模量、屈服强度、切线模量分别为7.916、0.586、4.554 MPa,主应变失效值为0.098,以失效网格体积和超过0.60 MPa应力区间体积对其冲击损伤分布进行模拟,淤伤体积、破裂体积及耗散能量与试验相对误差分别为7.18%、8.98%、6.62%,表明模型可用于描述荸荠在冲击载荷下的力学特性、破裂现象和能量耗散;杆条冲击试验结果表明,荸荠跌落高度与损伤易感性呈现线性增加关系,碰撞接触材料弹性模量对其损伤有显著影响,接触直径对损伤影响与接触材料有关,与结构钢碰撞时,损伤随直径增加出现先增大后减小现象,与PVC和橡胶碰撞时,损伤随接触直径增大而减小。研究结果可为荸荠机械化收获质量和采后处理技术与装备研究提供参考。 展开更多
关键词 荸荠 机械损伤 损伤模型 有限元 杆条
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工字钢外包薄层UHPC组合梁抗剪性价比分析 被引量:1
10
作者 范学明 周晓鹏 +1 位作者 叶小杭 赵坤 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期40-49,共10页
钢结构具有低碳环保、轻质高强和抗震性能卓越等多重优势,目前已经广泛应用在高层建筑、大跨度建筑和一些民用建筑;但是其固有的易发生屈曲、腐蚀以及成本较高等问题阻碍了钢结构的进一步应用。目前关于钢结构防屈曲和防腐蚀的措施会大... 钢结构具有低碳环保、轻质高强和抗震性能卓越等多重优势,目前已经广泛应用在高层建筑、大跨度建筑和一些民用建筑;但是其固有的易发生屈曲、腐蚀以及成本较高等问题阻碍了钢结构的进一步应用。目前关于钢结构防屈曲和防腐蚀的措施会大大提高结构的成本并对结构承载能力带来一定的负面影响。超高性能混凝土(UHPC)是一种基于最大堆积密度理论的新型纤维增强水泥基复合材料,具有较高的强度和较强的变形能力,并且在抗水渗透性、抗氯离子渗透性以及抗冻融性等耐久性方面有着优异的性能。如今UHPC已经广泛应用于各种结构的力学加固以及耐久加固之中。近期的研究工作表明,将钢结构与UHPC结合使用,可以有效地实现两者的优势互补,在发挥钢结构轻质高强优异特征的同时,极大地减缓了疲劳、腐蚀和失稳对钢结构的危害。该文研究了一种已经广泛投入使用的工字钢外包薄层UHPC新型组合梁,并通过Abaqus有限元软件进行仿真分析建立样本数据库。同时利用雷达图法提出组合梁抗剪性能和抗剪性价比综合评价指标,采用响应面-蒙特卡罗法,共设计4种响应面对组合梁腹板尺寸参数进行分析。分析结果表明,组合梁的抗剪性能与其性价比之间存在显著的正相关性。此外,随着工字钢腹板厚度的增加,抗剪性能和性价比先增加后降低,并在某一特定厚度处达到峰值。该研究对于优化工字钢外包UHPC组合梁的设计具有重要的工程意义。 展开更多
关键词 钢-UHPC组合梁 性价比 有限元仿真分析 雷达图法 响应面-蒙特卡罗法
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甘肃早子沟金矿区构造应力场数值模拟研究
11
作者 杨剑 张卫雄 +5 位作者 陈爱兵 翟向华 张元 姜鑫 胡杨 李永恒 《高校地质学报》 北大核心 2025年第3期346-362,共17页
甘肃早子沟金矿床位于西秦岭夏河—合作地区,是西秦岭成矿带中的大型金多金属矿床,其成矿作用与断裂构造关系密切。该文通过矿区构造地质特征研究,以断裂构造、节理、擦痕为研究对象,确定了早子沟金矿床控矿构造演化序列及主应力方向,... 甘肃早子沟金矿床位于西秦岭夏河—合作地区,是西秦岭成矿带中的大型金多金属矿床,其成矿作用与断裂构造关系密切。该文通过矿区构造地质特征研究,以断裂构造、节理、擦痕为研究对象,确定了早子沟金矿床控矿构造演化序列及主应力方向,认为早子沟金矿控矿构造演化经历了三期六个阶段。为了了解矿区构造应力场分布趋势及展布范围,以构造应力场分析为基础,基于岩石力学实验,测定岩石的力学参数,建立合理的地质力学模型,采用有限元法(FEM)对早子沟金矿区地质构造进行二维构造应力场数值模拟,并对成矿有利的部位进行预测。研究结果表明:矿区构造应力场分布受断裂控制,各个时期的最大、最小主应力值分布基本处于断裂周缘,应力强度是决定构造活动强度的主要因素。应力高值区域构造活动强烈,岩石破碎,为成矿提供了通道和赋存部位。据此推测近南北向断裂两端及东北向断裂与西北向断裂的交汇部位是成矿的有利部位。 展开更多
关键词 构造演化 构造应力场 有限元法 数值模拟 早子沟金矿床
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高速铁路单洞双线盾构隧道的振动和传播规律分析
12
作者 肖明清 薛光桥 +3 位作者 何应道 徐晨 徐巍 王春晖 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第5期1-8,42,共9页
针对高速铁路单洞双线盾构隧道的振动传播问题,建立轨道-隧道-场地的2.5维有限元-基本解耦合模型,采用有限元模拟轨道与盾构隧道结构,结合弹性空间格林函数表征围岩介质。通过计算移动轮轨力作用下的动力响应,结合弹性波理论分析振动传... 针对高速铁路单洞双线盾构隧道的振动传播问题,建立轨道-隧道-场地的2.5维有限元-基本解耦合模型,采用有限元模拟轨道与盾构隧道结构,结合弹性空间格林函数表征围岩介质。通过计算移动轮轨力作用下的动力响应,结合弹性波理论分析振动传播规律。结果表明:隧道上方场地的竖向振动由顶部纵波主导,两侧竖向振动由横波控制;当土层波阻抗从隧道围岩向地表递减时,隧道顶部扩散的柱面纵波经土层界面后趋近平面波特性,侧方横波经界面透射后竖向位移分量显著降低。单洞双线隧道振动分布呈现显著频率相关性:低频振动(0~20 Hz)在隧道正上方地表响应最大,高频振动(40~80 Hz)在偏离隧道中心线一定距离处达到峰值。隧道结构对20 Hz以上振动产生遮挡效应,导致下方围岩振动向上绕射衰减。地表竖向位移分布由频率相关的隧道辐射模式控制,分层土中的波阻抗变化使纵波成为地表振动主导成分。研究揭示了单洞双线盾构隧道振动传播的三维空间特性,明确了低频振动集中传播与高频振动侧向辐射的差异化规律,为城市高铁隧道减振设计提供理论依据。 展开更多
关键词 盾构隧道 环境振动 2.5维有限元-基本解 弹性波 单洞双线隧道 高速铁路
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油罐车自主加注臂末端振动特性分析及振动抑制研究
13
作者 王巍 蒋为钰 +1 位作者 缪海鹏 袁明新 《机床与液压》 北大核心 2025年第5期31-38,共8页
针对油罐车自主加注臂在作业过程中末端存在振动,导致与加注口对接精度降低,影响工作效率的问题,提出一种安装平衡缸来抑制末端振动的方法。基于MDH法建立油罐车自主加注臂的正运动学模型,采用解析法对机械臂进行逆向运动学求解,得到加... 针对油罐车自主加注臂在作业过程中末端存在振动,导致与加注口对接精度降低,影响工作效率的问题,提出一种安装平衡缸来抑制末端振动的方法。基于MDH法建立油罐车自主加注臂的正运动学模型,采用解析法对机械臂进行逆向运动学求解,得到加注臂关节角度和末端对接装置位姿的映射关系。建立加注臂有限元分析模型并设置仿真边界条件,通过对不同平衡缸安装位置参数组合的加注臂依次进行仿真,确定平衡缸的最佳安装位置。最后,在相同边界条件下,对未安装平衡缸、安装平衡缸以及刚体状态下的加注臂进行仿真对比分析。结果表明:相较于未安装平衡缸的加注臂,安装平衡缸的加注臂在运动停止后的残余振动中,振动幅值最大减少了25.1 mm,在加注臂Z向上,振动幅值衰减最大达到了77.4%。以上数据表明,安装平衡缸能够有效降低加注臂的末端振动,提高对接过程的效率以及稳定性。 展开更多
关键词 自主加注臂 平衡缸 MDH法 运动学分析 有限元仿真
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大型风力机叶片快速建模及损伤模拟方法研究
14
作者 刘纲 杜昊天 +1 位作者 顾水涛 黎华 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第1期76-89,共14页
在复合材料叶片的损伤检测中,准确、快速地获得叶片损伤前后动力特性变化规律至关重要。为此,结合复合材料均匀化思想、扩展Bredt-Batho剪切流理论与损伤刚度退化理论,在有限元框架体系下提出了高效的复合材料叶片损伤模拟数值计算方法... 在复合材料叶片的损伤检测中,准确、快速地获得叶片损伤前后动力特性变化规律至关重要。为此,结合复合材料均匀化思想、扩展Bredt-Batho剪切流理论与损伤刚度退化理论,在有限元框架体系下提出了高效的复合材料叶片损伤模拟数值计算方法,并基于Python语言完成相应有限元程序开发。在此基础上,以复合夹芯悬臂梁作为研究对象,与ANSYS计算结果进行对比分析,验证了复合材料均匀化方法的合理性。同时,应用于模拟计算不同程度和位置损伤工况下NREL 5MW风机叶片的模态。结果表明,提出的数值计算方法很好地模拟了叶片前缘开裂损伤;叶片频率随着损伤程度加深逐渐减小;前缘裂纹对叶片挥舞方向的影响更大;在相同损伤程度下叶片前缘裂纹越靠近根部频率下降越多;叶根处的前缘裂纹对叶片摆振方向影响较大,叶尖处的前缘裂纹对叶片挥舞方向影响较大;叶片前缘裂纹对固有频率影响极小,以挥舞方向位移模态计算平均曲率模态损伤因子作为损伤识别指标能有效识别叶片前缘开裂损伤。 展开更多
关键词 风机叶片 复合材料 有限单元法 损伤模拟 模态分析
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新型异极径向混合磁悬浮轴承的建模及仿真
15
作者 刘欣 袁鹏禹 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第4期944-953,共10页
针对高速电机和飞轮储能系统等对空间利用率要求较高的场合,提出一种新型异极径向混合磁轴承(heteropolar radial hybrid magnetic bearing,HRHMB).首先,建立该磁轴承的等效磁路模型,通过解析磁场得出其电流刚度、位移刚度及电磁力,并... 针对高速电机和飞轮储能系统等对空间利用率要求较高的场合,提出一种新型异极径向混合磁轴承(heteropolar radial hybrid magnetic bearing,HRHMB).首先,建立该磁轴承的等效磁路模型,通过解析磁场得出其电流刚度、位移刚度及电磁力,并通过有限元仿真验证其有效性;然后,在相同约束条件下与传统偏置磁轴承进行对比,分析磁轴承的刚度特性和空间利用率;最后,通过有限元仿真研究新型磁轴承径向两自由度间的电磁力耦合,并与传统磁轴承进行对比.研究结果表明:在相同承载力等约束条件下,该新型磁轴承的体积仅为传统磁轴承的0.87倍,其电磁力在控制电流和转子位移影响下的相对误差值为6.5%,而传统磁轴承的电磁力相对误差为13.6%,表明新型磁轴承径向两自由度的电磁力耦合小于传统磁轴承,解耦效果良好. 展开更多
关键词 永磁偏置 径向混合磁轴承 有限元仿真 等效磁路法 电磁力耦合
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ZK61镁合金热轧板晶体塑性变形和织构演化机制 被引量:1
16
作者 卫宏喆 陈明 +3 位作者 王浩雷 刘庆杰 胡小东 赵红阳 《材料工程》 北大核心 2025年第6期172-187,共16页
采用宏观有限元模拟与微观晶体塑性分析相结合的方法对六道次热轧ZK61镁合金中厚板的晶体内应力和织构演化进行研究。根据轧制实验与拉伸实验建立相应同步热轧模型并进行仿真计算,将模拟结果作为边界条件代入到基于Voronoi图的多晶体塑... 采用宏观有限元模拟与微观晶体塑性分析相结合的方法对六道次热轧ZK61镁合金中厚板的晶体内应力和织构演化进行研究。根据轧制实验与拉伸实验建立相应同步热轧模型并进行仿真计算,将模拟结果作为边界条件代入到基于Voronoi图的多晶体塑性模型中,再应用晶体塑性有限元方法对多晶体模型进行同步热轧模拟,得到各道次热轧态ZK61镁合金的塑性参数和织构极图,并分别与拉伸实验结果和电子背散射衍射实验导出的织构极图进行对比分析,归纳出不同道次下热轧ZK61镁合金晶体塑性变形与织构演化机制。结果表明:经多道次热轧后的ZK61板材存在大量孪晶与动态再结晶,晶粒均匀细化效果明显,其基面织构极密度与轧制道次整体呈正相关,不同道次下的峰值取向差角存在较大差异(8°、28°、88°),且合金力学性能得到改善,强度提升了7.55%,伸长率达到19.5%。 展开更多
关键词 ZK61镁合金 热轧 数值模拟 晶体塑性有限元方法 微观结构 织构演化 力学性能
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地球动力学数值模拟算法的应用现状与展望 被引量:2
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作者 魏虹羽 李世超 王伟安 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第1期98-124,共27页
当前,数值模拟技术已成为探究地球动力学过程的重要手段。本文综述了数值模拟在地球动力学研究中的应用现状、主要算法和代码并探讨了发展前景。数值模拟通过对连续方程组进行离散化,并利用数值算法求解,从而高效模拟地质过程,预测地球... 当前,数值模拟技术已成为探究地球动力学过程的重要手段。本文综述了数值模拟在地球动力学研究中的应用现状、主要算法和代码并探讨了发展前景。数值模拟通过对连续方程组进行离散化,并利用数值算法求解,从而高效模拟地质过程,预测地球系统的动态变化。本文系统阐述了有限元法、有限差分法、边界元法和有限体积法等主流数值方法的原理、特点和适用条件;并重点探讨了有限元法在构造应力场和断层动力学模拟中的应用、有限差分法在地震波传播模拟中的应用、边界元法和有限体积法在断层力学和孔隙流体流动模拟中的应用。通过对比分析不同方法的优缺点,揭示了多种数值方法耦合是未来地球动力学数值模拟的重要发展方向;随着高性能计算技术的进步和大数据时代的到来,数值模拟技术将在地球系统科学研究中发挥越来越重要的作用。 展开更多
关键词 数值模拟 地球动力学 地质建模 数值方法 地球系统 有限元法 多物理场耦合模拟
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背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机温度场分析 被引量:1
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作者 贾周 刘心怡 +3 位作者 聂阳光 贺伟 曹永娟 彭思洋 《南京信息工程大学学报》 北大核心 2025年第1期117-124,共8页
针对背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机(BBΩ-TFPMLM)独特的拓扑结构,运用“磁-热耦合法”对其温度场进行深入研究.首先采用三维有限元法(3D-FEM)对BBΩ-TFPMLM进行建模分析以得到稳态电磁参数.然后利用Workbench将电磁场耦合至温度场,... 针对背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机(BBΩ-TFPMLM)独特的拓扑结构,运用“磁-热耦合法”对其温度场进行深入研究.首先采用三维有限元法(3D-FEM)对BBΩ-TFPMLM进行建模分析以得到稳态电磁参数.然后利用Workbench将电磁场耦合至温度场,采用磁-热耦合法分析电机各部分的温升,得出电机运行不同时间的温度云图并总结损耗模型的实时温升规律.最后,搭建实验平台进行实验验证,实测额定电流下定子铁心稳态温升为29.21℃、动子铁心稳态温升为11.12℃,温升在合理范围内且样机运行750 s后温度分布的热成像仪测量结果与仿真一致,验证了所提理论的正确性. 展开更多
关键词 直线电机 横向磁通 有限元法 磁热耦合 温度场
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船舶结构的建模及水下振动和辐射噪声的FEM/BEM计算 被引量:59
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作者 徐张明 汪玉 +1 位作者 华宏星 沈荣瀛 《船舶力学》 EI 2002年第4期89-95,共7页
船舶动力系统的振动通过壳板向水下辐射噪声的预报一直是非常关键的问题。船舶的声学设计应建立在全船结构声一体化的前提下 ,本文基于船体与周围声学流体介质的耦合作用 ,建立了带有浮筏结构的动力装置的整个双层壳体船舶的FEM/BEM数... 船舶动力系统的振动通过壳板向水下辐射噪声的预报一直是非常关键的问题。船舶的声学设计应建立在全船结构声一体化的前提下 ,本文基于船体与周围声学流体介质的耦合作用 ,建立了带有浮筏结构的动力装置的整个双层壳体船舶的FEM/BEM数学模型。在理论分析的基础上 ,利用有限元软件ANSYS建立了水下船舶结构的振动和声场耦合的模型 ,首先计算在模拟发动机的激励下船舶壳板的振动 ,并利用边界元软件SYSNOISE ,对轻外壳面上的声强进行预报。 展开更多
关键词 船舶结构 建模 水下振动 辐射噪声 fem/BEM计算
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扩展有限元法(XFEM)及其应用 被引量:134
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作者 李录贤 王铁军 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期5-20,共16页
扩展有限元法(extendedfiniteelementmethod,XFEM)是1999年提出的一种求解不连续力学问题的数值方法,它继承了常规有限元法(CFEM)的所有优点,在模拟界面、裂纹生长、复杂流体等不连续问题时特别有效,短短几年间得到了快速发展与应用.XFE... 扩展有限元法(extendedfiniteelementmethod,XFEM)是1999年提出的一种求解不连续力学问题的数值方法,它继承了常规有限元法(CFEM)的所有优点,在模拟界面、裂纹生长、复杂流体等不连续问题时特别有效,短短几年间得到了快速发展与应用.XFEM与CFEM的最根本区别在于,它所使用的网格与结构内部的几何或物理界面无关,从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格剖分所带来的困难,模拟裂纹生长时也无需对网格进行重新剖分.重点介绍XFEM的基本原理、实施步骤及应用实例等,并进行必要的评述.单位分解概念保证了XFEM的收敛,基于此,XFEM通过改进单元的形状函数使之包含问题不连续性的基本成分,从而放松对网格密度的过分要求.水平集法是XFEM中常用的确定内部界面位置和跟踪其生长的数值技术,任何内部界面可用它的零水平集函数表示.第2和第3节分别简要介绍单位分解法和水平集法;第4节和第5节介绍XFEM的基本思想、详细实施步骤和若干应用实例,同时修正了以往文献中的一些不妥之处;最后,初步展望了该领域尚需进一步研究的课题. 展开更多
关键词 水平集法 连续 集函数 单位分解法 收敛 裂纹尖端 剖分 物理 力学问题 几何
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