工程仿真共性技術(shù)解決方案

本書作為工程仿真創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽推動關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新的成果之一，也是仿真秀平臺打造跨行業(yè)跨領(lǐng)域的工業(yè)品解決方案“資源池”的一部分。本書將工程仿真大賽的優(yōu)秀作品進(jìn)行整理，以便形成可用于行業(yè)間技術(shù)轉(zhuǎn)移的解決方案，技術(shù)涵蓋工業(yè)設(shè)備、車輛、航空航天與國防、能源、土木建筑、生命科學(xué)等九個行業(yè)大類。
本書收錄和整理了工程仿真應(yīng)用的案例，共46 個共性技術(shù)解決方案，包括車輛應(yīng)用、航空航天應(yīng)用、地質(zhì)土建應(yīng)用、工藝應(yīng)用、能源動力應(yīng)用等領(lǐng)域。詳細(xì)闡述了技術(shù)路線、軟件實(shí)現(xiàn)手段，以圖文并茂的形式，將項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化為可轉(zhuǎn)移的技術(shù)方案。
本書涉及領(lǐng)域豐富，技術(shù)路線清晰，適用于以數(shù)字化、智能化、綠色化為方向的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)的工程技術(shù)人員，以及理工科院校的教師、研究生、高年級本科生。

北京賦智工創(chuàng)科技有限公司技術(shù)創(chuàng)新中心是北京賦智工創(chuàng)科技有限公司的技術(shù)核心部門，主要進(jìn)行仿真技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用方面的研究以及仿真創(chuàng)新賽事的舉辦。中心擁有數(shù)名經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，在結(jié)構(gòu)、流體、電磁、多物理場等仿真領(lǐng)域具備專業(yè)的技術(shù)能力。在賽事方面，其承辦的“一帶一路暨金磚國家技能發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新大賽-工程仿真創(chuàng)新設(shè)計(jì)賽項(xiàng)”已連續(xù)舉辦兩屆，在業(yè)界有良好的口碑和廣泛影響力。

本書是一本“一帶一路暨金磚國家技能發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新大賽之工程仿真創(chuàng)新設(shè)計(jì)賽項(xiàng)優(yōu)秀技術(shù)方案”的合集，可供軌道交通、航空航天、材料工藝、土建、安全防護(hù)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的理工科本科大二以上學(xué)生、研究生，理工科畢業(yè)工程師閱讀參考，也可作為參加仿真大賽讀者的參考資料。本書有以下特點(diǎn)： （1）本書共包含車輛應(yīng)用、航空航天應(yīng)用、地質(zhì)土建應(yīng)用、工藝應(yīng)用、能源動力應(yīng)用、生命科學(xué)應(yīng)用、船舶應(yīng)用七篇46個優(yōu)秀的案例，均是目前各個領(lǐng)域新技術(shù)應(yīng)用的典型代表，具有一定的指導(dǎo)意義； （2）每個案例均從案例背景、技術(shù)路線、仿真計(jì)算、結(jié)果分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹，部分案例配備了相關(guān)視頻，供讀者學(xué)習(xí)參考。

工程仿真作為工業(yè)軟件的重要部分之一，是行業(yè)間創(chuàng)新融合的關(guān)鍵共性技術(shù)。本書從共性技術(shù)的維度，將工程仿真大賽的優(yōu)秀作品優(yōu)化整合，整理成可跨行業(yè)、跨軟件、跨專業(yè)的技術(shù)融合的解決方案。同時(shí)眾多大賽專家和參賽選手集思廣益，力求實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)移和成果轉(zhuǎn)化。
本書依托真實(shí)工程項(xiàng)目，分批收錄和整理前沿的工程仿真解決方案，為行業(yè)及行業(yè)間提供實(shí)踐范例。項(xiàng)目涵蓋工業(yè)設(shè)備、車輛、航空航天與國防、能源、土木建筑、生命科學(xué)等九個行業(yè)大類。按照技術(shù)領(lǐng)域劃分為篇，每個案例圍繞一個工業(yè)產(chǎn)品或重要場景，從軟件、專業(yè)、行業(yè)背景等方面闡述，內(nèi)容包括項(xiàng)目背景、技術(shù)路線、實(shí)施方案、結(jié)果驗(yàn)證，以及意義和結(jié)論等。
第一篇為車輛應(yīng)用方向，在共性技術(shù)方面包括了多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)、拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)、結(jié)合AI的智能優(yōu)化、虛擬駕駛技術(shù)等；在專業(yè)方面包括熱力學(xué)、靜力學(xué)、多體動力學(xué)、控制等學(xué)科； 在仿真軟件方面涉及Altair Hyperworks、OptiStruct、Radioss、Ansys Mechanical、Isight、eta/VPG、Adams、CarSim、Matlab/simulink等商業(yè)軟件。第二篇為航空航天應(yīng)用方向，在共性技術(shù)方面包括了MBSE建模技術(shù)、數(shù)字孿生、健康監(jiān)測、降階模型等；在專業(yè)方面包括了機(jī)-電-液-控制、熱力學(xué)、靜力學(xué)、顯式動力學(xué)、振動、流固耦合等學(xué)科；在仿真軟件方面涉及Ansys Fluent、LSDYNA、Twin Builder、Altair Hyperworks、Isight、Abaqus、Matlab/simulink、Modelica等商業(yè)軟件。第三篇為地質(zhì)土建應(yīng)用方向，在共性技術(shù)方面包括了逆向建模、多學(xué)科優(yōu)化、參數(shù)優(yōu)化、二次開發(fā)、試驗(yàn)驗(yàn)證等；在專業(yè)方面包括了靜力學(xué)、摩擦、阻尼、穩(wěn)定性、振動、顯式動力學(xué)、斷裂、流固耦合等學(xué)科；在仿真軟件方面涉及Ansys Fluent、LS-DYNA、Dassault Abaqus、XFlow、Altair EDEM、GDEM、Marc、SAP2000等國內(nèi)外商業(yè)軟件。第四篇為工藝應(yīng)用方向，在共性技術(shù)方面包括了參數(shù)優(yōu)化、二次開發(fā)、試驗(yàn)驗(yàn)證；在專業(yè)方面包括了多尺度、疲勞、物質(zhì)點(diǎn)算法、體積成型等學(xué)科；在仿真軟件方面涉及CoinFEM、Abaqus、Deform、Ansys Fluent等商業(yè)軟件。第五篇為能源動力應(yīng)用方向，在共性技術(shù)方面包括了參數(shù)優(yōu)化、試驗(yàn)驗(yàn)證、系統(tǒng)仿真；在專業(yè)方面包括了強(qiáng)度、屈曲、疲勞、振動熱、流固耦合、分子動力學(xué)、水動力、燃燒、生物力學(xué)等學(xué)科；在仿真軟件方面涉及Ansys Mechanical、AnsysFluent、AnyBody、Isight、GDEM、SIEMENS STAR-CCM+等商業(yè)軟件。
隨著工程仿真技術(shù)不斷迭代，本書肯定還有諸多需要優(yōu)化之處，敬請廣大仿真用戶批評指正。

北京賦智工創(chuàng)科技有限公司
技術(shù)創(chuàng)新中心

第一篇 車倆應(yīng)用篇 001
案例1　車身多學(xué)科性能集成優(yōu)化 002
1.1　引言 002
1.2　技術(shù)路線 002
1.3　技術(shù)手段 003
1.3.1　參數(shù)化車身建模 003
1.3.2　基于參數(shù)化模型的多學(xué)科仿真優(yōu)化平臺 005
1.3.3　車身多學(xué)科性能集成優(yōu)化 006
1.4　結(jié)果分析 007
1.5　項(xiàng)目意義 007

案例2　基于多學(xué)科的某型輕混商用車車架輕量化仿真分析 008
2.1　引言 008
2.2　技術(shù)路線介紹 009
2.2.1　VPG 技術(shù)應(yīng)用 009
2.2.2　尺寸與形狀聯(lián)合優(yōu)化技術(shù) 010
2.2.3　超單元、復(fù)合材料在尾橫梁的應(yīng)用 010
2.2.4　多學(xué)科聯(lián)合仿真校核 011
2.3　輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì) 012
2.3.1　車架有限元模型建立 012
2.3.2　基礎(chǔ)方案與輕量化優(yōu)化方案對比 012
2.3.3　彎扭模性能 013
2.3.4　疲勞耐久性能 014
2.4　總結(jié) 014
參考文獻(xiàn) 015

案例3　AI 技術(shù)實(shí)現(xiàn)新能源電池包公差仿真分析 016
3.1　工程問題描述 016
3.2　分析流程 017
3.2.1　公差仿真的基本假設(shè) 017
3.2.2　三維公差仿真建模流程介紹 017
3.2.3　電池包上下殼建模過程描述 018
3.3　特色與優(yōu)勢 022

案例4　發(fā)動機(jī)活塞熱疲勞數(shù)值模擬研究 023
4.1　引言 023
4.2　技術(shù)路線 023
4.3　仿真計(jì)算 024
4.4　結(jié)果分析 025
參考文獻(xiàn) 026

案例5　分布式電動汽車控制策略研究 027
5.1　設(shè)計(jì)流程 027
5.2　CarSim 整車配置 027
5.2.1　CarSim 整車參數(shù)配置 027
5.2.2　Simulink 和CarSim 聯(lián)合仿真模型搭建 027
5.3　Simulink 建模 028
5.3.1　信號處理 028
5.3.2　車輛狀態(tài)估計(jì) 028
5.3.3　Dugoff 輪胎模型 030
5.3.4　控制目標(biāo)期望值 031
5.3.5　模糊控制器的設(shè)計(jì) 031
5.3.6　附加轉(zhuǎn)矩分配 032
5.4　控制策略仿真及其分析 033
參考文獻(xiàn) 034

案例6　排氣歧管熱應(yīng)力仿真分析 035
6.1　引言 035
6.2　技術(shù)路線 035
6.2.1　模型簡化原則 035
6.2.2　計(jì)算方法 036
6.2.3　擬解決的問題 036
6.3　仿真計(jì)算 036
6.3.1　物理模型 036
6.3.2　計(jì)算過程 036
6.4　結(jié)果分析 038
6.4.1　結(jié)果展示 038
6.4.2　結(jié)論 039
參考文獻(xiàn) 039

案例7　賽車搖臂仿真與優(yōu)化 040
7.1　引言 040
7.2　技術(shù)路線 040
7.2.1　初步建模 040
7.2.2　裝配 040
7.3　仿真分析與優(yōu)化 041
7.3.1　材料選擇 041
7.3.2　預(yù)處理 041
7.3.3　載荷步和邊界條件的施加 041
7.3.4　仿真結(jié)果（兩種材料對比） 042
7.3.5　靜力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化 042
7.3.6　動力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化 043
7.4　總結(jié) 043


第二篇 航空航天應(yīng)用篇 044
案例8　第四代多用途協(xié)同空戰(zhàn)無人機(jī)——飛將 045
8.1　引言 045
8.2　設(shè)計(jì)流程 045
8.3　設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn) 047
8.4　設(shè)計(jì)方案 048
8.4.1　作戰(zhàn)構(gòu)型 048
8.4.2　前體設(shè)計(jì) 049
8.4.3　渦流跡分析和邊條設(shè)計(jì) 051
8.4.4　起落架設(shè)計(jì)和總體布置 052
8.4.5　前三點(diǎn)式起落架配置形式及參數(shù)選擇      052
8.4.6　起落架布置方案 053
參考文獻(xiàn) 055

案例9　X 語言及其建模仿真系統(tǒng) 056
9.1　X 語言的研發(fā)背景 056
9.2　X 語言 058
9.3　案例 061
9.3.1　模型背景 061
9.3.2　模型建立 061
9.3.3　模型解析與仿真 062

案例10　基于數(shù)字孿生的飛機(jī)機(jī)翼強(qiáng)度預(yù)測系統(tǒng)開發(fā) 064
10.1　引言 064
10.2　技術(shù)路線 064
10.3　仿真計(jì)算 065
10.3.1　FEM 模型創(chuàng)建 065
10.3.2　載荷取樣 065
10.3.3　載荷識別 066
10.3.4　FEM 模型降階 066
10.3.5　預(yù)測系統(tǒng) 067
10.4　結(jié)果分析 068
10.5　成果應(yīng)用 068
參考文獻(xiàn) 068

案例11　基于自主創(chuàng)新主題的C919 融合式翼梢小翼的減阻優(yōu)化設(shè)計(jì) 069
11.1　引言 069
11.2　技術(shù)路線 070
11.3　仿真計(jì)算 070
11.3.1　模型構(gòu)建 070
11.3.2　主要參數(shù)設(shè)置 071
11.3.3　主要操作設(shè)置 071
11.4　結(jié)果分析 072

案例12　低排放燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒流場及結(jié)構(gòu)應(yīng)力仿真 074
12.1　引言 074
12.2　模型燃燒室設(shè)計(jì)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)介紹 075
12.3　模型燃燒室大渦模擬數(shù)值研究 076
參考文獻(xiàn) 077

案例13　航空發(fā)動機(jī)葉片外物損傷模擬研究 078
13.1　研究背景 078
13.2　J-C 模型的建立及校核 078
13.2.1　模型參數(shù)有限元驗(yàn)證——準(zhǔn)靜態(tài)拉伸 079
13.2.2　模型參數(shù)有限元驗(yàn)證——動態(tài)霍普金森壓桿壓縮 080
13.3　模擬件外物沖擊損傷模擬驗(yàn)證 081
13.4　發(fā)動機(jī)葉片外物沖擊損傷模擬 085
13.5　研究總結(jié) 086
參考文獻(xiàn) 087

案例14　低溫下主鏡支撐平臺微小變形分析 088
14.1　引言 088
14.2　技術(shù)路線 088
14.3　仿真計(jì)算 089
14.4　結(jié)果分析 093

案例15　運(yùn)載火箭整流罩分離系統(tǒng)動力學(xué)特性仿真分析 094
15.1　引言 094
15.1.1　火箭整流罩的功能與分離方式 094
15.1.2　火箭整流罩分離失敗案例 095
15.1.3　火箭整流罩分離國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 095
15.2　技術(shù)路線 096
15.2.1　火箭整流罩分離設(shè)計(jì)目標(biāo) 096
15.2.2　三維模型建立 096
15.3　仿真計(jì)算思路 097
15.4　結(jié)果分析 098
15.4.1　分離過程 098
15.4.2　分離速度、角速度 098
15.4.3　整流罩呼吸運(yùn)動 099
15.4.4　聚能射流切割效果影響因素探討及藥形罩優(yōu)化設(shè)計(jì) 099
15.4.5　作動器工作過程仿真 100
15.4.6　分離時(shí)序優(yōu)化設(shè)計(jì) 101
參考文獻(xiàn) 101

案例16　火星探測車車輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞及振動特性分析 102
16.1　引言 102
16.2　技術(shù)路線 103
16.3　數(shù)值仿真計(jì)算 103
16.3.1　數(shù)值計(jì)算前處理 103
16.3.2　力學(xué)數(shù)值分析 105
16.3.3　數(shù)值后處理 107
16.4　結(jié)論 110
參考文獻(xiàn) 111

案例17　配平翼展開過程動力學(xué)分析及沖擊響應(yīng) 112
17.1　引言 112
17.2　技術(shù)路線 113
17.2.1　機(jī)械設(shè)計(jì) 113
17.2.2　理論模型 114
17.3　仿真計(jì)算 117
17.3.1　有限元模型建立 117
17.3.2　仿真計(jì)算流程 117
17.4　結(jié)果分析 118
17.4.1　仿真結(jié)果驗(yàn)證 118
17.4.2　背罩影響分析 119
17.5　結(jié)論 121
參考文獻(xiàn) 121

案例18　返回式航天裝備水域回收系統(tǒng)仿真預(yù)示 122
18.1　引言 122
18.2　技術(shù)路線 123
18.2.1　基本理論 123
18.2.2　仿真模型建立 124
18.2.3　計(jì)算模型及邊界條件 124
18.2.4　流體材料和狀態(tài)方程 125
18.3　結(jié)果分析 125
18.3.1　流體壓力靜平衡 125
18.3.2　氣囊及航天器結(jié)構(gòu)體的入水過程 126
18.3.3　流體與氣囊的相互作用 128
18.4　結(jié)論 129
參考文獻(xiàn) 130


第三篇 地質(zhì)土建應(yīng)用篇 131
案例19　大跨度膜結(jié)構(gòu)風(fēng)載體型優(yōu)化和流固耦合分析 132
19.1　引言 132
19.2　技術(shù)路線 133
19.2.1　設(shè)計(jì)全過程仿真應(yīng)用 133
19.2.2　風(fēng)載體型優(yōu)化 134
19.2.3　結(jié)構(gòu)仿真模型 134
19.2.4　流固耦合分析 136
19.3　仿真計(jì)算 136
19.3.1　有限元建模 136
19.3.2　流體建模 136
19.3.3　流固耦合設(shè)置 137
19.4　結(jié)果分析 138
19.4.1　氣彈性試驗(yàn)對比 138
19.4.2　實(shí)際工程應(yīng)用 140
參考文獻(xiàn) 141

案例20　自復(fù)位摩擦阻尼器數(shù)值試驗(yàn)及工程應(yīng)用 142
20.1　引言 142
20.1.1　研究背景 142
20.1.2　自復(fù)位摩擦阻尼器簡介 142
20.2　自復(fù)位摩擦阻尼器數(shù)值仿真 142
20.2.1　模型建立 142
20.2.2　仿真試驗(yàn) 143
20.2.3　阻尼器仿真結(jié)果與阻尼器-摩擦彈簧連接單元對比 144
20.3　工程應(yīng)用數(shù)值仿真 145
20.3.1　工程應(yīng)用模型 145
20.3.2　結(jié)構(gòu)抗震性能 146
20.4　結(jié)論 147

案例21　高層建筑施工高墜柔性綜合防控系統(tǒng)仿真分析 148
21.1　引言 148
21.1.1　施工高墜事故 148
21.1.2　柔性防護(hù)技術(shù) 149
21.2　技術(shù)路線 149
21.2.1　系統(tǒng)設(shè)想 149
21.2.2　技術(shù)難點(diǎn) 151
21.2.3　解決方案 151
21.3　仿真計(jì)算 154
21.4　結(jié)果分析 155
參考文獻(xiàn) 157

案例22　基于山體滑坡防災(zāi)減災(zāi)主題的“復(fù)興號”列車線路選址問題 158
22.1　引言 158
22.2　項(xiàng)目背景 159
22.3　技術(shù)路線 159
22.3.1　設(shè)計(jì)思路 159
22.3.2　關(guān)鍵技術(shù) 159
22.4　仿真計(jì)算 160
22.4.1　三維建模 160
22.4.2　操作步驟 160
22.5　結(jié)果分析 161
22.5.1　山體滑坡運(yùn)動特征 161
22.5.2　涌浪運(yùn)動特征 162
22.6　工程意義 162
參考文獻(xiàn) 163

案例23　川藏鐵路沿線高位遠(yuǎn)程地質(zhì)災(zāi)害綜合柔性防護(hù)技術(shù) 164
23.1　引言 164
23.2　方案提出 166
23.2.1　工況介紹 166
23.2.2　防護(hù)思路 166
23.3　仿真技術(shù) 167
23.3.1　關(guān)鍵單元 167
23.3.2　非線性接觸 168
23.4　結(jié)果分析 168
參考文獻(xiàn) 170

案例24　基于三維地質(zhì)建模的公路橋梁岸坡全壽命周期穩(wěn)定性研究 171
24.1　問題的發(fā)現(xiàn) 171
24.2　三維模型構(gòu)建技術(shù) 172
24.3　全壽命周期穩(wěn)定性分析思路 173
24.3.1　橋梁岸坡全壽命周期各分析階段劃分 173
24.3.2　橋梁岸坡全壽命穩(wěn)定性分析 173
24.4　方法的應(yīng)用延伸 174
24.4.1　棄渣場邊坡穩(wěn)定性分析 174
24.4.2　基于傾斜攝影三維地質(zhì)建模的崩塌防治設(shè)計(jì) 175
參考文獻(xiàn) 177

案例25　海底圍巖高壓水壓裂微細(xì)觀裂隙演化研究 178
25.1　引言 178
25.2　海底圍巖SEM 掃描圖像處理 178
25.3　基于Cohesive 單元的水力裂隙擴(kuò)展模擬 180
25.3.1　流體流動方程 180
25.3.2　壓裂液流動方程 180
25.3.3　壓裂濾失方程 181
25.3.4　模擬參數(shù) 181
25.3.5　模擬方案 181
25.3.6　仿真過程 181
25.4　結(jié)果與討論 182
25.4.1　模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比 182
25.4.2　裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育特征 182
25.4.3　后期應(yīng)用前景 183
參考文獻(xiàn) 184

案例26　遠(yuǎn)距離保護(hù)層開采覆巖應(yīng)力演化規(guī)律研究 185
26.1　引言 185
26.2　主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線 186
26.2.1　主要研究內(nèi)容 186
26.2.2　技術(shù)路線 186
26.3　模型的建立及計(jì)算 186
26.3.1　數(shù)值模型的建立及參數(shù)選取 186
26.3.2　初始化地應(yīng)力 188
26.4　結(jié)果分析 189
26.4.1　丁組戊組煤層開采數(shù)值模擬 189
26.4.2　己組煤層開采數(shù)值模擬 191
26.4.3　戊9，10-21070 開采數(shù)值模擬 193

案例27　多礦物組分頁巖水壓裂縫擴(kuò)展仿真及分析 196
27.1　研究背景 196
27.1.1　研究非均質(zhì)性的必要性 196
27.1.2　操作工具 196
27.2　水力壓裂流固耦合模型及參數(shù)反演 196
27.2.1　水力壓裂流固耦合模型 196
27.2.2　礦物界面雙線性內(nèi)聚力模型 197
27.3　頁巖水力壓裂建模流程及參數(shù) 198
27.3.1　幾何模型邊界條件及模型參數(shù) 198 
27.3.2　具體操作流程 199
27.4　礦物界面剛度對頁巖水力壓裂的影響 201
27.4.1　不同礦物界面剛度下裂縫形態(tài) 201
27.4.2　不同礦物界面剛度下應(yīng)力場特征 202
27.4.3　不同礦物界面剛度下位移場特征 202
27.5　礦物界面剛度對頁巖水力裂紋擴(kuò)展規(guī)律的影響 203
27.6　主要結(jié)論 204
參考文獻(xiàn) 204

案例28　基于CFD-DEM 耦合的大尺度隧道斷層破碎帶突水突泥模擬方法 205
28.1　引言 205
28.2　技術(shù)路線 205
28.3　仿真計(jì)算 206
28.3.1　SolidWorks 的建模與保存 206
28.3.2　網(wǎng)格劃分與流體域設(shè)置 206
28.3.3　EDEM 設(shè)置 208
28.3.4　EDEM-CFD 單向耦合設(shè)置 213
28.4　結(jié)果分析 213
參考文獻(xiàn) 214

案例29　連續(xù)充填開采覆巖礦壓顯現(xiàn)數(shù)值模擬研究 215
29.1　引言 215
29.2　技術(shù)路線 215
29.3　仿真計(jì)算 216
29.4　結(jié)果分析 218
29.4.1　靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析 218
29.4.2　Y 軸位移分析 218
29.4.3　Y 軸應(yīng)力云圖分析 219
29.4.4　X 軸應(yīng)力云圖分析 219
29.4.5　接觸應(yīng)力分析 220
29.4.6　等效應(yīng)力分析 220
29.4.7　彈性應(yīng)變云圖分析 222
29.5　結(jié)論 222
參考文獻(xiàn) 223

案例30　地面應(yīng)急救援車載鉆機(jī)鉆架力學(xué)行為研究及改進(jìn)初探 224
30.1　引言 224
30.2　技術(shù)路線 224
30.3　仿真計(jì)算 224
30.4　結(jié)果分析 227
30.4.1　靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析 227
30.4.2　預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析 228
30.4.3　靜態(tài)改進(jìn)結(jié)構(gòu)分析 229
30.5　結(jié)論 229
參考文獻(xiàn) 229


第四篇 工藝應(yīng)用篇 230
案例31　疲勞失效多尺度仿真研究 231
31.1　引言 231
31.2　技術(shù)路線 231
31.3　仿真計(jì)算 232
31.3.1　宏觀疲勞試驗(yàn)仿真 232
31.3.2　微觀疲勞裂紋萌生仿真 234
31.4　結(jié)果分析 236

案例32　紀(jì)念幣壓印成形仿真軟件開發(fā) 238
32.1　軟件開發(fā)背景和定位 238
32.1.1　研究背景和意義 238
32.1.2　國內(nèi)外現(xiàn)狀 239
32.2　方案設(shè)計(jì)和技術(shù)路線 239
32.2.1　技術(shù)路線 239
32.2.2　設(shè)計(jì)方案 240
32.2.3　求解器模塊 240
32.2.4　軟件系統(tǒng)主界面 240
32.3　仿真計(jì)算 241
32.3.1　坯餅參數(shù)設(shè)置 241
32.3.2　有限元模型的建立 241
32.3.3　坯餅的材料 241
32.3.4　仿真工藝參數(shù)設(shè)置 242
32.4　結(jié)果分析 242
32.4.1　應(yīng)力分布 242
32.4.2　材料流動 242
32.4.3　時(shí)間效率對比 243
參考文獻(xiàn) 243

案例33　蛇形同步協(xié)同軋制高錳鋼板工藝與裝備研究 244
33.1　引言 244
33.2　建立軋制過程工藝模型 244
33.2.1　仿真方案 244
33.2.2　蛇形軋制與同步軋制咬入條件 245
33.2.3　材料屬性和邊界條件 246
33.2.4　工藝參數(shù)和仿真模型 246
33.3　仿真結(jié)果分析 247
33.3.1　不同厚度高錳鋼板蛇形軋制與同步軋制對比 247
33.3.2　不同輥速比和錯位量下蛇形軋制滲透性對比 248
33.3.3　同步軋制修正板形 249
33.4　蛇形同步協(xié)同軋制工業(yè)裝備與工藝設(shè)計(jì) 249
33.5　結(jié)論 250
參考文獻(xiàn) 251

案例34　AZ31 鎂合金管材繞彎成形工藝數(shù)值仿真 252
34.1　研究背景與意義 252
34.2　有限元建模過程 253
34.3　仿真結(jié)果分析 254
34.3.1　Mises 應(yīng)力分析 254
34.3.2　等效應(yīng)變塑性分布 255
34.3.3　管材壁厚分布 255
34.4　結(jié)論 256
參考文獻(xiàn) 256

案例35　煤烴合成氣直接制高值化學(xué)品過程中旋風(fēng)分離器的模擬 257
35.1　引言 257
35.2　旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu) 257
35.2.1　旋風(fēng)分離器的優(yōu)點(diǎn) 258
35.2.2　旋風(fēng)分離器的不足之處 258
35.2.3　旋風(fēng)分離器原理 258
35.3　模型構(gòu)建 259
35.4　數(shù)值模擬 259
35.4.1　背景方法 259
35.4.2　顆粒分布 259
35.4.3　氣相場性能條件設(shè)置 260
35.4.4　分析結(jié)果 261 
35.5　結(jié)論 262
參考文獻(xiàn) 262


第五篇 能源動力應(yīng)用篇 263
案例36　微通道換熱器扁管優(yōu)化設(shè)計(jì) 264
36.1　引言 264
36.2　技術(shù)路線 265
36.3　仿真計(jì)算 265
36.3.1　材料參數(shù) 265
36.3.2　網(wǎng)格劃分 265
36.3.3　載荷及邊界約束 266
36.3.4　原結(jié)構(gòu)分析結(jié)果 266
36.4　優(yōu)化分析 267
36.4.1　參數(shù)設(shè)置 267
36.4.2　優(yōu)化變量 267
36.4.3　優(yōu)化目標(biāo) 267
36.4.4　優(yōu)化約束 267
36.4.5　優(yōu)化算法 268
36.4.6　優(yōu)化結(jié)果 268
參考文獻(xiàn) 269

案例37　縱向波紋圓柱殼的屈曲分析 270
37.1　引言 270
37.1.1　海洋開發(fā)與深潛器發(fā)展現(xiàn)狀 270
37.1.2　潛艇耐壓殼簡介 270
37.2　圓柱殼屈曲分析技術(shù)路線 271
37.3　圓柱殼幾何模型設(shè)計(jì) 271
37.4　計(jì)算條件分析 272
37.4.1　邊界條件分析 272
37.4.2　有限元計(jì)算方法選擇 272
37.5　仿真計(jì)算 272
37.5.1　耐壓殼幾何建模 272
37.5.2　網(wǎng)格劃分 272
37.5.3　邊界條件 272
37.6　結(jié)果分析 273
37.6.1　理論解對比 273
37.6.2　屈曲結(jié)果分析 273

案例38　分布式草原公路用風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞及振動特性分析 275
38.1　引言 275
38.2　技術(shù)路線 276
38.3　仿真計(jì)算 276
38.3.1　前處理 276
38.3.2　計(jì)算 277
38.3.3　后處理 280
38.4　結(jié)果分析 282
38.4.1　各部件靜力學(xué)分析 282
38.4.2　各部件模態(tài)分析 284
38.4.3　研究總結(jié) 285
參考文獻(xiàn) 285

案例39　樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片結(jié)構(gòu)鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì) 286
39.1　項(xiàng)目背景 286
39.2　技術(shù)路線 286
39.3　仿真與分析 287
39.3.1　建模方法驗(yàn)證 287
39.3.2　復(fù)合材料風(fēng)扇葉片建模仿真與分析 289
39.3.3　材料風(fēng)扇葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化 292
參考文獻(xiàn) 292

案例40　高效低阻低成本印制電路板式換熱器 294
40.1　引言 294
40.2　技術(shù)路線 296
40.3　仿真分析 298
40.4　結(jié)論 300
參考文獻(xiàn) 300

案例41　基于格子玻爾茲曼方法的流體仿真軟件（FlowJSU）面向燃料電池水熱管理優(yōu)化 301
41.1　引言 301
41.2　技術(shù)路線 302
41.3　仿真計(jì)算 302
41.3.1　控制方程 302
41.3.2　邊界條件 303
41.4　結(jié)果分析 303
41.4.1　模型驗(yàn)證 303
41.4.2　燃料電池雙極板流道排水性能優(yōu)化 303
41.4.3　燃料電池氣體擴(kuò)散層水管理優(yōu)化 304
41.4.4　低溫環(huán)境下燃料電池氣體擴(kuò)散層熱管理優(yōu)化 304

案例42　受限空間內(nèi)燃料燃燒減阻特性數(shù)值仿真研究 306
42.1　引言 306
42.2　技術(shù)路線 307
42.2.1　設(shè)計(jì)思路 307
42.2.2　技術(shù)方案 307
42.3　仿真計(jì)算 308
42.3.1　數(shù)值模擬方法的驗(yàn)證 308
42.3.2　帶有后向臺階的二維等直沖壓流道數(shù)值模擬 309
42.3.3　超燃沖壓發(fā)動機(jī)數(shù)值模擬方法/網(wǎng)格無關(guān)性校驗(yàn) 309
42.4　結(jié)果分析 310
42.4.1　帶有后向臺階的二維等直沖壓流道數(shù)值模擬 310
42.4.2　不同來流狀態(tài)下受限空間內(nèi)燃料燃燒減阻規(guī)律研究 312
42.4.3　三維超燃沖壓發(fā)動機(jī)模型仿真結(jié)果 313
參考文獻(xiàn) 315

案例43　雙碳賦能流態(tài)化智能開采 316
43.1　數(shù)值方法 316
43.2　研究思路 316
43.3　數(shù)值模擬流程 317
43.4　數(shù)值仿真結(jié)果 317
43.5　工況參數(shù)優(yōu)化 318

案例44　池壁效應(yīng)對水平軸潮流渦輪水動力性能的影響分析 319
44.1　引言 319
44.2　技術(shù)路線 320
44.3　仿真計(jì)算 320
44.3.1　邊界條件與網(wǎng)格劃分 320
44.3.2　仿真操作步驟 321
44.3.3　模型試驗(yàn) 324
44.4　結(jié)果分析 324
44.4.1　數(shù)值仿真方法驗(yàn)證 324
44.4.2　池壁效應(yīng)對潮流渦輪水動力性能的影響 324
44.4.3　池壁效應(yīng)的修正 327
44.4.4　池壁效應(yīng)對潮流渦輪流場影響分析 327
44.5　結(jié)論 331
參考文獻(xiàn) 331


第六篇 其他篇 332
案例45　基于AnyBody 仿真技術(shù)探究膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特征 333
45.1　引言 333
45.2　技術(shù)路線 334
45.3　仿真計(jì)算 334
45.4　結(jié)果分析 335
45.4.1　運(yùn)動學(xué)分析 335
45.4.2　動力學(xué)分析 336
45.4.3　運(yùn)動模式分析 337
參考文獻(xiàn) 337

案例46　液艙晃蕩及浮板制蕩機(jī)構(gòu)分析 338
46.1　研究現(xiàn)狀 338
46.2　技術(shù)路線 338
46.2.1　理論依據(jù) 338
46.2.2　模型調(diào)試 339
46.2.3　模型驗(yàn)證 339
46.3　仿真計(jì)算 340
46.4　結(jié)果分析 341
46.4.1　液艙晃蕩的共振現(xiàn)象 341
46.4.2　浮動擋板的制蕩效果 341
參考文獻(xiàn) 344