有限元方法

摘要： 传统的有限元仿真模式都是通过预先建立整体的几何模型,再结合单元生死技术来实现增材过程的仿真计算.由于这一模式需要预先设置好增材构件的整体尺寸及每层高度,因此不适用于需要在增材过程中优化调整工艺的复杂零件的仿真;更重要的是,增材过程逐层累积的变形量会使得计算域偏离预设位置进而出现计算不收敛的问题.为了解决增材制造的数值模拟过程中存在的上述难题,本研究提出了一种新的逐层建模的有限元计算方法.该方法采用逐层建模逐层计算的方式进行仿真计算,仿真过程与实际的增材过程一致,彻底解决了变形累积导致的计算不收敛问题的发生.首先,基于ABAQUS有限元软件,分别采用整体建模和逐层建模两种方法建立了20层的电弧增材制造(WAAM)仿真模型,并分别进行了热力耦合仿真计算.计算结果表明:逐层建模法获得的温度场和应力应变场的结果与传统整体建模法的基本一致,初步证明了所提出的逐层建模法对模拟增材过程的可行性.其次,为了分析逐层建模法对增材过程的变形累积敏感性问题,设计了一个单边约束的WAAM试验,并采用上述两种建模方法分别进行了仿真计算.计算结果表明:传统的整体建模模型计算至第2层就因为变形过大而被系统终止计算,而逐层建模模型则成功地完成了计算,而且计算结果与试验测试结果基本吻合,证明了该方法对变形累积不敏感的独特优点.

摘要： 针对一类三维Poisson-Nernst-Planck方程,给出一种边平均有限元离散形式.在适当的网格条件下,该离散形式得到的总刚度矩阵为M-矩阵,从而保证了数值解的非负性.数值实验结果表明,边平均有限元方法相比于标准有限元的CPU时间更短,且误差较小.

摘要： 背景:目前还没有就骨质、种植体直径与长度对初期稳定性影响的综合研究.目的:以载荷下种植体-骨界面的微动大小作为种植体初期稳定性的评价指标,探究骨质、种植体长度与直径对种植体初期稳定性的影响.方法:依据Zarb和Lekholm提出的骨质分类方法,建立Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,IV类骨质的下颌骨模型.参照士卓曼种植体参数,建立不同直径与长度的种植体模型,种植体直径分别为3.3,4.1,4.8 mm;长度分别为6,8,10,12 mm.应用有限元方法,对模型加载两种载荷(100,250 N),进行垂直和倾斜方向加载.分析比较各组模型中种植体-骨界面的微动分布情况.研究方案的实施符合《赫尔辛基宣言》和大连大学机械工程学院的相关伦理要求,受试者对影像资料采集及用途完全知情同意并签署了"知情同意书".结果 与结论:①垂直加载下,颌骨骨质较好时种植体-骨界面的微动峰值出现在皮质骨区,颌骨骨质较差时种植体-骨界面的微动峰值出现在松质骨区;倾斜加载下,4类骨质下颌骨中种植体-骨界面产生的微动峰值都在皮质骨区;②在4种加载方式下,种植体的初期稳定性都随骨质的减弱而降低,随种植体直径与长度的增加而升高,且种植体直径对种植体初期稳定性的影响比长度大.

摘要： 背景:目前还没有就骨质、种植体直径与长度对初期稳定性影响的综合研究。目的:以载荷下种植体-骨界面的微动大小作为种植体初期稳定性的评价指标,探究骨质、种植体长度与直径对种植体初期稳定性的影响。方法:依据Zarb和Lekholm提出的骨质分类方法,建立Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,IV类骨质的下颌骨模型。参照士卓曼种植体参数,建立不同直径与长度的种植体模型,种植体直径分别为3.3,4.1,4.8 mm;长度分别为6,8,10,12 mm。应用有限元方法,对模型加载两种载荷(100,250 N),进行垂直和倾斜方向加载。分析比较各组模型中种植体-骨界面的微动分布情况。研究方案的实施符合《赫尔辛基宣言》和大连大学机械工程学院的相关伦理要求,受试者对影像资料采集及用途完全知情同意并签署了“知情同意书”。结果与结论:①垂直加载下,颌骨骨质较好时种植体-骨界面的微动峰值出现在皮质骨区,颌骨骨质较差时种植体-骨界面的微动峰值出现在松质骨区;倾斜加载下,4类骨质下颌骨中种植体-骨界面产生的微动峰值都在皮质骨区;②在4种加载方式下,种植体的初期稳定性都随骨质的减弱而降低,随种植体直径与长度的增加而升高,且种植体直径对种植体初期稳定性的影响比长度大。

摘要： 为了研究不同滚动工况对机械弹性智能车轮加速度信号的影响,采用有限元分析方法研究速度、附着系数、载荷对接触应力和加速度信号的影响以及车轮不同位置的加速度信号的差异性。结果表明:速度和地面附着系数对法向接触应力分布影响不大;路面附着系数增大导致摩擦应力分布的不均匀性增加,载荷增大导致接地区域接触应力最大值增大。车轮速度增大,加速度峰值幅值增大,加速度峰值时间间隔减小;载荷增大,加速度峰值时间间隔增大;纵向附着系数功率谱能对地面附着系数进行区分;輮轮中间加速度信号更适合用于侧偏特性研究,通过侧向加速度信号积分得到侧向位移,可用于侧偏角估算。

摘要： 以修正剑桥模型作为小麦堆的应力与应变关系本构模型,使用有限元方法计算平房仓中小麦堆的应变分布值,由应变值与小麦堆表层孔隙率(无压缩)计算出平房仓中小麦堆的孔隙率分布值。结果表明:在平房仓内的同一粮层中,小麦堆孔隙率随距仓壁的距离减小而增大,在粮仓的拐角处小麦堆孔隙率达到该层的最大值,在该层的中间位置达到最小值;粮层深度越深,该层的孔隙率分布越不均匀;平房仓中小麦堆粮层平均孔隙率随着粮层深度的增加而减小;平房仓内小麦堆粮层平均孔隙率随含水率的增加而增大;平房仓中小麦堆粮层孔隙率与粮层深度、含水率之间关系方程为:ε_(d)=0.00031MC+0.4236+(-0.0005MC-0.0122)(1-e^(-0.016h^(3)+0.1494h^(2)-0.789h+0.2865))。

摘要： 为了实现填充构件的轻质减重,同时保证填充减重后脐带缆具有足够的刚度与强度,本文选取4种典型截面形状的填充构件进行拓扑优化设计。基于传统密实填充空间定义设计变量,以柔度最小化为优化目标,在强度约束的条件下构建优化模型。同时,建立不同填充形式的脐带缆截面数值模型,以脐带缆的截面径向变形、关键构件应力和构件间接触压力作为评价指标,通过有限元分析对拓扑优化结果进行验证。结果表明:对于案例所选脐带缆,优化后的填充构件在满足脐带缆上述力学性能的前提下总质量减轻14%,为脐带缆结构工程设计提供了有益的参考。

摘要： 高超声速飞行器热防护结构中存在大量不同材料的装配界面,因此在结构热力耦合分析中会产生界面非完好接触、热力耦合等非线性效应。针对传统三维有限元方法在求解此类结构时存在的计算量大、计算效率低的问题,建立了适用于含搭接界面温度场和热力耦合分析的分区连续/间断伽辽金有限元方法,充分考虑材料非线性以及温度和应力相关的接触热阻对结构热力耦合响应的影响,并编制相应的有限元计算软件,形成适应于工程大规模计算的含多材料搭接界面结构的三维传热、热力耦合问题研究的高效高精度计算能力,为我国新型高超声速飞行器热气动弹性特性预测及安全评估等提供研究手段和技术支撑。

摘要： 针对叶盘结构因轮盘外缘出现径向开口裂纹而导致的振动特性变化,基于有限元方法研究了叶盘的固有特性与响应特性,得到轮盘裂纹位置、长度对叶盘振动特性的影响规律,并对固有特性进行实验验证。研究表明:在固有特性方面,轮盘外缘裂纹位置越靠近叶根,裂纹长度越长,对比完好叶盘,叶盘固有频率下降越大,模态局部化参数越大;在频率转向区,叶盘模态局部化参数增大更加明显。在受迫振动响应方面,在频率转向区,轮盘裂纹使叶盘的共振频率分离,共振频率区变宽;裂纹位置越靠近叶根,裂纹长度越长,叶盘振动响应局部化参数越大。

摘要： 基于Oliver-Pharr方法和断裂韧度测试方法成功研制了一台微米尺度压痕测试设备,使用有限元方法对其机械可靠性进行验证,并利用该设备测试了高纯铝和氧化锆陶瓷的力学性能参数,验证设备的测试性能。结果表明:所研制的微米尺度压痕测试设备结构稳定,设计合理,闭环控制稳定性好,噪声水平较低,满足测试要求。采用该设备在不同压入载荷下测得高纯铝及氧化锆陶瓷的硬度、弹性模量以及断裂韧度与使用标准压痕设备测试得到的结果一致,相对误差小于7%,证明了该设备测试结果的准确性。

摘要： 通过对水下全电采油树闸阀系统的使用工况进行分析,结合现有的水下采油树结构,在保证阀门使用性能的情况下,对闸阀系统进行具体的结构设计和受力分析,根据实际工况及相关设计计算公式完成了阀体、阀盖、填料函、阀杆和闸板的结构设计、材料选择以及校核.在此基础上,创新提出了卡块连接的高效机械连接方式,使用ANSYS软件,利用有限元方法对法兰连接、接箍连接和卡块连接三种机械连接方式进行了模拟仿真计算对比,确定了卡块为阀体阀盖的机械连接方案.并对所设计的执行机构进行了极端工况受载分析,通过分析确定本文设计的闸阀结构满足使用要求和安全需要.

摘要： 形变仪器是用于观测区域应力场的变化,从而提取地震前兆形变异常信息.在远离震源的某个特殊区域通常也会出现一些形变异常,但因其震中距较远,其异常与地震的联系很难解释,造成其前兆异常机理不明,很难将此类异常用于地震预报实践中.本文以奉节钻孔应变趋势异常为例，根据其异常特征和震例分析，结合其他观测数据和历史背景资料，对比分析该异常的可信度及观测物理意义;并基于该区域的构造地质特征建立三维模型，进一步利用有限元方法分析其前兆异常机理。

摘要： 定点形变观测用来观测区域应力应变场的变化,包括应变观测和倾斜观测,前者主要观测水平变形,后者主要观测垂向变形.目前多利用趋势分析和频谱分析来提取地震前兆异常信息.但是随着观测手段的日益增多,仪器类型丰富多样,观测原理不尽相同;加之受台址构造环境、地壳介质及应力传递的差异性,造成观测结果一致性较差,前兆异常机理不明确,异常指标因子应用难,严重降低了数据的可信度和实用性.因此，本文以黔江台和奉节台为例，结合仪器观测原理、台址环境、地质资料及地球物理资料，建立有限元模型，并将观测数据耦合于该地质模型中，利用有限元方法分析地壳介质受力后的变形特征，解释观测结果趋势变化的物理意义，并深入分析其前兆异常机理。

摘要： 本文基于动力学理论,以某鼓型输电塔为研究对象,根据实际尺寸进行参数化建模,通过有限元方法对其塔架结构进行了模态分析,提取了该输电塔前20阶的自振频率与振型.模态分析结果展现了鼓型输电塔的动力特性及结构特点,为研究输电塔结构抗震、抗风及其他环境激励提供理论依据和基础.

摘要： 本文利用Abaqus软件,建立了求解轮胎模态固有频率和模态阻尼比的方法,确定了单元类型、有无花纹对求解过程的影响,进行了轮胎模态实验,通过实验结果和仿真结果的比较表明,有限元方法是可靠的,可以应用在轮胎NVH特性的结构优化中.

摘要： 结合先进的数码成像及处理技术,进行精细化的细砂型泥石流过程模型试验.观察试验过程将其发展分成入渗、侵蚀、主破坏及破坏后四个阶段.随细砂含量增加,出现主滑动土体时间加快,土体流动性加强,从宏观上表现出流滑型、复合型及分级渐进的不同破坏形态.从细观角度分析,泥石流过程中土体孔隙率先减小后增大,颗粒平均接触数先增大后减小,颗粒长轴定向发生旋转,分布趋于均匀,水土作用过程复杂.基于有限元方法,通过水土特征考虑砂土非饱和土特性,对降雨入渗阶段的砂土渗流进行瞬态分析.砂土内流速矢量指向逐渐从近乎垂直土体表面过渡至坡脚方向,等势线逐渐往坡脚方向偏转,最大渗流速及渗透力出现在三角形坡面中部,预示即将发生的整体滑动破坏,验证试验结果.

摘要： 本文针对检测器金属指条厚度对声表面波传感器性能的影响进行了理论分析.利用有限元方法提取了不同指条厚度下声表面波检测器负载质量的耦合模参量,结合耦合模模型和P矩阵级联技术,仿真了不同指条厚度下检测器对相同负载的频率响应,对比得到了传感器性能最优化时检测器指条的厚度参量.理论优化了声表面波传感器性能,为进一步实验研究奠定了基础.

摘要： 围绕相关的流固耦合问题,将格子Boltzmann(LB)方法与处理流固耦合问题的浸入边界(IB)方法相结合,通过引入有限元(FE)方法来有效计算固体应力,提出了一种混合IB/LB/FE方法.利用该方法模拟了方腔流内弹性可移动圆盘的运动,验证了方法的有效性,体现了IB/LB/FE方法在处理流固耦合问题上的优势.

摘要： 围绕相关的流固耦合问题,将格子Boltzmann(LB)方法与处理流固耦合问题的浸入边界(IB)方法相结合,通过引入有限元(FE)方法来有效计算固体应力,提出了一种混合IB/LB/FE方法.利用该方法模拟了方腔流内弹性可移动圆盘的运动,验证了方法的有效性,体现了IB/LB/FE方法在处理流固耦合问题上的优势.

摘要： 围绕相关的流固耦合问题,将格子Boltzmann(LB)方法与处理流固耦合问题的浸入边界(IB)方法相结合,通过引入有限元(FE)方法来有效计算固体应力,提出了一种混合IB/LB/FE方法.利用该方法模拟了方腔流内弹性可移动圆盘的运动,验证了方法的有效性,体现了IB/LB/FE方法在处理流固耦合问题上的优势.

摘要： 本发明公开了一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。该有限元网格圆整方法能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明还公开了一种活塞有限元分析方法，其应用了上述活塞销孔的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

摘要： 本发明涉及一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法，该建模方法基于有限元单元节点构建胎面花纹有限元三维网格模型，通过MATLAB编程与AutoCAD二次开发技术并结合HyperMesh软件操作，实现了由胎面花纹二维结构设计图直接生成轮胎有限元三维网格模型，省去了构建胎面花纹三维几何造型的繁琐步骤，大幅提高了建模效率，同时保证了有限元网格单元的高质量特性。本发明由胎面花纹二维结构设计图通过建模程序自动生成轮胎花纹有限元三维网格模型，建模效率比传统方法提高了一倍以上，建模过程科学高效，具有很大的应用价值，并且为子午线轮胎复杂胎面花纹有限元自动建模技术的探索提供了新的思路。

摘要： 本发明公开了一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。该有限元网格圆整方法能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明还公开了一种活塞有限元分析方法，其应用了上述活塞销孔的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

摘要： 本发明公开了一种基于abaqus有限元软件的切石机基础有限元建模及动力仿真分析方法，abaqus有限元软件包括前处理、求解和后处理三大步骤。前处理主要是有限元建模及网格划分；求解是对已建好的有限元模型进行计算；后处理则是对计算结果进行分析、处理。本发明分析方法简单，以切石机基础建立有限元模型，为有限元模拟达到预期的研究效果，能够得到精确地仿真数据。

摘要： 本发明涉及一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法，该建模方法基于有限元单元节点构建胎面花纹有限元三维网格模型，通过MATLAB编程与AutoCAD二次开发技术并结合HyperMesh软件操作，实现了由胎面花纹二维结构设计图直接生成轮胎有限元三维网格模型，省去了构建胎面花纹三维几何造型的繁琐步骤，大幅提高了建模效率，同时保证了有限元网格单元的高质量特性。本发明由胎面花纹二维结构设计图通过建模程序自动生成轮胎花纹有限元三维网格模型，建模效率比传统方法提高了一倍以上，建模过程科学高效，具有很大的应用价值，并且为子午线轮胎复杂胎面花纹有限元自动建模技术的探索提供了新的思路。

摘要： 一种基于有限元超收敛性的静电场光滑有限元数值算法。输入数据，所述数据为数值数据；根据节点编号和节点坐标，对所有节点按照节点序号顺序循环，并判断其是否为内部节点；当节点为内部节点时，确定重构点附近的单元集合，计算重构点附近超收敛点坐标和超收敛点原始梯度，以此计算多项式展开和重构梯度，所述内部节点为至少预设数目的单元的共同节点；当节点不为内部节点时，确定重构点附近的单元集合，计算不同单元中重构点的梯度和重构点梯度平均值。本发明提出了一种高精度、高效率的静电场光滑有限元数值计算方法，在保证计算效率的前提下，极大改善了静电场梯度计算的精度与收敛速度。

摘要： 本发明公开了一种模拟地下水溶质运移的新型有限体积多尺度有限元方法，步骤为：设定粗、细网格单元的尺度，将研究区域剖分粗网格单元，获得多尺度网格；以多尺度网格的粗网格单元上的每一未知节点为基点，连接其周围粗网格单元的中心，获得有限体积网格；求解基于弥散系数的退化椭圆方程以构造多尺度基函数，基于Fick定律构造弥散速度矩阵；在每一有限体积网格上对溶质运移方程进行积分，通过弥散速度矩阵表示弥散项和对流项，获得有限体单元浓度方程；应用QR分解法获得粗尺度浓度值，通过弥散速度矩阵获得细尺度弥散速度值。本发明能够高效模拟多种不同条件下的溶质运移问题，并能有效处理对流占优情况。

摘要： 本发明提供了一种有限长微声学器件的积木式快速有限元仿真方法及系统，包括：获取微声学器件物理模型；对微声学器件物理模型进行特征识别和分组，将相同特征的部分分在一组；对每组内的特征子单元进行分割；选取每个组成部分中的任意一个特征子单元建立有限元模型进行有限元计算，得到所选取的特征子单元的有限元计算结果；将所选取的特征子单元的有限元计算结果代替对应组内其他特征子单元的有限元计算结果，对组内的特征子单元进行拼接，得到各个组的有限元计算结果；将各个组的有限元计算结果进行拼接，得到微声学器件物理模型的有限元计算结果。本发明可以对传统的有限元方法在不降低精确度的情况下进行加速。

摘要： 本发明提供一种基于逆有限元与有限元方法的结构状态监测及载荷识别方法，包括：选用适配的逆壳单元对板壳结构进行离散；基于mindlin板理论计算每个逆壳单元的膜应变、弯曲应变以及剪切应变；在逆壳单元的上下表面选取应变测量点，并在应变测量点上粘贴应变传感器实时测量应变，得到应变测量数据；基于应变测量数据，计算每个逆壳单元的膜应变以及曲率；基于最小二乘方法构造泛函，对节点自由度求导，得到逆壳单元的类刚度矩阵和载荷矩阵并组装，赋予恰当的边界条件，计算结构的位移场；利用有限元方法构建的位移场与加载力向量之间的关系，并利用Tikhonov降低应变采集和位移重构产生的误差，实现对结构的状态信息的监测和载荷信息识别。

摘要： 本发明公开了用于半导体连续性方程的混合流线迎风有限体积有限元方法、模型数值离散系统。本发明混合流线迎风有限体积有限元方法：几何模型的空间离散化；构造控制体积单元的；利用边缘电流密度和矢量基插值来计算出网格内部电流密度；构造单元矩阵方程的；构造系统矩阵方程的。本发明能够较好地应用于半导体器件中漂移扩散模型中电流连续性方程的离散化，对于半导体器件地模拟仿真发展有着推动作用，并且在固体电子领域的数值建模中，相较于流线迎风Petrov Galerkin方法，解决了多维问题求解中边缘计算精度差问题，收敛性更好；相较于FBSG方法，对空间网格质量要求更加宽松，收敛性更好；相较于传统控制体积有限元方法，在迎风函数的优化方面更具灵活性。