关键词： 三维集成电路   微通道   传热特性   有限元分析  

摘要： 微通道因其结构紧凑、换热能力强以及容易制备等优点被认为是应对三维集成电路(3D IC)中高热流密度的散热问题的有效途径之一。为更好地解决三维集成电路中高热流密度问题,以集成矩形微通道的3D IC冷却模型为研究对象,提出了一种具有不同热源层分布的这类结构的数值分析方法。采用三维建模软件Solidworks创建了集成矩形微通道的3D IC的几何模型,通过有限元仿真软件ANSYS 2021R1对其进行热特性分析,研究了4种不同热源层分布下3D IC冷却模型的散热性能。实验结果表明,不同热源层分布对3D IC冷却模型的温度分布有较大影响,通过优化布置各芯片层的热源分布,不仅能够显著降低该3D IC冷却模型的最高温度,还有效地提升了3D IC冷却模型中微通道的换热效率,从而实现了更高效的热管理。

关键词： 内圆磨具   大长径比零件   总体设计   有限元分析  

摘要： 为解决飞机起落架大长径比零件(长径比达1:10)深孔内圆精密磨削难题,本文提出一种新型三段式传动主轴结构的深孔内圆磨削装置。通过将主轴分为前主轴、连接心轴和后主轴三段,有效提升了装置的刚性与回转精度;并结合有限元分析对该装置进行了仿真验证。该装置通过分段式主轴结构创新解决了深孔磨削易弯曲变形的技术瓶颈,为超高强度钢/钛合金零件深孔加工提供了可靠解决方案,实现了长径比>1:10工况下的精密磨削需求。

关键词： 三维桥式放大机构   四杆对称式柔性机构   柔性微定位平台   卡氏第二定理   有限元   仿真  

摘要： 在微定位平台的设计中,引入能够产生高位移放大倍数的三维桥式放大机构,并在此基础上引入了能够有效减少输出端寄生位移的四杆对称式导向机构,从而使所设计的微定位平台能够充分结合二者优势。根据应变能理论、卡氏第二定理、拉格朗日定理,建立该微定位平台的静动态数学模型,理论分析了平台关键尺寸对平台位移放大倍数的影响;并通过计算获得了最优参数下的放大倍数和固有频率,其值分别为19.90和193.26 Hz。通过有限元方法验证了放大倍数和固有频率,其相对误差分别为4.3%和5.9%,从而证明了所改进的微定位平台的优越性能以及理论分析方法的准确性,为放大机构的柔性微定位平台的数学模型构建提供了一定的理论指导。

关键词： 涡轮叶片   大变形   热应力   几何非线性   有限元算法  

摘要： 以航空发动机涡轮叶片为研究对象,基于有限单元法,采用六面体八节点单元,提出考虑几何非线性影响的热应力计算方法;使用B-bar和混合网格技术提高了复杂网格的求解精度;采用更新拉格朗日格式考虑了大变形条件下的几何非线性问题,使用Newton-Raphson迭代方法进行涡轮叶片热应力数值求解。通过缺口平板、立方体、悬臂梁、圆环算例,与ABAQUS对比,热应力、大变形模型的相对精度达到99%;最后讨论了考虑大变形对热应力的影响,在温度、气动、离心力载荷工况下,考虑大变形后,涡轮叶片变形量减小,热应力降低,相对计算精度提高4.67%。提出的考虑大变形的热应力数值算法,可用于涡轮叶片径向间隙设计和服役寿命评估,为航空发动机零部件精细化设计提供理论和计算工具支撑。

关键词： 打磨机   中心机构   机械手臂   有限元分析  

摘要： 轮胎胎侧打磨机作为轮胎表面处理的关键设备,直接影响着轮胎打磨的质量与效率,而打磨机的中心机构和机械手臂作为轮胎打磨工作的关键部件,其结构设计是否合理,直接关系到轮胎打磨步骤能否顺利完成。运用Solidworks对打磨机的中心机构和机械手臂进行三维建模,运用ANSYS Workbench对打磨机的中心机构和机械手臂进行有限元分析,模拟顶缸和卡盘在承受1670 N气缸作用力时相应的应力应变。分析结果表明:顶缸和卡盘的总位移最大值分别为0.010137 mm和0.016355 mm,均在许用范围之内,中心机构刚度满足设计要求。打磨机械手臂的总位移最大为0.038 mm,在许用范围内;打磨机械手臂第二阶模态下的固有频率为66.7 Hz,与其本身的固有频率(15.9 Hz)相差较大,不会发生共振,机械手臂的强度与刚度均满足设计要求。

关键词： 旋转防喷器   有限元分析   力学模型   胶芯  

摘要： 旋转防喷器(RBOP)是欠平衡钻井中必不可少的安全保障设备,其中胶芯是旋转防喷器(RBOP)的关键部件和密封单元,其密封性能决定了旋转防喷器(RBOP)的密封能力。研究了旋转防喷器胶芯的工作机理及故障,依据国家标准和专利建立了胶芯的三维模型。通过分析研究,选择了适合胶芯材料的本构模型Yeoh模型,通过橡胶材料的单轴拉伸试验所获得的实验数据,使用ABAQUS软件拟合出本构模型的待定系数;在ABAQUS软件中建立钻杆与胶芯接触的三维力学模型,研究计算在不同井压下,钻杆与胶芯之间的接触压力大小和变形情况,得到了不同井口压力下,胶芯密封压力的变化规律——当井口压力逐渐增加时,胶芯内锥面开始发生变形,变形随压力的增加而增大,同时,内锥面和主密封面接触发生应力集中的现象;分析了井口压力为0时,钻杆接头通过胶芯内孔时,胶芯接触压力情况,得到了接触压力在胶芯内锥面各个节点的变化规律,为胶芯的失效分析和设计制造提供了理论依据。

关键词： 功率平衡模型   高比例新能源   电压波动耦合抑制   LSTM网络  

摘要： 为改善高比例新能源接入配电网后产生的弃风弃光现象,设计了一种基于功率平衡模型的高比例新能源接入配电网电压波动耦合抑制方法。通过LSTM网络与高比例新能源接入配电网的历史数据实现风电与光伏的参数预测。构建高比例新能源接入配电网的功率平衡优化模型,平衡风电与光伏参数预测下的配电网功率。控制静止同步补偿器的驱动脉冲,实现电压波动耦合抑制。测试结果表明,在两相负荷不平衡的情况下,该方法在0.02 s内迅速实现了电压的稳定;在光伏输出波动且两相负载不平衡的情况下,该方法在0.05 s内实现了电压的稳定。

关键词： 曲线梁桥   纵向爬移   有限元分析   支座  

摘要： 曲线梁桥在公路桥梁建设中应用广泛,但因其显著的弯扭耦合效应与支反力分布不均等特点,梁体易产生偏位与爬移。本文依托浙江省某高速互通工程案例,采用有限元分析软件Abaqus建立精细化模型,考虑了支座与上下垫石之间的非线性摩擦行为,施加线性温度循环荷载,得到了整体升降温循环五次时,曲线梁桥上部结构的纵向爬移特性,为曲线梁桥梁设计阶段合理支承形式的选择与运营阶段爬移病害的防治提供指导与参考。

关键词： COMSOL Multiphysics   天福庙水库   清淤扰动   底泥磷污染物   扩散模型   浓度分布  

摘要： 天福庙水库处于黄柏河流域东支,是宜昌市嫘祖镇的水源地,受周边磷矿开采的影响,2015年以来水库水环境质量不断恶化,为此宜昌市政府对天福庙库区河道实施了生态环保清淤工程。实施过程中发现,清淤船作业时清淤设备吸头会对周边水体及底泥造成扰动,进而可能会对水库水体造成二次污染。为了探究清淤过程导致的底泥沉积物扰动情况,利用COMSOL Multiphysics中的层流和稀物质传递等模块建立水库底泥污染物磷释放模型,基于天福庙水库水质和清淤设备的属性数据,以及前人总结的经验值,模拟清淤扰动过程中不同清淤时间和不同水平扰动范围下底泥的扩散速度分布特征,以及水库底泥和孔隙水中的磷污染物的释放规律,并进一步通过实地模拟底泥扰动实验验证模型可靠性。模拟和实验结果表明:当清淤扰动时间不断增加,底泥及其所含的污染物会逐渐向水面扩散,扩散速度和污染物浓度会随时间的推移而不断增大;在同一清淤扰动时间下,再悬浮液和磷污染物的纵向扩散受水平扰动范围的影响明显,水平扰动范围越大,底泥向水面扩散越多,底泥磷污染物释放浓度越多,对水库水环境质量危害越大。释放初期,水体中污染物浓度增加较为剧烈,孔隙水中的磷污染物释放起主导作用;随后水体中污染物浓度增加速度变缓,后期再悬浮液逐渐混合均匀,垂线上的总磷浓度差距减小,底泥中污染物的释放达到平衡状态。研究发现模型能够对清淤扰动造成的水体总磷浓度变化进行合理预测,为湖泊型深水水库清淤工程实践的防范措施提供了科学依据。

关键词： 充气帐篷   气肋   充气内压   流-固耦合   承载性能   有限元  

摘要： 为分析不同充气内压对气肋式充气帐篷承载能力的影响,建立包含气肋拱、篷布、防风绳的大跨度拱形帐篷结构有限元模型,考虑气肋内气体和膜面的流-固耦合作用以及防风绳受力特性,在80 mm雪载荷和8级风载荷组合作用下求解帐篷结构的变形和应力结果,分析气肋式充气帐篷结构在风载荷和雪载荷组合作用下的承载性能,结果表明帐篷合适的充气内压为300 kPa。