1 同济大学土木工程学院, 上海 200092
2 中建三局集团有限公司, 西安 710065
为研究再生砂粉混凝土的力学性能及细观损伤, 本文基于Python语言对ABAQUS软件进行了二次开发编程, 建立了考虑骨料、新老砂浆基体和界面过渡区的多相三维混凝土有限元模型, 并通过抗压强度试验验证有限元模型的有效性。结果表明, 本文建立的再生砂粉混凝土细观模型可有效模拟其力学性能和细观损伤情况, 抗压强度实测值与模拟值的误差较小, 不超过10.65%; 再生砂粉混凝土试块破坏整体呈“X”形式, 与试验现象基本一致, 初始损伤出现在界面过渡区处, 然后逐渐发展直至贯通, 随着再生细骨料及再生微粉含量的增多, 其损伤扩展程度更加严重, 并且其力学性能也随之下降。
再生砂粉混凝土 多相模型 数值模拟 有限元模型 力学性能 细观损伤 随机骨料 recycled sand/powder concrete multi-phase model numerical simulation finite element model mechanical property damage distribution random aggregate
西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
为了在热仿真时得到可靠的有源层温度分布，采用基于芯片封装结构原型的808 nm高功率半导体激光器单管有限元模型，引入条型区、热沉覆铜层和键合引线等影响因素，研究了高功率半导体激光器单管稳态工作时有源层的热分布特性。在简易模型的基础上分别单独引入并计算了条型区、热沉覆铜层和键合引线对器件有源层平均温度的影响，将这些影响因素同时引入得到了本文新模型，并使用该模型和简易长方体堆叠模型仿真了半导体激光器单管稳态工作下的温度分布，得到有源层的平均温度分别为42.089 ℃和46.405 ℃，使用实验数据计算得到器件有源层的平均温度为41.708 ℃，简易模型的仿真结果误差为11.26％，本文模型的仿真结果误差为0.91％。对同一封装结构参数、不同转化效率和波长的多个高功率半导体激光器单管进行了热特性计算，进一步验证本文模型仿真结果的准确性。
激光器 高功率半导体激光器 有限元模型 单管 热分析 有源层平均温度 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2314003
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学机械工程学院, 重庆 400044
针对基于工业计算机断层成像(CT)图像的逆向设计存在定量分析难、自动化程度低及需要中间环节转化的问题,提出了一种将工业CT图像直接转换为三角网格有限元模型的方法。对CT图像进行轮廓识别后生成有限元模型的内外边界,根据图像像素点坐标信息将图像划分为若干单元,然后采用改进的三角剖分方法生成初始三角网格有限元模型,并对初始有限元模型进行了优化。结果表明,生成的三角网格最大边长比为1~2,最大扭曲角度数为0°~2°,网格质量满足实际工程应用需求的评价标准。并在样件、汽缸头模型上进行了实验,实验结果证明了该方法的可行性。
成像系统 工业计算机断层成像 三角网格 有限元模型 光学学报
2021, 41(14): 1411002
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原030051
该文提出一种新型声表面波三轴加速度传感器, 并对传感器进行了建模和有限元仿真分析, 获得了不同加速度载荷下传感器结构的位移和应变分布。该传感器采用四端五梁结构, 通过谐振器位置和算法的设计消除了温度漂移对x、y轴向加速度响应的影响,并实现了各轴向加速度的解耦。从理论和仿真上验证了所提出的三轴加速度传感器整体设计的可行性。结果表明, 对传感器结构的模态分析为避免实际应用中对传感器的破坏提供了一定的依据。对所设计传感器进行模态分析, 求得传感器的固有频率, 以规避传感器的共振损伤。
声表面波(SAW) 硅酸镓镧 有限元模型 加速度传感器 温度漂移 surface acoustic wave(SAW) langasite finite element modeling acceleration sensor temperature drift
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
4 空间物理重点实验室, 北京, 100076
热电器件中, 界面可靠性是影响整体稳定和功率输出的关键因素。对于方钴矿(SKD)器件, 热电臂和电极通过扩散阻挡层(DBL)连接。在高温下, DBL与SKD、电极之间会发生反应并生成复杂的界面结构, 导致界面附近的热、电、力学性能发生变化。本研究根据实际界面结构建立了包含微观结构的有限元模型, 并将其用于分析方钴矿基元件的界面应力状态。采用单层模型对DBL材料参数进行了筛选, 发现热膨胀系数(CTE)和弹性模量(E)对第一主应力有显著影响。采用包含界面微结构的多层模型定量模拟了不同老化温度、时间下元件内部的应力分布, 结果表明在SKD/Zr和SKD/Nb中, CoSb2反应层最为薄弱, 随着老化时间的延长, 反应层的厚度增加, 界面应力变大。同时, 元件的拉伸试验结果与计算结果吻合较好, 验证了模型的准确性与可行性。本研究为提升SKD/DBL元件的结构稳定性提供了指导, 同时也为精确模拟多层结构中的应力状态提供了研究思路。
热电元件 扩散阻挡层 有限元模型 拉伸强度 thermoelectric joints diffusion barrier layer finite element model tensile strength
1 南阳理工学院电子与电气工程学院, 河南 南阳 473004
2 南阳理工学院生物与化学工程学院, 河南 南阳 473004
本文基于有限元模型, 对船用钢板激光除锈工艺进行了模拟, 并对其参数进行了优化, 当处于2.12~6.00 J/mm2的激光能量密度时, 此时可以有效清除钢板表面存在的锈蚀, 如果能量高出一定范围, 此时将会出现氧化等现象, 为了保持除锈后钢板的清洁度, 使其不低于Sal/2水平, 此时需要确定最佳的除锈工艺。使用点激光除锈技术, 此时沟槽特征将表现的十分规律。沟槽深度与粗糙度Rz之间有显著的相关性。分析基体材料可知, 使用激光除锈工艺技术得到的试样, 其力学性能并未发生显著变化。提高粗糙度Rz的数值, 会使漆膜附着力进一步降低, 控制最佳的Rz匹配范围。如果控制其他条件不发生变化, 分析点激光除锈工艺试样的各项指标, 均与钢板传统喷砂除锈技术相等, 满足实际需求。
有限元模型 除锈工艺 激光 模拟 finite element model rust removal process laser simulation
栅极组件热变形是影响离子推力器工作性能及工作寿命的主要因素, 为研究栅极组件升温过程中温度场分布及变化规律, 探索能较准确模拟栅极温度场的方法, 建立了栅极组件1/12全尺寸有限元模型进行温度场仿真计算。同时, 基于实验室搭建的温度测量平台, 测量了大气环境下加热时栅极组件的瞬态温度变化。对比有限元分析求解与试验过程中的温度场, 加速栅平均误差为14.4%, 屏栅平均误差为9.7%, 双栅最大误差不超过18.4%, 验证了有限元模型及方法的可信度和合理性。
离子推力器 栅极组件 温度场 有限元模型 热分析 ion thruster grids assembly temperature field FEM model thermal analysis 强激光与粒子束
2018, 30(11): 114001
苏州科技大学土木工程学院， 江苏 苏州 215011
基于脉冲测距原理，利用三维激光扫描仪获取不同工况下模型的点云数据，分别从定性和定量两方面对点云数据进行处理，获得了拱桥关键构件的变形信息。提出一种基于标靶点云的桥梁变形检测方法，即采用以面取点的思路，通过圆形标靶轮廓点云来拟合标靶圆心坐标，以获得构件精确的变形值。此外，利用有限元软件建立模型，将计算结果与位移计测量值、有限元模型分析的结果进行对比。结果表明：该方法结合点云获取的桥梁变形数据具有更高的精度，同时避免了单点测量难以获取结构全面变形的缺点。
测量 三维激光扫描仪 脉冲测距 标靶轮廓点云 有限元模型分析 桥梁变形 激光与光电子学进展
2018, 55(7): 071201
中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳621999
大口径反射镜在自重作用下发生变形, 变形过大会引起镜片通光表面的峰谷值较大, 难以满足光机装置打靶精度的要求。建立了典型反射镜结构的有限元仿真模型, 以计算镜片表面峰谷值; 优化了安装柱的位置、尺寸及镜片厚度等参数, 使镜片通光表面形变峰谷值最小。分别采用了基于有限元模型的直接优化和基于代理模型的优化, 均获得了结构最优参数, 使形变峰谷值比初始值降低了74%。相比而言, 基于代理模型的优化还可提供目标量随设计变量的变化情况以及变量灵敏度分析, 更有利于设计决策。当设计变量个数多、范围宽时, 可先根据先验知识或低精度代理模型缩小设计范围, 然后建立紧缩范围的高精度代理模型并进行优化, 可有效避免大量计算。根据“三圆柱”支撑结构的参数优化结果, 建议采用“四圆柱”支撑设计, 以获得更高的面形精度。
峰谷值 有限元模型 优化 代理模型 灵敏度分析 peak-to-valley value finite element model optimization surrogate model sensitivity analysis 强激光与粒子束
2018, 30(6): 062001
1 华南师范大学 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 深圳市联赢激光股份有限公司, 广东 深圳 518055
为系统地分析激光焊接温度场的分布与焊接熔池参数之间的关系, 以TC4钛合金激光焊接为研究对象, 利用ANSYS软件建立有限元模型, 通过模拟计算获得温度场分布云图、热循环曲线。利用计算获得的温度场分布云图、热循环曲线预测激光焊接熔池的形状及停留的时间, 建立激光焊接温度与熔池深度的关系。研究结果表明, 模拟计算结果与实验数据非常吻合, 证明理论分析的可行性; 温度与熔池深度成正比关系, 在一定范围内, 温度越高, 相应的熔池深度越大, 计算结果显示, 焊件表面最高温约为250 ℃, 对应的最大熔池深度约为1.7 mm。
激光焊接 温度场 有限元模型 熔池深度 laser welding temperature distribution finite element model welding pool depth
