8篇关于有限元仿真的计算机毕业论文

今天分享的是关于有限元仿真的8篇计算机毕业论文范文, 如果你的论文涉及到有限元仿真等主题,本文能够帮助到你

隧道磁阻加速度计结构和控制技术优化研究

这是一篇关于隧道磁阻效应,加速度计,永磁性薄膜,闭环测控系统,有限元仿真的论文, 主要内容为高灵敏度的隧道磁阻效应决定了隧道磁阻加速度计拥有超敏感性的检测装置,同时也表现出在微机械器件中十足的发展潜力。本文对隧道磁阻加速度计的结构和控制技术均进行了优化,通过优化加速度计结构设计得到更高的灵敏度,同时通过设计加速度计闭环控制系统来改善高隧道磁阻加速度计稳定性的问题。论文主要内容包括:首先分析了线性加速度计工作原理,推导了加速度-质量块水平位移的系统传递函数以及位移-磁场-电压的数学变换公式。建立了三维空间下的永磁性薄膜数学模型,研究了周围空间任意一点的磁场强度表达式,以及磁场强度对水平方向的磁场强度变化率分布规律。分析了静电力反馈机制原理,研究了隧道磁阻加速度计闭环测控系统的工作原理,根据静电力反馈机制设计了隧道磁阻加速度计闭环测控系统。然后设计了隧道磁阻加速度计的主体结构,根据主体结构的力学模型推导了结构参数和输入输出关系之间的数学表达式,结合灵敏度大小与实际加工条件确定了主体结构参数。采用有限元仿真软件ANSYS Workbench对隧道磁阻加速度计主体结构机械特性、热应力特性以及瞬态冲击特性进行了仿真分析。接着对永磁体进行了材料选型,根据MEMS微机械加速度计设计要求选取磁场强度较大、尺寸较小和易于加工的永磁性薄膜。采用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对永磁体周围的磁场分布特性以及变化率进行了仿真分析。充分考虑到加工工艺、微组装过程的难易程度,以及对加速度计性能的影响等因素,对隧道磁阻加速度计整体结构进行了布局和设计。接着对隧道磁阻加速度计闭环测控系统进行了电路设计,针对隧道磁阻传感器输出的微弱信号,分别对差分放大电路、低通滤波电路、PID控制电路和反馈控制电路进行设计和电路仿真。并基于Simulink实现了隧道磁阻加速度计闭环测控系统仿真分析。最后采用MEMS加工工艺对主体结构进行了加工,经过版图设计制版、光刻掩膜、深硅刻蚀、阳极键合、减薄抛光以及应力释放等工序完成了隧道磁阻加速度计的主体结构加工。对闭环测控电路进行了PCB制版,实现主体MEMS结构和PCB的微组装,完成了原理样机的调试。同时对原理样机进行了加速度标度因数测试和稳定性测试,测试结果表明:隧道磁阻加速度计的开环标度因数达到了747.78m V/g,线性度达到0.99932;闭环标度因数达到了1.79V/g,线性度达到0.99364,接着又设计实验测试得到隧道磁阻加速度计偏置稳定性约为228μg。

基于遗传算法的摩擦纳米发电机自动优化设计方法

这是一篇关于摩擦纳米发电机,有限元仿真,遗传算法,自动化设计,自供能传感器的论文, 主要内容为随着物联网的快速发展,物联网终端的传感器节点数量不断增加、分布区域越来越广、分布环境也变得越来越复杂,终端传感器的供能问题也受到广泛关注。基于接触起电和静电感应耦合作用的摩擦纳米发电机被认为是一种供能潜在解决方案,可用于环境机械能量收集,为终端传感器节点独立供电。摩擦纳米发电机拥有低成本、高瞬时输出等优点,因此成为了目前推进自驱动传感系统、分布式独立电源的研究重点。目前,摩擦纳米发电机的传统设计主要依赖解析推导、重复测试、重复制作等手段来实现,缺乏低成本、普适性、可靠性较强的自动化设计方法。器件设计优化的困难也延长了研究和开发过程,阻碍了摩擦纳米发电机实际应用的落地。基于以上的摩擦纳米发电机设计要求,本文进行了如下研究:(1)讨论了摩擦纳米发电机的基本制作流程。提出了一个经过CAD图形绘制、PCB电极生成、公共PCB制作平台制作等步骤的通用流程方法。该方法可以用于各种工作模式下的摩擦纳米发电机制作,可以实现高精度、多样化的设计制造需求。(2)搭建了完整自动化优化设计平台。以非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ为主体,通过调用有限元仿真和等效电路仿真,进行摩擦纳米发电机的个体输出性能适应度函数的计算,实现排序交叉变异筛选代际优化。最终在300代实现收敛至帕累托前沿,得到输出功率和匹配点性能较为均衡的结构个体群。(3)实现了自动化设计多维度仿真计算加速。在有限元仿真部分,提出了独立层旋转TENG电极厚度简化模型、周期几何简化模型、超低采样率拟合插值方法实现计算加速。在计算平台部分,采用并行计算、算法解耦实现计算加速等。最终在自动化设计中实现了数万倍计算加速。(4)搭建了以设计得到的独立层旋转TENG为唯一能量源的自驱动无线环境监测系统,并进行了相关验证实验。验证实验中,将仿真得到的单个体输出与实验输出对比,以及经仿真得到的优化后结果中多个体的相对输出情况与实验输出归一化比对。单个体结果向量余弦相似度达99%,多个体输出相对关系一致,证明了仿真优化方法的可靠性。同时搭建了以设计的独立层旋转TENG为唯一能量源、以STM32为主要控制模块、以蓝牙为基本传输方式的自驱动环境温湿度紫外强度多参数无线传感系统,能够在7秒左右完成环境状态监测功能。

跷板开关机械特性与闭合电涌负载能力的研究

这是一篇关于跷板开关,电涌负载,熔焊,失效机理,有限元仿真的论文, 主要内容为跷板开关作为一种手动控制墙壁开关,已经成为家居生活中不可或缺的电气设备。自镇流灯这类有着浪涌特性的负载使得开关闭合过程中产生剧烈的燃弧,从而引发触点熔焊,这已经成为跷板开关主要的失效模式。迄今为止,对跷板开关触点熔焊特性的相关理论分析和实验研究较少,对于跷板开关在电涌负载条件下的熔焊机理认识不足。本文提出了跷板开关机械动作特性的有限元仿真方法,基于开发的跷板开关电涌冲击实验系统,研究了跷板开关闭合电涌负载能力及熔焊机理。首先,建立了跷板开关的力学模型,提出了跷板开关的有限元仿真分析方法。理论推导了开关操作力和触点压力在不同运动阶段下的计算公式。综合应用模型简化方法和弹簧等效方法,建立了跷板开关有限元仿真分析模型,通过有限元仿真厘清了开关闭合回跳的诱因。进一步仿真分析了接触摩擦系数和驱动速度对开关操作力和回跳时间的影响。其次,设计了跷板开关电涌冲击实验系统。设计的强电涌发生器能够实现浪涌电流峰值、宽度和允通能量的调节。开发的机械结构能够实现过渡件、支撑片和静簧片在三个平动自由度上的精确调节,进而保证了不同样品动作的一致性。基于Labview开发的软件实现了回跳时间、分断时间、熔焊力等参数计算,以及波形显示、报警和存储功能。最后,提出了开关闭合电涌负载能力的评价方法,揭示了跷板开关触点在电涌负载条件下的熔焊机理。通过开关机械动作特性实验分析,验证了模型开关与实际开关动作的一致性。通过开展允通能量等级为100～160A2s的电涌冲击实验,研究了电容充电电压对开关触点熔焊力的影响,提出了使用分断时间差和分断操作力来评价开关闭合电涌负载能力的方法。结合开关触点发生熔焊时的典型波形和机械动作特性,阐述了触点发生熔焊的物理过程和机理。本研究可为跷板开关在电涌负载条件下的熔焊失效分析提供依据,对于提高跷板开关的抗熔焊能力设计具有实用价值。

铝合金板材成形过程数值模拟与仿真

这是一篇关于GTN细观损伤模型,各向异性,剪切理论,有限元仿真,冲压工艺优化的论文, 主要内容为冲压成形技术是现代制造业进行生产活动的过程当中所不可或缺的塑性加工技术之一,具有成形速度快、材料利用率高、应用范围广等诸多优点。但由于工艺参数不同、加工工况不同、加工材料不同,板材在发生较大塑性应变的同时,褶皱、回弹、拉裂等冲压成形特有的加工缺陷也极易随之产生,从而大大提高零件废品率,影响生产作业的正常进行。运用有限元数值分析法,通过模拟冲压成形工艺过程,对可能产生的缺陷进行精准预测,进而优化工艺参数及加工工艺轨迹曲线,是解决上述问题的一种行之有效的方法。运用完整的材料本构数值模型是得到精准预测结果的基础,其深深地影响着仿真分析的可靠度。细观损伤模型从细观尺度出发,通过研究、分析材料发生形变时,其内部孔洞的演化,以此来揭示宏观裂纹产生、扩展、断裂的本质,在此基础上推导应力、应变变化,因此对于金属材料韧性断裂的预测更为精准,目前应用最为广泛的即GTN多孔金属塑性损伤模型,但该模型是基于各向同性力学理论所提出的,未考虑冲压板材的各向异性,且忽略了剪切作用对于微孔洞演化过程的影响,因此对于预测以剪切载荷为主导的失效模式仍不准确。本文考虑到板材各向异性,以及剪切作用的影响,将相关理论融入上述GTN模型当中,并应用于对AA5052铝合金板材冲压加工的数值模拟与仿真中。论文主要研究内容如下:1.详细介绍了本课题的研究背景、意义以及国内外专家、学者对于细观损伤力学模型的研究工作与应用。以两种孤立微孔洞模型的提出为出发点,介绍了 Gurson多孔金属塑性模型和后人对于该模型本构方程的优化,之后对GTN模型的特点与不足进行了阐述,并一一介绍、分析了Xue、Zhou等对于GTN细观损伤模型所作的剪切修正工作;2.通过一种唯象的方法,以等效应力和流动应力为纽带,将Barlat’91各向异性屈服准则以及Voce饱和流动应力模型融入到GTN细观损伤模型的本构势方程中,并将Zhou在其模型中所提出的剪切修正参数加以应用,用于描述材料的剪切损伤。详细推导了上述完善后模型的本构方程以及其数值实现方法,并运用后向Eular本构积分算法,将其编制为VUMAT子程序应用于有限元仿真软件ABAQUS中;3.根据后续有限元仿真、实验的实际需要,进行了单轴拉伸试验,并经过测量、计算、拟合后得到了 AA5052铝合金板材的材料力学参数、Barlat’91各向异性参数、硬化参数以及真实应力-应变曲线,并在前人的工作基础上,对单轴拉伸实验进行了有限元反求,得到了材料的一组GTN细观损伤参数以及与剪切相关的剪切参数;4.运用胞元法在ABAQUS中进行了单一单元的拉伸仿真和剪切仿真以验证所编辑VUMAT子程序的正确性,并与ABAQUS自带的多孔金属塑性材料本构模型(Porous metal plasticity)计算所得结果进行了比较和分析。单元拉伸仿真中两者所计算出的等效塑性应变、等效应力以及孔洞体积分数基本相同,验证了模型以及子程序的正确性,在单元剪切仿真中两者计算出的结果则存在较大出入,由多孔金属塑性模型计算出的等效应力在增长到一定程度后就不再变化,且孔洞体积分数始终为0,暴露出了原GTN模型不适用于模拟由剪切载荷主导的力学仿真这一不足,而由VUMAT计算出的各项参数值则随等效塑性应变的增大而有所变化;5.为探究不同工艺参数对板材成形过程的具体影响,准确预测板材的拉裂缺陷,应用所编辑的材料子程序在ABAQUS中对AA5052铝合金板材的冲压过程进行了多次有限元仿真模拟,运用控制变量法分别调整了压边力、冲压速度、摩擦系数以及保压时间等冲压参数,综合板材成形后的损伤参数云图以及最大减薄率、最大增厚率曲线作为判断最终成形质量的标准,仿真结果显示对于所使用的冲压模具而言,板材凸模圆角与其侧面的交界处为最易产生拉裂缺陷的部位,且随着冲压速度、压边力以及材料摩擦系数的增大,板材最大损伤值及最大减薄率均具有上升趋势。最后结合仿真结果,选取了一组最优加工工艺参数,将经典压印加工工艺曲线中的保压阶段前提至板材容易出现裂纹的部位,使该处金属能够充分流动、成形。

基于遗传算法的摩擦纳米发电机自动优化设计方法

基于被动超声的便携式轴承故障诊断系统设计与实现

这是一篇关于轴承故障,超声波换能器,有限元仿真,被动超声,超声波发生器的论文, 主要内容为近些年被动超声诊断系统作为重要的早期轴承故障无损检测系统高速发展。轴承故障诊断系统增益范围大且可调以及外差降频载波频率可调对轴承故障诊断具有重要意义。但目前国内尚没有同时具备宽动态范围增益可调以及外差降频载波频率可调的轴承故障诊断系统。为了克服该缺陷,本文开发设计了基于被动超声的宽动态范围增益可调及外差降频载波频率可调的便携式轴承故障诊断系统。首先,针对超声波换能器结构稳定性低、灵敏度低和指向性差的缺陷,研制了超声波换能器。根据超声波换能器的功能特性和性能要求,分析了换能器的基本结构。根据换能器相关理论设计了压电振子和匹配层,建立了简化有限元仿真模型,分析模态选择出最佳工作模态,分析谐响应得出压电振子和匹配层尺寸对超声波换能器工作频率的影响,从而完成超声波换能器的设计。其次,针对传统轴承故障诊断系统可调节参数单一、信号预处理功能弱的缺陷,开发了宽动态增益载波频率可调轴承故障诊断系统。根据轴承故障诊断需求的基本功能和技术参数,分析了系统的主要功能模块。详细设计了该系统宽动态增益可调两级放大电路、载波频率可调外差降频电路、超声信号强度转换电路,从而实现轴承故障诊断系统主要功能。最后,对基于被动超声的轴承故障诊断系统的轴承诊断效果进行实验验证。通过信号发生器产生的超声波信号测试了轴承故障诊断系统的两级放大和外差降频电路。根据研制的超声波发生器辅助完成了轴承故障诊断系统的声音测试。选取已知故障状态的轴承实物设计了轴承故障诊断实验,根据轴承诊断时域指标分析了轴承故障类型,从而验证了轴承故障诊断系统的有效性。

外加场为旋转磁场的磁性粒子磁泳分离系统

这是一篇关于磁泳分离,有限元仿真,定子三相绕组磁场,磁性粒子的论文, 主要内容为磁泳分离技术是近年来发展非常迅速的一种利用微粒的磁性实现对目标物质的快速、高效分离和纯化的场流分离技术,磁泳分离技术与其他场流分离技术相比具有非接触性,高通量,操作简便,成本低廉,生物相容性好等优点,因此磁泳分离技术在生物医学研究,临床诊断,环境监测等领域得到了广泛的应用。磁场源是磁泳分离技术的关键要素,目前该技术所用的磁场源主要包括永磁体,电磁场和软磁结构,其中永磁体和软磁结构产生的磁场通常为静止磁场被提前设置在固定区域,使得目标物质在分离过程中无法调节磁场的大小和梯度,使用电磁场作为磁场源有可以通过改变电流的大小和方向来控制磁场的强度和方向并形成非均匀磁场,从而实现对目标物质更精确的操控的优势,逐渐成为磁泳分离技术中的研究热点,但现有的电磁场源大多存在磁场强度不强,体积小,通量低等缺点,高强度,高梯度的电磁场源技术发展仍不成熟。本论文旨在设计一种使用定子三相绕组作为磁场源的磁泳分离系统,实现对微米级磁性微粒的分离。首先介绍了磁泳分离与电磁场的基本原理,提出了一种计算在定子三相绕组内部一点处产生的磁场力的计算方法,对磁性粒子在磁场中的受力进行分析并给出磁性粒子的运动方程;之后对磁性粒子磁泳分离系统进行二维建模和仿真和分析,对系统中的磁场和流场进行计算,分析定子三相绕组电压大小及频率、分离通道距定子绕组的距离对分离通道中磁场强度和梯度的影响,计算了磁性粒子在通道中的受力,验证本设计的可行性;最后分别进行了磁珠运动特性实验和磁性粒子运动特性实验,利用磁珠运动特性实验考查不同电压大小、频率以及磁场旋转方向对磁珠在分离系统中的运动行为的影响,找出磁珠运动规律及最佳实验参数,利用磁珠运动特性实验得到的实验参数对4μm的磁性粒子进行磁性粒子运动特性实验,成功实现4μm磁性粒子提前流出分离通道。分析实验的不足以及对本分离系统设计及实验方法的改进。综上所述,本论文设计了一种外加场为定子三相绕组旋转磁场的磁性粒子磁泳分离系统。首先利用有限元仿真和宏观的磁珠运动特性实验验证了本分离系统的可行性,明确了定子三相绕组电压大小及频率对磁性粒子在本分离系统中运动行为的影响,最后通过磁性粒子运动特性实验,实现了对4μm磁性粒子的有效控制。本分离系统可为基于定子三相绕组的磁泳分离系统的设计思路和优化方案提供参考。

基于低覆盖度治沙的喷施装置设计与研究

这是一篇关于低覆盖度治沙,固沙喷施装置,地面力学,有限元仿真,土槽试验的论文, 主要内容为荒漠化治理成为我国环境保护工程的一项重要内容,近年来发展较为成熟的治理方法有物理工程固沙、生物植被固沙以及化学固沙三大类。随着环保型固沙剂的出现,化学固沙技术以高效、便捷、适宜性强等优点,在荒漠化治理中逐渐推广使用。为此本文依托于国家重点研发项目“基于低覆盖度理论的防沙治沙新材料、新装备、新技术研发”,研制出一款用于喷施固沙剂的牵引式沙地作业装置,以促进机械化治沙装备的发展。本文的主要研究内容和成果如下:(1)根据项目需求及固沙喷施装置作业条件等特点,基于低覆盖度治沙理论提出四种喷施方案,对比不同方案优缺点,确定了一种合理可行的喷施方案,并对关键零部件进行了结构设计及分析。(2)通过剪切特性试验得出试验样土的基本力学特性参数,结合土壤的承压特性及剪切特性原理,建立喷施轮-沙土力学模型。以提高喷施轮沙地通过性及喷施效率为目标,确定喷施轮结构设计参数,并通过ABAQUS软件对设计的喷施轮进行沙地运动仿真。仿真结果表明设计的喷施轮可以满足沙地行走及作业需求。(3)运用Hypermesh软件对装置的主机架及喷施轮进行有限元静力学分析及模态分析,结果表明装置结构的强度与刚度满足设计标准,并且能平稳运行作业。运用ANSYS Fluent软件对装置的旋转接头及喷杆进行流体仿真分析,结果表明改进后的旋转接头可以实现作业过程中液体的输送,单根喷杆单次喷施液体体积约为133.5m L,并且在沙地中的喷施效果均匀,满足喷施作业需求,为装置的开发提供保障。(4)完成固沙喷施装置的开发,并进行牵引试验及土槽试验研究。试验结果表明:该装置在行走底盘的牵引下能在松软地面上正常行走。在模拟科尔沁沙地作业条件下,装置喷施覆盖度约为16%,喷施最大深度可达130mm,单根喷杆单次喷施液体体积约为112m L,作业后对沙地表层的破坏程度小,满足低覆盖度治沙的要求。同时装置的喷施效率会随着沙土紧实度的增大而提高,但喷施覆盖度会随之下降。综上所述,该固沙喷施装置满足低覆盖度治沙的要求,并具有良好的作业性能,可以提高固沙效率,降低固沙成本。研究成果对今后固沙机械的发展具有一定的参考价值。

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