Technical Papers and Presentations

随着钛合金、镍基高温合金、金属间化合物等新材料的广泛应用，其本身高强高硬、高温性能优异等特点对传统切削加工带来了刀具寿命的挑战。为此，放电加工如电火花加工、电弧加工等非接触式加工得到了越来越广泛的应用。放电加工利用高温等离子体熔化甚至汽化工件，形成蚀坑达到材料去除的目的。为了评估放电加工对工件材料的影响，本模型以钛合金的电弧放电为例，利用COMSOL的传热模块和固体力学模块为基础，搭建了单次放电材料蚀除过程和残余应力预测模型，模型在传热模块中考虑了材料的物态变化。模型通过变形几何模块，用热量驱动边界移动，模拟等离子体加热熔化汽化材料的过程 ... Read More

采用有限元方法建立了4H-SiC单晶生长过程热弹性应力和位错滑移的数值模型，考虑了晶体直径、生长温度和离轴生长的影响。利用COMSOL Multiphysics软件的固体传热和热辐射物理场，计算了晶体生长炉内二维轴对称全局温度场，将计算得到的晶体二维温度分布通过软件转化为三维温度分布。基于固体力学和数学模块的域微分方程物理场进行了三维各向异性热应力和位错密度的计算。通过软件定义了位错滑移平面的法向量和滑移方向，计算得到了沿基平面和棱柱面滑移方向的分解剪切应力。通过在软件中建立旋转坐标系来考虑籽晶离轴角对晶体生长的影响，通过参数化计算实现了不同离轴角情况下的对比 ... Read More

摘要：为选择适宜的砂型厚度以提高铸件成品率，本研究利用COMSOL Multiphysics对熔铸AZS33耐火砖的冷却凝固过程进行了模拟，考察了不同厚度（30、40、50、60、70、80mm）刚玉砂型材料对冷却过程中的温度、热通量和热应力的传导和分布的影响。结果表明：(1)在冷却初期，砂型厚度对铸件最高温度影响较小，角部和表层区域先行凝固，中心区域温度下降缓慢，略后温度回升有助于缓解冷却应力；中期冷却时，砂型越厚，铸件温度开始下降越早，但降温速率逐渐放缓；后期降温趋缓，各区域温差减少直至冷却完成。(2)砂型厚度越小，冷却中期热通量的最大值保持稳定的时间越长 ... Read More

泄洪闸室结构具备挡水和泄水两重主要功能的水工建筑物，工作中因水位变幅较大，加之泄流振动的水流动水压力不断突变，尤其水工闸门的启闭过程所形成的缝隙流对闸室结构产生严重危害。为此，以大藤峡深孔泄洪闸室为研究对象，研究其结构应力应变特征。首先对COMSOL流固耦合有限元与PSO-BP神经网络两种方法进行重构形成研究方法，针对大流量泄洪闸室泄流振动条件的结构应力应变研究重构后的方法可以发挥两种方法的优势；然后以COMSOL开展闸室泄流水体与闸室结构的流固耦合有限元模拟，获得泄流激励条件下坝身振动特征与应力变形规律；随后构建PSO-BP神经网络分析模型，分别开展了创建网络结构 ... Read More

由于在电弧增材制造过程中复杂热循环和残余应力分布，会使沉积层产生较大的变形甚至开裂。本文建立了基于COMSOL软件的单道多层三维热力耦合模型，研究了不锈钢单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性、变形及应力场分布。结果表明：不锈钢单道多层沉积过程中，前五层沉积焊缝对基板的变形影响较大，后续的沉积层对基板影响较小；沉积成形过程经历了快速加热、快速冷却的过程，随着层数的增加，热累积效应明显，相邻两层甚至多层出现重熔；在焊缝和基板的接头部分应力最大，易产生裂纹等缺陷。 Read More

高压直流电缆终端和接头是直流电缆系统中的关键部件。我们团队设计开发了一种±200 kV高压直流充气插拔式电缆终端。该类型终端具有重量轻、安装时间短及爆炸风险低等优势。在设计过程中，我们依靠COMSOL Multiphysics，分别进行了电热耦合和机械应力仿真建模。其中电热耦合模型用于电场强度计算，而机械应力模型用于界面压强计算。利用该方法设计的高压直流电缆终端已成功通过型式试验，证明了该设计方法的可行性。后续的裕度实验进一步表明该系统具有充足的安全裕度，其在尺寸缩小和更高电压等级应用方面具有潜力。 Read More

应力型保偏光纤通过在光纤结构中引入不同热膨胀系数材料，造成纤芯受应力致光弹效应影响，进而实现纤芯折射率随波长和偏振态的分布，产生应力双折射。目前关于应力型保偏光纤的解析模型与数值仿真都与实际结果存在较大差距。本工作使用COMSOL® 软件，首次将热膨胀系数随温度的变化引入仿真研究，通过使用结构力学中的热应力多物理场接口，进行瞬态模拟，计算得光纤应力双折射分布。本研究探索并分析了不同热膨胀系数-温度曲线和不同温度历史对应力场及双折射的影响。对进一步改进应力型保偏光纤设计和制备工艺具有一定指导意义。 Read More

针对床垫上的压力传感器灵敏度低、制备工艺复杂等问题，我们设计了一种以导电海绵为基底的压力传感器，研究了海绵多孔介质中孔隙率对导电海绵拉伸效果的影响。我们使用COMSOL软件构建了三维模型，模拟了海绵内部的应力情况。结果表明，在特定孔隙率时，海绵能够较好地拉伸而不会破坏其本身结构，具有循环耐久性。研究结果可为在人体健康检测范围内的压力传感器设计提供参考。 Read More

油藏在生产过程中，地层中的孔隙压力下降，压力降由井筒开始向外传播，从而导致地应力场的分布发生变化，后期钻新井的最优位置将因此发生改变，所以必须明确生产过程中油藏地应力场的变化规律。 不考虑储层的温度变化，所建模型只需要进行固体力学与达西渗流场的耦合。对于目前中国的油藏开发情况，地层渗透率较低，单个开发储层较薄，常采用压裂方式增产，将储层看做纵向均质的地层，因此可以使用二维模型。 建立地层为 300m×300m 的矩形区域，井筒为 0.1m 的圆形区域，二者差集为所建的模型。对整个模型区域施加固体力学场和 Darcy 渗流场。因为设置求解应力场为应力的变化量 ... Read More

光纤拉锥技术是一种广泛应用的光纤后处理手段，通过对光纤形状和光学性能的调整，可以制造各种光纤器件，进而拓展光纤在传感、通信和非线性光学等领域的应用。拉锥过程中，需将光纤加热至二氧化硅的玻璃化转变温度以上，使其由玻璃态转变为粘流态，并通过在加热区施加拉力实现光纤的形变。有效控制该过程中的温度场和力学应力场对实现高精度光纤拉锥至关重要。 本研究利用COMSOL Multiphysics的多物理场耦合能力，构建了一个综合考虑固体传热、层流和动网格的光纤拉锥仿真模型。通过模拟光纤在高温区的受热过程及粘流态下的变形行为，该模型能够真实再现拉锥过程中热源 ... Read More