多物理场耦合

摘要： 针对地铁车辆轴温实时监测系统自供能的问题,文中提出了一种新型悬浮磁体结构的双自由度轨道车辆轴箱振动能量采集器,以便将车辆轴箱工作环境中存在的振动能转换为电能。基于机械集总系统模型和机电耦合模型,通过多物理场耦合构建了双自由度振动能量采集器有限元模型。加入内圈辐射充磁磁体,设计了新型悬浮磁体结构,并研究了在简谐激励下振动能量采集器的输出特性。与铜块-永磁体复合式悬浮磁体结构相比,该结构输出性能提高了165%,俘能系统峰值输出电流为63.0 mA,峰值功率为13.22 mW。文中研究内容为提升磁悬浮式振动能量采集器的响应特性和输出性能提供了理论支撑。

摘要： 深度融合固封极柱是智能型ZW32柱上真空断路器的关键部件,其性能对断路器整机可靠性至关重要。文中从传感器选型、多物理场协同分析、试验等方面,开展深度融合固封极柱的设计与试验研究;最终完成以陶瓷电容、高压电阻、低功耗电流互感器为传感器件的样机研制;所进行的各项测试及实验表明该产品达到设计预期。

摘要： 重复压裂是缓解煤层气产量下降,提高采收率的有效方法之一。为了解决传统三维静态模型无法预测强非均质性储层在生产过程中地应力变化的问题,以沁水盆地东南部煤层气储层为例,围绕煤层气开采条件下渗流—应力耦合的四维地应力演化问题,创建了煤层气藏有限差分渗流矩形正交网格和有限元地质力学三维四面体网格的数据动态相互映射子程序,结合煤岩储层的非均质性和煤层气藏地质模型,建立了基于地质工程一体化的煤层气储层四维地应力多物理场耦合模型。研究结果表明:①地应力反演结果与现场测试结果误差小于8%,证明了本文提出的四维地应力模型具有较高的计算准确度;②经过14年的开采,目标区内孔隙压力下降了约0.70 MPa,最大水平主应力下降了1.14~1.54 MPa,最小水平主应力下降了1.79~1.87 MPa;③天然气产量较高的井周附近,地应力方向有明显偏转;对比6口重复压裂备选井地应力变化强弱,P9井地应力偏转程度高,对该井3#煤层重复压裂施工,取得了较好的增产效果。结论认为,研究成果可为煤层气等非常规油气藏的排采制度调整、加密井井壁稳定性分析、重复压裂优化设计等提供技术支撑和借鉴。

摘要： 针对覆铜陶瓷板(DBC)展开设计,以4500 V高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为研究对象,提出了一种多物理场耦合下的高压封装设计思路。首先得到了DBC结构与三相点处电场强度的关系,并建立了DBC热阻和寄生参数的数学模型,采用Fmincon算法优化DBC结构参数,在保证绝缘及电磁性能基础上尽可能减小DBC带来的热阻。接着通过有限元仿真验证了优化后模块结壳热阻降低了13%,同时优化后模块内三相点周围最大电场强度下降。最后对所设计的高压IGBT模块进行封装与测试,在10kV绝缘耐压测试中证明了高压模块良好的绝缘性能,并在2800V/30A条件下证明了其良好的开关性能,对其进行瞬态热阻测试证明其较好的散热性能。

摘要： 126 kV GIS设备作为城市电网建设中的重要设备,需要更加小型化来降低变电站的土地使用面积,而温升是制约设备小型化的关键因素之一。文中建立126 kV GIS三相共箱型隔离开关及母线电磁⁃热⁃流耦合三维模型,通过对开关设备总体发热和散热研究,分析了三相共箱型结构不同布置方式产生的不同功率损耗,并基于温度场仿真研究得到了各零件的温升分布。该隔离开关及母线按照国标要求通过了温升型式试验。将温升仿真结果与试验结果进行对比,仿真误差小于10%,验证了仿真的准确性,为三相共箱型GIS开关设备的小型化设计提供有效的理论和技术支撑。

摘要： 过钻具偶极声波测井仪能够提供详细的岩石物理数据,评估地层各向异性和裂缝,确定最小应力方向,可满足非常规水平井对压裂设计和优化的市场需求。通过数值模拟计算不同材料、不同结构、不同尺寸、不同边界条件下单极换能器和偶极换能器的声学性能,得到了单极换能器和偶极换能器关键设计参数。通过模拟换能器骨架、油腔和透声窗之间相互耦合作用对能量辐射与频谱的影响,形成了单极换能器和偶极换能器设计方案。通过模拟分析整支仪器在声学压电效应电路的多物理场耦合测井响应,进行了换能器优化设计,完成了数值模拟驱动的仪器设计。研究对于过钻具偶极声波测井仪设计、研发及应用具有指导意义,为加快过钻具测井技术研发与推广提供了技术支持。

摘要： 固体氧化物燃料电池(SOFC)内存在复杂的多物理场传递过程,这些过程对电池的性能具有重要的影响.以某实际生产的SOFC为对象,建立了其三维模型,模型描述了以合成气为燃料时其内部发生的传质、传热、化学及电化学反应等多物理场过程.根据模拟结果,给出了两种合成气组分下电池内温度、气体组分、化学反应速率以及电流密度等参数的分布.结果显示:电池内温度分布很不均匀,且合成气中H_(2)初始含量对电池内温度分布具有重要影响,H_(2)含量越小,电池内最高温度越低,但局部区域温度梯度会变大;化学反应速率和电流密度分布也不规律,其大小都受到当地温度和气体成分分布的影响,且电流密度最大值处于肋片、流道和电极的交界处.

摘要： 针对10kV高压开关柜内部短路电弧引发的爆炸造成二次伤害的问题,该文从开关柜柜体和柜门安全裕度比较的角度出发,提出提高开关柜安全裕度的计算方法和设计建议。采用热源等效和分舱建模的方式,利用多物理场耦合的有限元仿真,对开关柜在短路电弧冲击作用下的安全裕度进行仿真计算。以电缆室为例,得出电缆室柜体和柜门的安全裕度值(分别为51%和2%),指出影响开关柜安全裕度的关键在于提升柜门的安全裕度值。提出在柜门内侧覆盖陶瓷化硅橡胶高分子复合耐火材料的方法来提升柜门的安全裕度,在电缆室柜门内侧压强较大区域覆盖3mm厚的陶瓷化硅橡胶高分子复合耐火材料,可将柜门的安全裕度提升至70%,进而提升开关柜的整体安全性能。与传统提升方法相比,更具针对性,促进设备向轻质化发展,为10kV开关柜安全等级提升提供了新的解决思路与方法。

摘要： 为保证鼓风机用电机在高转速下不产生过温的情况,针对一种表贴式高速永磁同步电机提出了新型转子结构。通过应用有限元法对该转子的护套材料、护套厚度进行合理的选择降低电机高速状态下产生的损耗,采用自适应滤波滑膜观测器对高速电机进行无位置矢量控制提高控制精度。最后通过多物理场耦合方式对整个电机进行温度仿真,实验结果表明当电机选择3 mm钛合金转子护套、磁钢采用永磁体N35UH、耐温180°C时,不会出现磁钢退磁的情况。

摘要： 为解决电动汽车车用高功率高速电机需要满足电磁、应力与温升多种需求的问题,本文提出一种全面多物理场的综合分析方法。以车用30 kW 8极内置式永磁同步电机为例,提出一种新型冷却方式——铁芯嵌入铜管直接冷却法。首先,运用有限元法对定子槽的槽深与槽宽比γs进行电磁设计优化;然后,通过对该电机的电磁损耗、流体流速、应力变形、热场变化等进行多物理场的耦合计算,达到降低损耗、增加输出转矩的目的,并满足电机高效散热以保证车用电机的安全运行;最后,对样机进行温升性能实验,实验与理论设计误差小于5%,验证了电机设计的合理性,同时该方法为车用永磁电机的设计提供一些参考依据。

摘要： 由于磁饱和式可控电抗器的控制绕组中通入的是直流电流,从而使得电抗器铁芯中流入直流磁通,受直流磁通的影响,电抗器的振动增强、噪声加大、空载损耗增加.目前对磁饱和式可控电抗器的研究主要集中在油箱损耗和铁芯损耗上,对振动和噪声的研究还很少.本课题通过仿真分析手段研究控制电流对磁饱和式可控电抗器铁芯振动噪声的影响,为在设计上减少其振动噪声提供理论依据与实验指导,提出了基于商用软件分析不同控制电流下振动噪声的研究方法,完成电、磁、结构力与声场的多物理场耦合计算.

摘要： 盐岩的THM耦合(温度-渗流-应力耦合)问题对深部盐穴地下储库工程发展具有重要实际意义.采用数值仿真方法,考虑材料的非均质性及多物理场耦合作用下,运行内压变化对盐穴储库围岩变形破坏规律的影响.研究结果表明:距离盐穴越近,围岩位移、主应力及塑性区变化明显,在距离盐穴3倍最大半径范围内围岩受内压变化波动较明显.内压的增大,围岩位移逐渐变小,主应力均减小,且变化趋于平缓.温度发生扩散集中在距盐穴为1倍半径范围内,且内压越大温度扩散越剧烈.内压不同也会造成孔隙压力分布规律的不同,内压越低,盐穴围岩的孔隙压力变化程度越剧烈,随远离盐穴而逐步趋于稳定.该结论可为复杂环境(温度、应力、水)进行盐穴的设计及保障其安全运行提供参考价值.

摘要： 电容液位计是目前国内氢氧火箭发动机试验中液氢、液氧液位和流量测量的主要设备.为了保证设计的合理性和测量精度,需要考虑低温热力学对液位计应力、应变的影响.本文基于多物理场耦合有限元分析理论,进行热-结构耦合分析.以液氧贮箱中的电容液位计为分析对象,充分考虑发动机试验供应低温推进剂时,材料低温非线性热物理性能影响、不同气液分界面高度影响、贮箱压力影响、低温流体压力影响、重力影响等共同作用,确定低温贮箱内液位计的温度、应力和应变分布及内在规律.仿真计算结果可以直观、有效地反映实际工况下低温环境对液位计的影响,对工程设计具有积极作用,如应力分布和低温收缩量可以指导液位计的材料选择、连接补偿设计以及精度校准等工作.

摘要： 平流层浮空器是当前航空领域的研究热点之一,平流层飞艇作为临近空间持久驻留平台的主要形式,其总体布局、飞行机理以及工作模式显著不同于传统飞行器,提出了一系列飞行控制研究的新课题.本文综述了飞艇控制领域已有的研究成果,系统分析了姿态控制、航迹控制以及定点控制的研究应用现状.针对平流层飞艇的环境特性和应用特点,提出了需进一步研究的重难点问题,包括多物理场耦合与协调控制、上升段航迹优化与控制、高精度定点控制、异类执行机构复合控制等,并对今后的发展趋势进行了展望.

摘要： 熔盐堆堆芯物理分析不同于传统的固体燃料反应堆，由于燃料流动的特点,堆芯中缓发中子先驱核浓度不仅与中子通量分布相关，还受到燃料盐流动的影响。针对熔盐堆堆芯中多物理场非线性耦合的特性，采用点堆模型方程与二维对流扩散方程、热流体动力学方程相结合建立耦合模型，求解二维稳态条件下熔盐堆堆芯主要物理参数分布,并在稳态条件基础上，引入三种阶跃扰动计算堆芯燃料盐温度在温度负反馈作用下的动态变化过程进而对熔盐堆堆芯固有安全性进行分析。结果表明，堆芯在温度负反馈作用下能够快速达到稳定,模型将燃料盐流动特性和缓发中子先驱核浓度空间效应考虑在内,更加接近熔盐堆堆芯真实情况。

摘要： 在微波湿法冶金过程中，冶金物料一般是流体，模拟其动态加热过程具有重要意义。建立了微波加热流体的三维有限元仿真模型，运用多物理场耦合软件COMSOL模拟了具有不同流速和介电损耗的流体的微波加热动态过程。结果表明，能量的转换依赖于流体的电磁特性，可通过调节流速和改变流体介电损耗来控制流体的加热温度和加热速率。研究结果对于深入理解和优化微波动态加热流体过程有指导作用。

摘要： 在核能相关产品和工程的设计过程中,CAE分析越来越成为一项关键技术,ANSYS作为起源于核能行业的高端CAE仿真工具,具有满足核能工业相关规范要求的质量保障,使其在核能行业获得了非常广泛的应用.在核能设施的MCAE结构力学分析领域、CFD流体力学分析领域、以及电磁场和多物理场耦合分析领域等等方面,ANSYS都具有不可替代地位.

摘要： ADINA非线性问题和动力学问题以及多物理场耦合分析的强大功能,使得ADINA在水利工程领域扮演了越来越重要的角色.ADINA可以用来解决各种工程钢筋混凝土结构开裂问题的分析,复合地基的承载计算,模拟地下空间开挖支护,计算边坡的稳定性,浅埋水工管道施工以及混凝土面板堆石坝的抗震分析,带裂纹地震的响应分析以及其他水利工程施工过程模拟.

摘要： 随着桥梁工程建设规模的扩大,对深水基础施工技术的要求也越来越高。以实际特大型桥梁工程为例,研究桩基施工平台的关键技术,为今后同类工程总结经验并提供技术参考。总结了深水桩基施工平台在结构方案、设计计算等方面的改进与创新;并针对该施工平台的特点进行了力学性能分析,包括对单桩的多物理场耦合有限元分析、利用"时间冻结法"对施工平台形成过程及使用阶段的多工况分析。分析结果表明,高流速下单桩桩体的遮流效应十分明显;单桩悬臂状态的应力变形接近允许值,且与规范推荐的水流荷载等效值作用结果相近;钻孔区平台的刚度随着钢护筒和钢管桩的沉设与连接而逐渐形成;平台使用阶段上部荷载对于下部结构水平位移的影响不显著等。在验证平台结构方案安全可靠的基础上,对其设计方法、施工控制、研究方向给出了一些建议。

摘要： 复杂微系统的模拟要求建立统一的,适合于植入电网络仿真器计算的系统级模型.以热力学概念作为通用理论框架,建立多畴耦合微系统通用模型的-般性理论.利用热力学共轭参量"流"和"势"统一表达从属于不同物理域子系统的端点特性,可建立各个子系统多端口组件模型.结合广义的Kirchhoffian网络理论,建立适合于电网络仿真器计算的MEMS系统级模型.便于对MEMS系统进行反复模拟和优化设计.以静电微泵为例,阐述了这一建模方法的有效性.

摘要： 本发明公开了一种基于多物理场框架的堆芯物理‑热工耦合模拟方法，能够将非基于多物理场框架开发的中子物理程序和热工水力程序集成到框架中，实现其在多物理场框架驱动下的物理‑热工耦合计算。步骤如下：1、在中子物理程序和热工水力程序中对堆芯和计算时间设置；2、在多物理场框架中建立堆芯网格；3、使用多物理场框架调用中子物理程序进行稳态计算，传递计算得到的功率；4、使用多物理场框架调用热工水力程序进行稳态计算，传递计算得到的热工水力参数；5、重复步骤3到步骤4直至燃料温度收敛；6、调用中子物理程序进行瞬态中子物理计算；7、调用热工水力程序进行瞬态热工水力计算；8、重复步骤6到步骤7完成所有时段的计算。

摘要： 本发明提出了一种流场耦合相场的确定多相烧结的形貌和物理场的方法，主要包括烧结相场模型的建立以及算法的提出，具体步骤如下：构建描述多相烧结过程的多项式型自由能；构建Navier‑Stokes方程、Cahn‑Hillard方程与Allen‑Cahn方程耦合的多相烧结相场模型；对Navier‑Stokes方程、Cahn‑Hillard方程与Allen‑Cahn方程构造空间差分格式和时间差分格式进行有限差分的求解；利用SIMPLE算法编写程序得到耦合模型的数值解；输出保守型相场、速度场变量、压强场变量模拟结果。本发明模型将相场理论与流场Navier‑Stokes方程耦合起来，能够定量分析烧结过程中形貌演化和速度场变化方式，为模拟颗粒重排、熔体渗透等烧结过程奠定了技术基础。

摘要： 本发明公开了一种基于多物理场框架的堆芯物理‑热工耦合模拟方法，能够将非基于多物理场框架开发的中子物理程序和热工水力程序集成到框架中，实现其在多物理场框架驱动下的物理‑热工耦合计算。步骤如下：1、在中子物理程序和热工水力程序中对堆芯和计算时间设置；2、在多物理场框架中建立堆芯网格；3、使用多物理场框架调用中子物理程序进行稳态计算，传递计算得到的功率；4、使用多物理场框架调用热工水力程序进行稳态计算，传递计算得到的热工水力参数；5、重复步骤3到步骤4直至燃料温度收敛；6、调用中子物理程序进行瞬态中子物理计算；7、调用热工水力程序进行瞬态热工水力计算；8、重复步骤6到步骤7完成所有时段的计算。

摘要： 本发明涉及一种多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法，属于材料微观力学性能测试领域。通过在夹具上加工凹槽，试件置入凹槽后通过压板压紧，实现夹具向试件施加拉伸、弯曲、扭转等机械载荷。通过氮化硅加热片与试件接触进行传导加热，并通过热电偶实现温度反馈，实现对被测样品施加热场加载。通过向试件通入可控电流实现对试件样品的电场加载。通过两个磁感应线圈，实现对被测样品的磁场加载。结构简单紧凑、方法科学合理、性能稳定可靠，可实现对被测样品材料的大范围温度加载、精确的电流加载以及可控的磁场加载，能够为材料试验提供更接近服役条件下的复合载荷加载及热场、电场和磁场的模拟，具有重要的理论意义和应用价值。

摘要： 本发明涉及一种多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法，属于材料微观力学性能测试领域。通过在夹具上加工凹槽，试件置入凹槽后通过压板压紧，实现夹具向试件施加拉伸、弯曲、扭转等机械载荷。通过氮化硅加热片与试件接触进行传导加热，并通过热电偶实现温度反馈，实现对被测样品施加热场加载。通过向试件通入可控电流实现对试件样品的电场加载。通过两个磁感应线圈，实现对被测样品的磁场加载。结构简单紧凑、方法科学合理、性能稳定可靠，可实现对被测样品材料的大范围温度加载、精确的电流加载以及可控的磁场加载，能够为材料试验提供更接近服役条件下的复合载荷加载及热场、电场和磁场的模拟，具有重要的理论意义和应用价值。

摘要： 本发明涉及一种基于多物理场耦合仿真优化的涡轮叶片非均匀温度场调试方法，步骤为：(1)建立涡轮叶片三维模型，根据涡轮叶片温度考核要求，确定叶片外壁工作温度范围；(2)对电磁线圈进行参数化建模，分析线圈几何参数灵敏度，选取设计变量；(3)对设计变量抽样，计算每组抽样点下叶片考核截面考核点的外壁温度，重复计算，由全部抽样点及模拟结果生成代理模型；(4)在满足考核点温度范围要求的参数组内选取与危险点考核温度误差最小的参数组，作为电磁线圈设计参数；(5)利用步骤(4)参数通过3D打印技术制作电磁线圈。本发明节省大量试验成本、提高试验操作安全性、提高试验效率。

摘要： 本发明公开了一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，首先，建立电抗器三维仿真模型；然后，基于场‑路耦合的电磁学理论，采用有限元法求取电抗器各层电流，计算各层绕组损耗，进而计算出电抗器单位体积热密度；最后，基于流体‑温度耦合的传热理论，以电抗器单位体积热密度作为热源施加参数，采用有限体积法求解电抗器温度分布。本发明计算的电抗器温度场分布为电抗器的结构性能优化、温度的在线监测提供了理论依据。

摘要： 本发明公开了一种多物理场耦合谐振器的仿真方法和装置、存储介质和终端，其中方法包括获取待求解谐振器模型，识别待求解谐振器模型中的多个物理场；对待求解谐振器模型进行立方体网格划分，并将网格划分后的待求解谐振器模型分为多个网格区域，通过有限元法获取所有网格区域的系统矩阵；其中系统矩阵中的自由度向量包含待求解谐振器模型中多个物理场的物理场分量基于对矩阵中相同物理场分量进行耦合的方式，将所有网格区域依次进行拼接，以获取待求解谐振器模型的系统矩阵；对待求解谐振器模型的系统矩阵进行求解，以获取目标求解物理量。本发明实现谐振器中多物理场的仿真结合，减少了求解的时间，同时也减小了需要计算矩阵的内存。

摘要： 本申请提供了一种高深宽比纳米间隙多物理场耦合探测平台及其探测方法。本申请提出的高深宽比纳米间隙多物理场耦合探测平台包括第一导电件、第二导电件、以及微电极连线，其中，所述第一导电件和第二导电件之间具有深宽比介于1:1‑300:1，宽度为5‑100nm的纳米间隙，并且微电极连线分别连接所述第一导电件和所述第二导电件，用于向所述第一导电件和所述第二导电件之间的纳米间隙引入电信号。通过获得深宽比介于1:1‑300:1的纳米间隙和将多种物理信号引入所述纳米间隙中，高深宽比的纳米间隙大大提高了光的共振模式与电场有效范围，能够同时与光场、电场与磁场等多种物理场的至少两种发生相互作用。

摘要： 本发明涉及SF6断路器开断过程理论分析技术领域，公开了一种SF6断路器灭弧室内开断过程多物理场耦合仿真方法，包括采用二维轴对称模型减少计算量；采用简化模型减少模型复杂度；采用实测开断过程触头速度和气缸上部压力变化曲线作为物理边界条件。基于焦耳定律、拉普拉斯方程、纳维‑斯托克斯方程等方程建立多物理场相互耦合关系。基于元素化学计量守恒、道尔顿分压定律、质量作用定律、等离子体电荷准中性条件计算SF6气体热物性参数。本发明简化恰当，数学模型合理，边界条件数据接近实际，计算SF6断路器灭弧室内开断过程各物理场的变化结果准确，有利于揭示SF6断路器的开断过程和原理，对断路器的设计和状态评估提供理论支持。