焊接热场的三维有限元分析

为了进行焊接热场的三维分析,设计了一个考虑材料物理常数的温度依赖性和更合理的熔池模型的计算程序。为了考核这一程序,以真实管线环焊缝为例,进行了计算.证实了计算程序的准确性、实用性。     

Numerical simulation of fluid flow caused by buoyancy forces during vacuum arc remelting process

The metallurgical structure and composition of ingots which depend critically on the fluid motion within the molten pool during the vacuum arc remelting (VAR) process have important effect on the subsequent mechanical processes like forging, rolling and welding. In order to determine the fluid motion of molten pool, a 2D finite element model is established using ANSYS10.0 software, combined with the turbulent fluid flow and heat transfer. The fluid motion caused by thermo buoyancy forces is investigated at different VAR processes in the present study. The results indicate that the fluid flows symmetrically along the axis of the molten pool and clockwisely along the circle at the right pool’s profile. It is also shown that the maximum velocity increases with increasing melting rate and a direct proportional relationship exists.     

模拟泥石流中块状物分布的电容层析成像测量

电容层析成像（ECT）是一项基于电容敏感原理的过程成像技术,利用ECT方法,采用高黏度流体模拟泥石流,在球状及柱状容器注入酒精和泥沙,模拟泥石流中固体块状物质,通过自行设计制作的双电极传感器,在上下游截面同时获得块状物图像信息,利用互相关方法,计算固体块状物位置图像,对模拟泥石流中固体块状物的位置及运动进行可视化测量,为泥石流流动机制的研究探索合理而有效的途径.     

微通道气液柱塞流头部流场三维实验研究

为研究微通道气液柱塞流三维流场特性,采用三维Micro PIV技术对微通道气液柱塞流进行实验研究,通过处理分析柱塞流图像,获得气泡前部区域的示踪颗粒分布图和三维速度分布图.研究结果表明:在气泡前部区域存在两个对称的方向相反的漩涡;在气柱头部附近区域,流体以较大速度沿着气柱表面流动;在远离气柱头部的区域,与单相流有类似的抛物线速度分布;在气液界面和壁面之间的流体运动复杂,有可能流向气液界面,也有可能流向壁面,气液界面近似为刚性.      

焰流效应下混凝土空心薄壁墩火温时变分布

针对火灾场气流与焰域温度空间耦合变化时的结构响应, 通过考虑气流流速及焰围空间和结构物高度的相互作用效应, 建立了焰流场环境火灾模型。采用时间增量迭代的方法计算了焰流场温度, 研究了复合边界控制方程和对流换热与流速之间的相互关系。分析了流场中结构迎流面和侧流面温度分布状态, 研究了混凝土空心薄壁墩的环境火灾场景, 建立了焰流场结构耦合模型, 揭示了焰流效应下混凝土空心薄壁墩三维空间火温时变分布规律。研究结果表明: 火延时间为120min, 流速为3m·s^-1时, 近火点温度比其他流速下温度约高100℃, 流速对火源温度呈非线性影响状态; 500℃以上的高温层在混凝土空心薄壁墩迎火面分布深度仅为7cm, 在竖向荷载作用下空心薄壁墩外层迎火面混凝土易产生层剥现象; 迎流面温度远高于侧流面温度, 背火面温度无变化; 稳态低流速场中流速的变化可改变不同温度区域的分布, 并扩大迎火面高温区面积。     

Effect of remelting current on molten pool profile of titanium alloy ingot during vacuum arc remelting process

The performance of vacuum arc remelting (VAR) ingot depends largely on ingot structure and chemical uniformity, which are strongly influenced by molten pool profile that is influenced by VAR process. To better understand the effect of remelting current on molten pool profile of titanium alloy ingot during VAR process, a 3D finite element model is developed by the ANSYS software. The results show that there are three remelting stages during VAR process when the remelting current is 2.0 kA. The molten pool depth increases gradually from 30 to 320 s, then the change of molten pool depth is very small during the steady state stage from 320 to 386 s, and lastly the molten pool depth becomes shallow after 386 s. The melting rate and temperature of superheat increase with the remelting current increasing, which leads to the augment of molten pool volume. In the end, the total remelting time and steady state molten pool time decrease with the melting current from 1.6 to 2.8 kA.     

钢箱梁面板与U肋焊接残余应力的分布特性

为研究残余应力场对钢箱梁疲劳性能影响效应,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例,采用数值模拟的方法,研究了正交异性钢桥面板焊接全过程及残余应力分布特性,分析了板件参数对残余应力的影响效应,得到钢箱梁确定正交异性钢桥面板焊接残余应力分布的经验公式.研究结果表明:采用ANSYS热-结构弱耦合数值模拟方法可反映实际焊接过程中残余应力场的分布;焊缝区域残余应力峰值受板件参数影响较小,横向最大残余应力约为300 MPa;沿板厚方向焊接残余应力符合正弦分布,表明采用正弦函数作为其经验分布模型是可行的.      

不同氟化物对钛合金焊接工艺性能的影响

研究通过配置不同配方的药芯焊丝,对钛板进行堆焊.针对堆焊过程中出现的不同试验现象进行统计,并从电弧稳定性、飞溅大小、熔渣脱渣性、焊缝表面成形及气孔等方面,分析钛药芯焊丝中氟化物对其工艺性能的影响.试验结果表明,C组通过BaF2取代CaF2后,电弧稳定性较高,飞溅较小,同时熔渣覆盖均匀,保护效果好,能够实现焊缝成形美观,焊接工艺性能最好.而A组由于冰晶石在熔池中分解,形成气泡放出型飞溅,导致焊缝成形很差.残留于渣中的冰晶石降低了熔渣的流动性,焊缝熔渣没有出现中间薄而两边厚的情况.B组由于Na2 SiF6分解温度较低,Na2 SiF6分解产生的NaF增大了熔渣的流动性,导致焊缝中间熔渣薄而边缘较厚.三组焊缝中均未出现气孔.     

Coast-Down Modeling of Canned Motor Based on Torque Behavior Study

The coast-down behavior is specially designed to satisfy the certain flow requirements in a special kind of canned motor pump when it is used in primary reactor coolant system. However, coast-down models once used are not suitable for designing ultra-large canned motor pumps with flywheels, in which case rotor's fluid resistance of canned motor is modeled by an empirical constant. When the size of canned motor increases, the error of empirical relationship becomes remarkable. In thrall to material's density and strength, flow resistance of coast-down behavior should be dynamically modeled accurately to reduce the demands of materials. In this paper, an improved analytical model is proposed to study barbell-like canned motor's coast-down characteristic based on basic torque behavior researches in Taylor-Couette flow and hydraulic coupler, where bearing's resistance is ignored. This model takes geometric and kinematic parameters into consideration. In addition, the influence of pressure and temperature is coupled into this coast-down model by using Reolands' viscosity relationship.Based on this model, coast-down behavior is studied and parameters sensitivity analysis is conducted from design view point. Parameters sensitivity analysis indicates that the density and distribution of materials have more remarkable influence on coast-down behavior compared with working condition and geometric parameters.     

空间润滑装置高压雾化喷嘴的喷雾特性

为解决航天器在空间轨道运行时润滑失效的问题,将高压直射式雾化喷嘴应用到空间润滑领域,利用流体动力学软件CFD-ACE+2009,建立了直射式雾化喷嘴气液两相流模型,在此基础上,对润滑油喷雾流的生成过程进行数值模拟,并考察了喷嘴处液体流动速度及压力的分布情况.通过2种高粘度液体NYE 2001、Krytox 143AB与柴油的对比,分析了液体物理参数对液体内部压力传递及流速变化的影响.数值模拟结果表明:航空润滑油NYE 2001的高粘度严重阻碍入口压力的传递,当入口压力为15 MPa时,1 mm长的喷嘴末端压力下降到0.42 MPa,降幅达到97.2%;过高的液体粘度和过长的喷嘴,对液体喷雾流的形成产生不利影响.     

注射成形填充模拟的修正算法

为提高注射成形过程数值模拟结果的准确性,采用类似迎风法的概念,通过对平流方程作为填充状态控制方程而导致模拟失真原因的分析,提出了相应的数值修正算法.该方法在高效显式数值模拟算法和有限元软件基础上,通过对模型内流体速度场的系统性操作,削弱空气流动速度场对喂料填充的不真实影响,使得填充状态的输送更基于流动前沿面后部的流场作用,并对⊥型和L型模腔进行了数值仿真.结果表明:该方法能有效抑制填充流的失真现象,实现了在流动过程中流向发生大角度变化模腔的正确填充过程.      

基于ANSYSWokbench的车轮热容量分析

为了真实模拟地铁车辆在整个运营时踏面制动过程中温度场的分布情况,采用ANSYSWorkbench软件建立某地铁车辆的车轮热容量计算模型,采用热流密度法,分析地铁车辆在一个往返运行过程中车轮的热容量情况．结果表明,地铁在频繁启动制动过程中造成热量积聚,从而导致车轮温度升高,车辆运行至6457．7s时,车轮最高温度达到446．88℃;并给出最高温度时刻车轮的温度场分布,分析结果为车轮安全性设计以及进一步研究提供依据．     

Research on flow loss of inlet duct of marine waterjets

In the process of performance prediction of waterjet system,the flow loss of inlet duct is usually reckoned by the rule of thumb. But its value is often overestimated to some extent,resulting in error of prediction accuracy. This paper introduces a new method to determine the flow loss by means of computational fluid dynamic (CFD). Firstly,the fluid field around waterjet system is simulated by solving the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations using commercial CFD code Fluent. Then an additional U...     

矿用多级泵水力性能的数值模拟及性能预测

以矿用多级泵为研究对象,运用CFX软件,采用基于非结构网格的SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型对矿用多级泵内部流场进行数值模拟,得到了流场的速度分布和压力分布.选用多相流Mixture模型进行空化模拟,显示首级叶轮的进口背面区域有空泡集聚,通过增大叶轮进口正冲角改善了气蚀状况,并进行了优化模拟验证,同时对多级泵的模拟性能曲线进行了预测,预测结果与实验性能曲线相吻合.     

斜拉桥钢桥面板顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群数字疲劳试验

为研究多场耦合作用下斜拉桥钢桥面板疲劳裂纹的扩展机理,建立了跨尺度斜拉桥全桥数字疲劳试验模型;通过模拟顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处多道焊缝的焊接全过程,将焊接残余应力引入数字疲劳试验模型中;基于扩展有限元法,在多场耦合作用下对顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处典型疲劳裂纹进行扩展机理的数字断裂参数分析与扩展行为的数字疲劳试验。研究结果表明:在顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处存在较大的残余拉应力,其最大值接近钢材的屈服强度,焊接残余应力对钢桥面板疲劳性能的影响不可忽略;后续焊缝会影响已有焊缝区域的应力场分布,在分析计算多道焊缝影响区域的焊接残余应力场时,需模拟多道焊缝的焊接全过程;在恒载应力场、活载应力场和焊接残余应力场的多场耦合作用下,按复合型裂纹扩展的工程准则,顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处4种典型疲劳裂纹的最大等效应力强度因子幅均大于疲劳裂纹扩展阈值,均将在疲劳循环荷载作用下发生疲劳扩展;在多场耦合作用下,过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊趾处疲劳裂纹和U肋侧焊趾处疲劳裂纹均为以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹,Ⅱ型和Ⅲ型裂纹的影响不容忽略;过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊根处疲劳裂纹和横隔板过焊孔边缘处疲劳裂纹均为Ⅰ型裂纹;建立的多场耦合作用下多尺度数字疲劳试验可为运营阶段大跨度桥梁钢桥面板疲劳裂纹的扩展提供分析与模拟方法。      

基于FLUENT的硅油减振器热片散热性能分析

散热片的散热性能好坏严重影响硅油减振器的使用寿命.利用计算流体力学软件FLUENT,建立了硅油减振器散热片的三维模型,模型中将热场与流场进行了耦合;通过对散热片表面的温度分布特性、空气流动特性和散热率进行数值模拟,研究分析了散热片不同结构型式对其散热性能的影响.本文的分析方法可用于指导硅油减振器散热片的设计和选型.     

电气化列车车体内工频磁场环境测试分析与建模

为了获取不同类型电气化列车车体内通过窗口的工频磁场透入量及其分布特性,根据高速列车、动车、普通列车车体内磁场测试数据以及GB/T 243382009《轨道交通电磁兼容》对磁场测试结果进行了分析;结合电气化铁路供电及车体结构特点,建立了列车窗口工频磁场电磁感应模型,并将模型理论计算结果与实测结果进行比较.结果表明:车体内实测磁场分布与该模型的理论计算结果吻合,窗口透入工频磁场与牵引电流正相关;模型计算结果与实测结果之间的误差可控制在5%,验证了模型的正确性.      

高压小流量离心泵三维建模及流场分析

离心泵内部流场区域的模型是进行泵内流体动力学分析的载体,模型的精确与否将会影响对泵内流体动力学分析结果．真对高压小流量离心泵,应用Pro／E软件对离心泵内部流场区域进行了三维建模,应用FLUENT软件对其内部流场区域的压力分布、速度分布进行了数值仿真．结果表明：通过对高压小流量离心泵流体动力学数值仿真,可以得出高压小流量离心泵内部流场状况,为进一步对高压小流量离心泵进行优化设计提供了理论参考．     

基于Marc和遗传算法的焊接工艺参数优化

焊接变形的大小主要受焊接速度、焊接电流、电压、送丝速度、焊接顺序等工艺参数的影响.根据焊接热加工特点和实际需要,针对设计变量数目繁多、类型多样的焊接工艺,采用遗传算法与有限元分析相结合的方式,对重点参数进行了优化.以二维平板对接焊的模型为例,以工件最小焊接变形量为优化目标,经过遗传算法进化后,结合有限元方法进行每组参数组合的焊接过程热力耦合分析,找出焊接能量和焊接速度的最优组合,为焊接工艺的优化和制定提供科学的评价和预测.     

自然对流影响结冰的数值模拟及实验研究

为了了解在结冰过程中水的自然对流对蓄冰桶内温度分布的影响以及水的实际的流动情况,利用数值模拟软件对竖直铜管结冰过程进行了研究,通过实验对数值模拟得出的温度分布进行了验证。从数值模拟计算得出:靠近管壁的底角出现了和主流区流动相反的漩涡,且随着时间的推移漩涡不断向上移动;纵向温度分布出现了翻转现象,径向温差很小;且密度翻转现象对冰层的轮廓有影响,使得冰层出现倒锥形。