真空泄漏分析的案例
【iSolver案例分享46】真空罐模態分析
【iSolver案例分享46】真空罐模態分析
1. 引言：
iSolver為一個完全自主的面向工程應用的通用結構有限元軟件，對標Nastran、Ansys、<a href="/major/Abaqus設計和實現，具備結構有限元常用分析類型和單元、材料、載荷等基礎算法組件，精度和Abaqus一致。本文以真空罐模態分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2. 模型背景
真空罐使用的材料為鋼，彈性模量E＝200 GPa，油松比a＝0.3，使用單位量綱為mm、N、MPa。分析對象為軸對稱三維實體結構，內壓罐底部固支，內側壁面受20MPa的負壓載荷，為了減少計算量，采用四分之一模型進行模態分析。
內壓罐為軸對稱三維實體結構，內壓罐底部固支，內側壁面受20MPa的負壓載荷，為了減少計算量，采用四分之一模型進行模態分析。
3. 建模
創建幾何部件：
圖1 創建幾何
圖2 賦予材料屬性
定義輸出：
圖3 定義輸出
設置邊界條件及載荷：
圖4 設置邊界條件及載荷條件
采用C3D8R單元劃分網格：
圖5 劃分網格
采用iSolver求解器進行計算。
圖6 提交iSolver求解器計算
4. 結果對比
對比兩者的計算結果。以下是前5階固有頻率的對比。
展開 工藝冷凝液管線泄漏原因分析及對策
03
斷口形貌分析
泄漏管段裂紋面斷口形貌見圖3。
裂紋面呈褐色，斷面存在起伏，并存在發亮的金屬小刻面。斷面存在明顯擴展條紋，裂紋啟裂于內壁，有多個啟裂源，形成起裂區，裂紋沿壁厚向外壁擴展，外壁存在多個瞬間斷裂點，形成瞬間斷裂區。
采用掃描電鏡對泄漏管段裂紋斷口面內啟裂區、擴展區、瞬間斷裂區進行觀察。結果表明，泄漏管段裂紋面斷口啟裂區、瞬間斷裂區的微觀形貌均為河流狀解理花樣及扇形花樣，呈解理開裂特征，見圖4。
04
腐蝕坑形貌分析
用掃描電鏡觀察泄漏管段內壁裂紋區腐蝕坑，結果見圖5。
從圖5a可以看出，腐蝕坑邊緣光滑，內部布滿腐蝕產物，從圖5b可以看出,腐蝕圖4泄漏管段裂紋斷口微觀形貌（400×）圖5泄漏管段裂紋區域腐蝕坑形貌坑內局部區域露出金屬基體，基體晶面光滑、晶界清晰。
05
腐蝕產物成分分析
泄漏管段內壁裂紋區腐蝕坑內腐蝕產物形貌見圖6。
從圖6可以看出，腐蝕產物呈顆粒狀，質地致密。
對腐蝕產物進行EDAX能譜分析和能譜圖數據處理，得到腐蝕產物元素組成，見表1。
垢物中含有的Cl元素，在含水環境下，將以Cl-的形式存在。失效工藝管線材質為0Cr18Ni9，對氯化物應力腐蝕開裂較為敏感，Cl-易在垢下、腐蝕坑、夾雜物等缺陷部位富集，為應力腐蝕的開裂創造了必要條件。
展開 ANSYS HFSS 17.1機箱電磁泄漏分析 ￥8.88
本教程主要利用電磁場可視化仿真技術，通過運用電磁場環境仿真軟件ANSYS HFSS 17.1，研究機箱內部輻射源對外部的輻射泄漏情況，分析其電磁場分布的可視化結果，直觀的展示出電磁場分布規律及其傳播特性。采用ANSYS HFSS 17.1軟件，進行機箱的電磁泄漏仿真與分析。包括模型的設計、邊界條件、激勵的設置和求解、查看結果等。
基于MSC+Fatigue的脈動真空滅菌器疲勞分析
針對某些脈動真空滅茵器在未達到使用壽命時內壁就出現裂紋的問題,應用MSC Patran建立其有限元模型,調用MSC Nastran進行應力分析,然后應用MSC Fatigue軟件進行疲勞分析.將所得壽命分析結果與實際工程使用情況比較,發現疲勞不是脈動真空滅茵器內壁產生裂紋的主要原因
基于MSC+Fatigue的脈動真空滅菌器疲勞分析.pdf
使用 COMSOL Multiphysics? 精確分析真空系統中的渦輪分子泵
真空系統的設計研究有時充滿了挑戰，因為一些分析方法僅僅在氣體分子的相對移動速度比真空壁的速度快得多的情況下可行。渦輪分子泵不屬于此類情況，它可以采用蒙特卡洛方法和 COMSOL Multiphysics? 軟件提供的旋轉坐標系 特征進行建模和分析。下文將通過具體案例進行演示。
深入渦輪分子泵的內部結構
真空技術出現在許多高科技應用中，例如半導體加工、質譜儀和材料加工。這種技術利用真空泵從密閉的真空室中抽出空氣分子，從而創造出一個低壓環境。
渦輪分子泵屬于真空泵的一種，它由葉片狀渦輪構成。現代渦輪分子泵的葉片旋轉速度極快，高達 90,000 rpm。
一臺渦輪分子泵。
高速旋轉的葉片將動量傳遞給氣體分子，從而使氣體壓縮，并在葉片驅動下從入口流動到出口。結果是，泵能夠在葉片靠近入口的一側產生并保持高真空。這個抽氣過程在自由分子流狀態下更能顯示出其優越性，因為多數氣體粒子是與轉子碰撞，而不是彼此相互撞擊。
為了更好地了解與設計渦輪分子泵，您可以使用 COMSOL Multiphysics 對其進行建模。不過，首先我們要找出最優的建模方法。
使用“粒子追蹤模塊”模擬渦輪分子泵
在構建模型時，我們沒有繪制整臺渦輪分子泵的幾何，而是繪制了渦輪分子泵的一部分（一排葉片）。利用該模型，我們計算了葉片之間空隙內的氣體分子軌跡。根據扇形對稱性，我們可以得到整個分子泵的仿真結果
渦輪分子泵其中一個扇區的幾何模型。灰色代表兩個葉片之間的空隙，綠色代表葉片壁，黑色代表轉子葉片根部。
雖然不在此例中使用，不過“分子流模塊”的自由分子流 接口是求解模型方程、計算泵中自由分子流動狀態的有效方法。當極稀薄氣體分子的移動速度比建模域中的任何物體都快得多時，此接口是一個實用工具。然而，在渦輪分子泵中，氣體分子的速度與葉片速度相當。
展開 基于comsol的燃料電池氣體泄漏仿真分析，預測危險區域
</p><p> 易燃氣體氣體在大氣環境中發生泄漏擴散后,經過原始泄漏擴散過程后,形成危險氣體與空氣的混合氣體,混合氣體在空氣中的擴散情況,根據混合氣體的密度等屬性差異,可分為幾種不同的擴散情形。在這方面提出了不少氣體泄漏擴散的仿真計算模型。主要的數值擴散模型有高斯模型( aussian plume/puff model),BM( Britter and Mcquaid)模型、 Sutton模型、三維有限元模型等等。</p><p> 其中利用<strong>三維有限元模型</strong>進行模擬仿真,用有擴散障礙物條件下的湍流統計理論分析研究復雜擴散條件下多種組分多溫曲氣體泄漏擴散過程是當前該領域的一個研究趨勢。</p><p> 此次分享采用comsol仿真分析的一個復雜室內環境，存在強制掃風對流。在某一時間點上貨柜內發生易燃氣體大流量泄漏，通過comsol的湍流和物質傳遞擴散模塊進行建模分析，預測危險區域的范圍和位置。
展開 內裝式機械密封典型七個泄漏通道分析及對策
化工人都在看的公眾號
點擊關注
泄漏是機械密封失效的主要表現形式。在實際工作中， 重要的是從泄漏現象分析機械密封產生泄漏的原因。外裝式機械密封易于查明， 而內裝式機械密封， 僅能觀察到泄漏是來自非補償靜止環的外周或內周， 這就給分析工作帶來一定的困難。
首先對機械密封的泄漏通道進行一般性分析。
普通單端面內裝式機械密封的典型泄漏通道如圖 12-1 所示有 7 處， 分別為 ：
① 摩擦副端面之間 （ 泄漏點 1 );
② 補償環輔助密封圈處 （ 泄漏點 2);
③ 非補償環輔助密封圈處 （ 泄漏點 3 );
④ 機體與壓蓋結合端面間 （ 泄漏點 4);
⑤ 軸套與轉軸之間 （ 泄漏點 5);
⑥ 碳石墨環有滲漏孔隙以及從鑲嵌件配合面處都可能成為泄漏通道 （ 6、 7)。
以下對各點的具體情況進行分析。
一、 摩擦副端面之間泄漏
1、端面不平
端 面 不 平、 粗糙度未達到要求，或在使用前受到了損傷， 因而產生漏。這時應重新研磨拋光或更換密封環。
2、端面間存在異物
污物未被清除， 裝配時未清洗。此時需清除端面污物重新裝配。
3、安裝不正確
(1) 安裝尺寸未達到安裝工作尺寸的要求， 必須仔細閱讀安裝說明書及附圖， 重新調整安裝尺寸。
(2) 非補償環安裝傾斜， 若為壓蓋安裝偏斜應重新安裝。同時檢查密封環端面與壓蓋端面各點的距離是否一致， 防轉銷是否進入密封環的凹槽中， 防轉銷是否頂到凹槽底部。總裝時壓蓋螺釘要均勻鎖緊。
(3) 端面變形， 碳石墨環彈性模量低， 易變形。一般碳石墨環端面變形原因有如下幾點。
① 合成橡膠O形圈在介質中溶脹，體積增大，碳石墨環受力偶作用而使端面變形。
展開 Moldex3D模流分析之清大以Moldex3D成功驗證真空輔助樹脂轉注制程
實驗方法則為真空輔助樹脂轉注成型(VARTM)(圖二)。
圖一 三明治結構模型：(a)示意圖、(b)對象實體照及(c)仿真中的實體網格。
圖二 本案例之實驗方法
清大團隊使用有限體積法，分別模擬樹脂在PVC芯材中含纖及不含纖(例如刻溝)區域時的流動行為(圖三)。芯材尺寸為480×320×10.2 mm3。芯材中有兩種刻溝，其中長方形的刻溝寬1 mm、深8.2 mm，以縱橫交錯方式排列，兩條最接近的平行刻溝距離約為29 mm；此外有408條垂直圓柱形刻溝， 直徑2 mm、深10.2 mm，平均分配在芯材中。清大團隊以達西定率模擬樹脂流動。在設計完芯材結構之后，藉由達西定律以等效滲透率對通道內部的流動行為進行建模。這樣可以使用相同類型的控制方程式來設計整個模擬，使邊界條件的設置相對容易。
圖三 實體網格及仿真屬性設定
將模擬結果與實驗結果進行比較以說明該模型的可行性，結果顯示，仿真的流動模式成功證明了實際觀察到的流動模式（圖四）。 此外所提出的模擬架構也具備處理多種芯材和纖維組合的彈性，是產業應用中非常需要的功能。
圖四 實驗與模擬結果的流動波前時間比較
結果
本研究中，清大團隊藉Moldex3D RTM模塊獨特的等效滲透率功能，精準的仿真PVC 芯材里刻溝與流道的流動特性，模擬與實驗結果高度相符。由于現場實驗只能將攝影機架設于產品上下，而無法觀察到芯材內部的流動情況；但透過Moldex3D可視化平臺，便可有效解決這項難題。清大團隊期望藉由此模擬技術被廣泛應用于風電和汽車等復合材料產業，有效的協助廠商縮短優化周期。
展開 核電站疏水管道斷裂泄漏原因分析及失效機理研究
2006年04月25日廣東省科技廳在大亞灣核電基地公關中心組織召開了“核電站疏水管道斷裂泄漏原因分析及失效機理研究”科技成果鑒定會。北京科技大學陳國良院士、廣核集團高級顧問徐大懋院士，以及來自核工業和電力行業高校、研究、設計、運行、試驗等單位的9位專家參加了鑒定會。
鑒定委員會聽取了項目完成單位的研究總結等有關報告，考察了運行現場，并對相關的技術資料進行了審查和質疑。經認真審議，鑒定委員會給出如下鑒定意見：該項目通過對管道不同部位斷裂泄漏特征的分析研究，在國內外首次提出沖蝕和疲勞交互作用的失效模型，指出GSS/AHP疏水管道斷裂泄漏并非應力腐蝕或腐蝕疲勞失效、而是一種與沖蝕和疲勞相關的新的失效模式，并且不合理的管道設計加劇了沖蝕和疲勞的交互作用。最后鑒定委員會專家一致認為該科研成果處于國內領先水平，達到國際先進水平，同意通過成果鑒定。
展開 表面處理技術分享（第十五講：真空鍍鋁高溫高濕泛白的原因分析與整改對策）
2、工藝優化
◎ 提高真空度：鍍鋁時將真空度嚴格控制在10??Pa以上，減少真空室內殘留的氧氣，降低鋁層初始氧化的可能性；
◎ 強化離子轟擊：鍍鋁后增加氬離子二次轟擊工序，時間控制在80-120秒，讓鋁層結構更致密，減少孔隙，降低水汽滲透風險；
◎ 科學冷卻：鍍完后不要立即暴露在高溫高濕環境，先在50℃干燥箱中“回火”10分鐘，再自然冷卻至室溫，緩解PC與鋁層的熱應力，減少裂紋產生。
3、基材預處理
◎ 徹底干燥：鍍鋁前將PC基材放入120℃干燥箱中干燥4小時，確保含水量≤0.015%，避免基材內部的水汽在高溫環境下滲出，破壞鋁層；
◎ 表面活化：鍍鋁前用氧氣等離子體處理PC表面，時間30-60秒，提升表面活性和粗糙度，讓鋁層與基材結合更緊密，減少水汽滲透的“通道”。
4、環境控制
◎ 存儲環境：鍍后成品需在干燥環境（相對濕度＜50%）中存放，避免直接接觸高溫（＞60℃）和水汽，遠離空調出風口、加濕器等易產生溫差凝結水的位置；
◎ 場景適配：若產品用于戶外或高溫場景（如汽車發動機艙、戶外顯示屏），除了加強防護，還需在出廠前進行高溫高濕老化測試，合格后方可交付，避免批量質量問題。
結語：
PC真空鍍鋁后高溫高濕泛白，核心是“氧化+水汽+應力”三者共同作用的結果。解決這一問題，需從“防護（涂專用保護膜）、工藝（優化真空度和冷卻）、基材（徹底干燥活化）、環境（控制溫濕度）”四個維度入手，形成完整的防護體系。
展開 冷媒（制冷劑）泄漏監測中熱導傳感器（TCD）與非分散紅外傳感器（NDIR）的對比分析
三、熱導傳感器的典型應用場景 工業制冷系統：監測氨（R717）或CO?（R744）等制冷劑泄漏，無需高精度但需抗腐蝕。 低成本泄漏報警：家用空調安裝后的簡易檢漏（如R32安裝合規性檢查）。 老舊設備維護：檢測R22等傳統冷媒，兼容性強且預算友好。 四、何時仍需紅外傳感器？ 盡管熱導傳感器有諸多優勢，但在以下場景紅外傳感器不可替代： 法規強制高精度檢測：如EPA 608要求的≤5g/年泄漏率。 新型低GWP冷媒的微量泄漏監測：新型低GWP冷媒（如R1234yf、R454B）的微量泄漏監測。 關鍵領域：如電動汽車空調的R1234yf泄漏，需防爆+ppm級檢測。 五、總結：冷媒泄漏監測傳感器選型邏輯 選擇熱導氣體傳感器： 預算有限，需大規模部署。 環境惡劣（多塵、高濕）。 檢測傳統冷媒或未知混合冷媒。 僅需定性報警（有/無泄漏）。 選擇紅外氣體傳感器： 高精度、合規性要求嚴格。 潔凈實驗室或生產線。 監測新型冷媒（HFOs、天然冷媒）。 需定量分析（泄漏速率）。 六、補充方案 在要求兼顧成本與精度的場景，可采用熱導傳感器初步報警+紅外傳感器儀器復檢的組合策略。 對比總結
工采網提供熱導氣體傳感器和紅外傳感器用于冷媒泄漏監測，具體應用選型請咨詢工采網技術工程師。
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