流體成形法的案例
采用流體成形法制造自由曲面光學(xué)元件
使用流體成形法制造自由形狀光學(xué)元件的工作流程
基于流體整形法，研究人員從簡單透鏡的制造擴展到各種幾何形狀的光學(xué)元件，包括環(huán)面（toroid）和三葉草形狀（trefoil），尺寸可達200毫米，光學(xué)元件的表面質(zhì)量可以與使用最好的拋光技術(shù)處理的表面相媲美，但光學(xué)元件的加工效率得到極大的提升，可以快幾個數(shù)量級。研究人員進一步擴展了這種方法，通過修改支撐框架的形狀來創(chuàng)建不同的自由曲面。
研究人員Mor Elgarisi說：“我們發(fā)現(xiàn)，使用我們的方法可以制造無限范圍的可能的光學(xué)表面。”該方法可用于制造任何尺寸的組件，而且由于液體表面自然光滑，不需要拋光。這種方法也與任何可以固化的液體兼容，而且它的優(yōu)點是不產(chǎn)生任何廢物。
研究人員正在努力實現(xiàn)制造過程的自動化，以便以精確和可重復(fù)的方式制造各種光學(xué)表面。他們還在評估各種光學(xué)聚合物，以確定哪種聚合物能產(chǎn)生最好的光學(xué)元件。
展開 一步成形法在板料成形中的幾點應(yīng)用
材料成形是一個十分復(fù)雜的過程借助成形模擬技術(shù)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本已成為企業(yè)界的共識。主要有兩大應(yīng)用：
1.早期的沖壓可行性分析，為后續(xù)的模具設(shè)計提供指導(dǎo)。
2.在設(shè)計階段進行工藝參數(shù)優(yōu)化，結(jié)合增量求解方法，可大大回快模擬效率。
3.對于資金與技術(shù)相對缺乏的企業(yè)，它更具有操作意義。
4.一步成形技術(shù)在不斷完善，將會為模具企業(yè)帶來更多的超值服務(wù)。
【介紹】塑性成形過程中的有限元法
這類有限元法的特點是考慮彈性區(qū)與塑性區(qū)的相互關(guān)系，既可以分析加載過程，又可以分析卸載過程，包括計算殘余應(yīng)力應(yīng)變及回彈、以及模具和工件之間的相互作用，可以處理幾何非線性和非穩(wěn)態(tài)問題，其缺點是所取是的步長不能太大，計算工作量繁重，對于非線性硬化材料計算復(fù)雜。過去彈塑性有限元法主要適用于分析板料成形、彎曲等工序。但近年來隨著計算機硬件技術(shù)的發(fā)展，這種方法正在朝著更廣的應(yīng)用范圍擴展。
對于大多數(shù)體積成形問題，彈性變形量較小，可以忽略，即可將材料視為剛塑性體，同時為了克服上述彈塑性有限元方法的不足，C.H.Lee和S.Kobayashi于1973年首次提出了基于變分原理的流動型有限元法—剛塑性有限元法，用Lagrange乘子技術(shù)施加體積不變條件，由于這種方法不象彈塑性有限元法那樣用應(yīng)力應(yīng)變增量進行求解，因此，計算時增量步進可取得較大一些，但對于每次增量變形來說，材料仍處于小變形狀態(tài)，下一步計算是在材料以前的累加變形幾何形狀和硬化特性基礎(chǔ)之上進行的，因此，可以用小變形的計算方法來處理大變形問題，并且計算模型較簡單，這一方法已廣泛的應(yīng)用于二維軸對稱問題的各種塑性工步分析 。1979年，O.C.Zienkiewicz 等又給出了采用罰函數(shù)法的體積不可壓縮的剛塑性有限元法。
剛塑性有限元法通常只是用于一些金屬的冷加工問題。對于熱加工（再結(jié)晶溫度以上）應(yīng)變硬化效應(yīng)不顯著，材料對變形速度具有較大的敏感性，因此，在研究熱加工問題時要采用粘塑性本構(gòu)關(guān)系，相應(yīng)地發(fā)展了另一種流動型有限元法—剛粘塑性有限元法。O.C.Zienkiewicz 等把熱加工時金屬視為非牛頓不可壓縮流體，建立了相應(yīng)的有限元列式，并進行了穩(wěn)態(tài)流動的熱力耦合計算，分析了拉拔、擠壓、軋制等工藝過程 。Reblo等人進行了非穩(wěn)態(tài)過程的熱力耦合計算分析 。
展開 變摩擦系數(shù)下的鋁合金板材沖壓成形無網(wǎng)格法數(shù)值模擬
在沖壓成形過程中，板材受力狀態(tài)復(fù)雜，需要使用如Gissmo、MMC等考慮材料受力狀態(tài)對臨界失效應(yīng)變值的影響，及非線性應(yīng)變路徑成形的失效模型，才能較為準確的預(yù)測出鋁合金板材在沖壓成形過程中的裂紋區(qū)域。
將數(shù)值模擬及試驗樣件起皺區(qū)域進行對比（圖12），從圖中可知，沖壓成形后，鋁合金板材汽車引擎蓋內(nèi)板沖壓件在邊角部相同區(qū)域呈現(xiàn)明顯的波紋狀，均發(fā)生起皺。數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合度較高，說明本研究得到的鋁合金板材變摩擦系數(shù)具有良好的適用性，能很好的用于預(yù)測鋁合金板材沖壓成形性能。
圖12 試驗與數(shù)值模擬起皺結(jié)果對比圖
結(jié)束語
汽車用鋁合金板材在沖壓成形過程中，成形件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋁合金板材變形較大，在不同部位成形速度及接觸壓力不同，與模具間的摩擦系數(shù)不斷變化，傳統(tǒng)的定摩擦邊界條件與實際情況不符。本研究中，基于試驗測試得到了汽車用鋁合金板材的準靜態(tài)、動態(tài)力學(xué)性能及成形變摩擦系數(shù)，考慮鋁合金板材的各向異性選取計算精度更高的EFG法對鋁合金板材汽車引擎蓋內(nèi)板沖壓成形過程進行了模擬，并開發(fā)出沖壓模具，進行了實際沖壓試驗。對比分析數(shù)值模擬及實際沖壓結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁合金板材汽車引擎蓋內(nèi)板沖壓件在主要成形區(qū)域成形性能較好，在邊角部相同區(qū)域出現(xiàn)波紋狀起皺，兩者吻合度較高，表明本文研究得到的鋁合金板材準靜態(tài)、動態(tài)力學(xué)性能及變摩擦系數(shù)是準確的，采用變摩擦系數(shù)及無網(wǎng)格法計算的仿真結(jié)果能較為準確的預(yù)測鋁合金板材的沖壓成形性能。
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用計算流體動力學(xué)-離散元法分析軸流泵的流場和溶血指標
用計算流體動力
學(xué)-離散元法分析
軸流泵的流場和溶
血指標
1.背景介紹
血泵作為拯救生命的重要輔助裝置，已成為眾多學(xué)者研究的重點。計算流體動力學(xué)（Computational Fluid Dynamics,CFD）模擬是優(yōu)化血泵性能的有效手段，其模擬結(jié)果在實踐中得到了反復(fù)驗證。然而，在固相紅細胞粒子破碎損傷的區(qū)域，紅細胞粒子在不同時間和地點的運動、碰撞等動力學(xué)特征，僅靠CFD技術(shù)不可能實現(xiàn)技術(shù)突破。離散元法（Discrete Element Method，DEM）通過建立固體粒子系統(tǒng)的參數(shù)模型來分析和模擬粒子行為。本研究的目的是利用CFD-DEM多相流耦合技術(shù)，將DEM應(yīng)用于血細胞粒子碰撞特性和運動分析，并結(jié)合血泵內(nèi)流場的經(jīng)典CFD分析方法，通過血液動力學(xué)特性與血液流變學(xué)的耦合，為溶血模型的建立提供支持。
2.方法方案
本文研究的血泵模型如圖1所示。該模型內(nèi)徑16mm，總長為81mm，主要由三部分組成：前葉片，葉輪，和后葉片。在葉片的頂部與外殼之間有0.1mm的間隙。
由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)，為了提高計算結(jié)果的準確性，將內(nèi)部流場分為三部分：先導(dǎo)流場、葉輪流場和后方流場。這三部分均采用了非結(jié)構(gòu)化的四面體網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)為12,549,766。壓力出口用作邊界條件。
展開 當(dāng)CO?變成‘?dāng)?shù)字流體’：相場法解鎖壓裂仿真新維度
當(dāng)全球能源行業(yè)將目光投向更清潔的超臨界CO?壓裂技術(shù)時，一個更棘手的難題浮出水面：如何馴服這種介于氣液之間的“暴躁流體”，精準預(yù)判它在千米地層下的裂巖軌跡？</p><p>傳統(tǒng)實驗手段如同“盲人摸象”——物理模擬成本高昂，現(xiàn)場試錯風(fēng)險巨大，而經(jīng)典數(shù)值模型又難以刻畫CO?與頁巖間復(fù)雜的相變交互。直到相場法（Phase-Field Method）的出現(xiàn)，這場博弈迎來了轉(zhuǎn)機。這項起源于材料科學(xué)的數(shù)學(xué)工具，正將超臨界CO?轉(zhuǎn)化為可被方程描述的“數(shù)字流體”，在虛擬空間中重構(gòu)裂縫生長的每一個細節(jié)：從CO?分子穿透巖石孔隙的微觀動力學(xué)，到宏觀裂縫網(wǎng)絡(luò)的混沌分形演化，原本不可見的流體暴力被解構(gòu)成萬億次計算的優(yōu)雅舞蹈。</p><p>當(dāng)算法的精度突破物理實驗的邊界，頁巖壓裂正在從“經(jīng)驗驅(qū)動”邁向“預(yù)測驅(qū)動”的新紀元。這場由相場法引領(lǐng)的仿真革命，或?qū)⒅匦露x非常規(guī)油氣開采的底層邏輯——用數(shù)字孿生代替盲目試錯，用計算預(yù)見性取代經(jīng)驗不確定性。而我們，正站在這場技術(shù)范式轉(zhuǎn)移的臨界點上。</p><p><strong style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0);">【超臨界CO2壓裂模擬存在難點】</strong></p><p><strong style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0);">難點一：</strong>CO?的“流體變身記”——超臨界態(tài)下的物性捉迷藏</p><p>超臨界CO?既非氣體也非液體，密度接近液體，黏度類似氣體，擴散性極強。這種“雙重人格”導(dǎo)致它在頁巖孔隙中的流動規(guī)律難以捉摸。傳統(tǒng)本構(gòu)方程（如Forchheimer方程）在水力壓裂中表現(xiàn)穩(wěn)定，但面對超臨界CO?時，其滲透率-壓力關(guān)系會因微小的溫壓波動（±5℃或±0.5MPa）而發(fā)生劇變，就像在仿真中埋下無數(shù)個“數(shù)值地雷”。
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