應用數值方法模擬材料成形的若干(應力場(chǎng)數值模擬方法)

1.應力場(chǎng)數值模擬方法

近30年來(lái)，人們采用現場(chǎng)測試、實(shí)驗室試驗、理論分析與模型試驗等多種方法，使巖土力學(xué)研究取得很大進(jìn)展[162~166]。

如今隨著(zhù)計算機技術(shù)的快速發(fā)展，巖土力學(xué)的研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段，其中數值計算方法已成為解決巖土力學(xué)問(wèn)題的重要手段之一。 6.1.1 概述 許多工程分析問(wèn)題，如固體力學(xué)中的位移場(chǎng)和應力場(chǎng)分布分析、電磁學(xué)中的電磁場(chǎng)分析、振動(dòng)特性分析、傳熱學(xué)中的溫度場(chǎng)分析以及流體力學(xué)中的流場(chǎng)分布等，都可以通過(guò)在給定邊界條件下對其控制方程進(jìn)行求解得到，但是利用解析方法只能求出一些方程性質(zhì)比較簡(jiǎn)單且幾何邊界相當規則的極少數問(wèn)題。

對于大多數實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題，由于物體的幾何形狀比較復雜或者問(wèn)題的某些特性是非線(xiàn)性的，因而一般無(wú)解析解。為了解決此類(lèi)問(wèn)題，一般采用兩種處理方法：一種是進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，將方程和邊界條件簡(jiǎn)化為能夠處理的問(wèn)題，從而得到在簡(jiǎn)化情況下的解，但這種方法應用非常有限，且假設過(guò)多將會(huì )導致錯誤的解；另一種是在廣泛接收現代數學(xué)和力學(xué)理論的基礎上，借助于計算機和計算軟件來(lái)獲得工程上要求的數值解，這就是目前應用非常廣泛的數值模擬方法。

目前在工程技術(shù)領(lǐng)域內常用的數值分析方法包括：有限單元法、邊界元法、離散單元法以及有限差分法。最初常用的是有限差分法，它可以處理一些相當復雜的問(wèn)題。

但對于幾何形狀復雜的邊界條件，其解的精度受到影響。20世紀60年代出現并得到廣泛應用的有限單元法，使經(jīng)典力學(xué)解析方法難以解決的工程力學(xué)問(wèn)題都可以用有限元方法求解。

它將連續的求解域離散為一組有限個(gè)單元的組合體，解析地模擬或逼近求解區域。由于單元能按各種不同的聯(lián)結方式組合在一起，且單元本身又可有不同的幾何形狀，所以能適應幾何形狀復雜的求解域。

但有限單元法需要的存貯容量常非常巨大，甚至大得無(wú)法計算。由于相鄰界面上只能位移協(xié)調，對于奇異性問(wèn)題（應力出現間斷）的處理比較麻煩，這是有限單元法的不足之處。

70年代末期，出現了另一種重要的數值方法為邊界元法。邊界元方法是把求解區域的邊界剖分為若干個(gè)單元，將求解簡(jiǎn)化為求單元結點(diǎn)上的函數值，通過(guò)求解一組線(xiàn)性代數方程實(shí)現求解積分方程。

上述兩種數值方法的主要區別在于，邊界元法是“邊界”方法，而有限元法是“區域”方法，它們都是針對連續介質(zhì)，只能獲得某一荷載或邊界條件下的穩定解。對于具有明顯塑性應變軟化特性和剪切膨脹特性的巖體，無(wú)法對其大變形過(guò)程中所表現出來(lái)的幾何非線(xiàn)性和物理非線(xiàn)性進(jìn)行模擬，這就使得人們去尋求適合模擬節理巖體運動(dòng)變形特性的有效數值方法。

1971年Cundall,P.A[167]提出了一種不連續介質(zhì)數值分析模型——離散單元法。該方法優(yōu)點(diǎn)在于適用于模擬節理系統或離散顆粒組合體在準靜態(tài)或動(dòng)態(tài)條件下的變形過(guò)程。

離散單元法的基本原理不同于基于最小總勢能變分原理的有限單元法，也不同于基于Betti互等定理的邊界單元法，而是建立在牛頓第二運動(dòng)定律基礎上。最初的離散元法是基于剛性體的假設，由于沒(méi)有考慮巖塊自身的變形，在模擬高應力狀態(tài)或軟弱、破碎巖體時(shí)，不能反映巖塊自身變形的特征，使計算結果與實(shí)際情況產(chǎn)生較大出入。

Maini,T.,Cundall,P.A.[168~169]等人針對剛體單元沒(méi)有考慮巖塊自身變形的缺點(diǎn)，利用差分方法提出了考慮巖石自身變形的改進(jìn)的離散單元法，編制了通用的離散元程序UDEC(Universal Discrete Element Code)，將離散元推廣到模擬巖體破碎和變形情況，推動(dòng)了離散元的進(jìn)一步發(fā)展。我國學(xué)者也相繼開(kāi)展這方面的研究，王泳嘉教授[170]等將離散單元法應用于采礦工程方面的研究。

6.1.2 FLAC數值模擬方法 （1）概述 數值模擬技術(shù)通過(guò)計算機程序在工程中得到廣泛的應用。一直到20世紀80年代初期，國際上較大型的面向工程的通用程序有：ANSYS、NASTRAN、FLAC、UNDEC、ASKS以及ADINA等程序。

它們功能越來(lái)越完善，不僅包含多種條件下的有限元分析程序，而且帶有功能強大的前、后處理程序。 連續介質(zhì)快速拉格朗日差分法（Fast Lagrangian Analysis of Continua，簡(jiǎn)寫(xiě)FLAC）是近年來(lái)逐步成熟完善起來(lái)的一種新型數值分析方法。

把拉格朗日法移植到固體力學(xué)中，即將所研究的區域劃分為網(wǎng)格，節點(diǎn)相當于流體質(zhì)點(diǎn)，然后按照時(shí)步用拉格朗日方法來(lái)研究網(wǎng)格節點(diǎn)的運動(dòng)，這就是固體力學(xué)變形研究中的拉格朗日數值研究方法。 FLAC與基本離散元法相似，但它克服了離散元法的缺陷，吸取了有限元法適用于各種材料模型及邊界條件的非規則區域連續問(wèn)題解的優(yōu)點(diǎn)。

FLAC所采用的動(dòng)態(tài)松弛法求解，不需要形成耗機時(shí)量較大的整體剛度矩陣，占用計算機內存少，利于在微機的工程問(wèn)題。同時(shí)，FLAC還應用了節點(diǎn)位移連續的條件，可以對連續介質(zhì)進(jìn)行大變形分析。

（2）數學(xué)模型 顯式有限差分法的基本方程主要包括：平衡方程、幾何方程、物理方程和邊界條件。在FLAC3D2.0中采用的拉格朗日描述方程，一般規定介質(zhì)中一點(diǎn)由向量分量xi,ui,vi,dvi/dt(i=1,2,3)來(lái)表征，其分別代表位置、位移、速度和加速度分量。

其基本原理和基本公式簡(jiǎn)單敘述如下： 空間導數的有限差分近似 三維FLAC。

2.沙盤(pán)模擬過(guò)程中有哪些注意事項

1、財務(wù)問(wèn)題的重要性；2、競爭的不確定性。

3、戰略目標的達成。4、經(jīng)營(yíng)確實(shí)是一個(gè)非常復雜的過(guò)程，往往從經(jīng)營(yíng)計劃到前提條件分解分析，再修訂計劃，再了解前提條件……5、通過(guò)這個(gè)游戲，確實(shí)發(fā)現自己確實(shí)缺乏企業(yè)整體運作的思路和工具。

、研發(fā)產(chǎn)品的方向。7、對企業(yè)運作的瓶頸部分，要做出特別激勵，即使只是保證剛好完成任務(wù)，也是對企業(yè)具有很大貢獻。

8、一個(gè)工序（部門(mén)）產(chǎn)量（工作量）相同，采用不同的運作方式會(huì )對企業(yè)整體效益有不同影響。9、人員要培訓才能達到企業(yè)要求。

10、跟隨型公司策略。11、合作談判一定要與對方企業(yè)的關(guān)鍵人物——能夠保證決策權和合作進(jìn)程的人排他性的進(jìn)行，避免以為合作達成的時(shí)候恰恰是對方已經(jīng)與其他方面達成了合作。

12、市場(chǎng)競爭中，相互間信息情報的了解非常重要，了解了對手的財務(wù)狀況對于了解對手的競爭實(shí)力和決策傾向，具有極大幫助。

3.數字萬(wàn)用表和模擬萬(wàn)用表相比,有哪些優(yōu)缺點(diǎn)

萬(wàn)能表使用基礎與原理 萬(wàn)用表又叫多用表、三用表、復用表，是一種多功能、多量程的測量?jì)x表，一般萬(wàn)用表可測量直流電流、直流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測交流電流、電容量、電感量及半導體的一些參數（如β）。

1.萬(wàn)用表的結構（500型） 萬(wàn)用表由表頭、測量電路及轉換開(kāi)關(guān)等三個(gè)主要部分組成。 （1）表頭：它是一只高靈敏度的磁電式直流電流表，萬(wàn)用表的主要性能指標基本上取決于表頭的性能。

表頭的靈敏度是指表頭指針滿(mǎn)刻度偏轉時(shí)流過(guò)表頭的直流電流值，這個(gè)值越小，表頭的靈敏度愈高。測電壓時(shí)的內阻越大，其性能就越好。

表頭上有四條刻度線(xiàn)，它們的功能如下：第一條（從上到下）標有R或Ω，指示的是電阻值，轉換開(kāi)關(guān)在歐姆擋時(shí)，即讀此條刻度線(xiàn)。第二條標有∽和VA，指示的是交、直流電壓和直流電流值，當轉換開(kāi)關(guān)在交、直流電壓或直流電流擋，量程在除交流10V以外的其它位置時(shí)，即讀此條刻度線(xiàn)。

第三條標有10V，指示的是10V的交流電壓值，當轉換開(kāi)關(guān)在交、直流電壓擋，量程在交流10V時(shí)，即讀此條刻度線(xiàn)。第四條標有dB，指示的是音頻電平。

（2）測量線(xiàn)路 測量線(xiàn)路是用來(lái)把各種被測量轉換到適合表頭測量的微小直流電流的電路， 它由電阻、半導體元件及電池組成 它能將各種不同的被測量（如電流、電壓、電阻等）、不同的量程，經(jīng)過(guò)一系列的處理（如整流、分流、分壓等）統一變成一定量限的微小直流電流送入表頭進(jìn)行測量。 （3）轉換開(kāi)關(guān) 其作用是用來(lái)選擇各種不同的測量線(xiàn)路，以滿(mǎn)足不同種類(lèi)和不同量程的測量要求。

轉換開(kāi)關(guān)一般有兩個(gè)，分別標有不同的檔位和量程。 2.符號含義 （1）∽ 表示交直流 （2） V-2.5KV 4000Ω/V 表示對于交流電壓及2.5KV的直流電壓擋，其靈敏度為4000Ω/V (3)A-V-Ω 表示可測量電流、電壓及電阻 （4）45-65-1000Hz 表示使用頻率范圍為1000 Hz以下，標準工頻范圍為45-65Hz (5)2000Ω/V DC 表示直流擋的靈敏度為2000Ω/V 鉗表和搖表盤(pán)上的符號與上述符號相似（其他因為符號格式不對不能全部寫(xiě)上『表示磁電系整流式有機械反作用力儀表 『表示三級防外磁場(chǎng)『表示水平放置））） 3.萬(wàn)用表的使用 （1）熟悉表盤(pán)上各符號的意義及各個(gè)旋鈕和選擇開(kāi)關(guān)的主要作用。

（2）進(jìn)行機械調零。 （3）根據被測量的種類(lèi)及大小，選擇轉換開(kāi)關(guān)的擋位及量程，找出對應的刻度線(xiàn)。

（4）選擇表筆插孔的位置。 （5）測量電壓：測量電壓（或電流）時(shí)要選擇好量程，如果用小量程去測量大電壓，則會(huì )有燒表的危險；如果用大量程去測量小電壓，那么指針偏轉太小，無(wú)法讀數。

量程的選擇應盡量使指針偏轉到滿(mǎn)刻度的2/3左右。如果事先不清楚被測電壓的大小時(shí)，應先選擇最高量程擋，然后逐漸減小到合適的量程。

a交流電壓的測量：將萬(wàn)用表的一個(gè)轉換開(kāi)關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個(gè)轉換開(kāi)關(guān)置于交流電壓的合適量程上，萬(wàn)用表兩表筆和被測電路或負載并聯(lián)即可。 b直流電壓的測量：將萬(wàn)用表的一個(gè)轉換開(kāi)關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個(gè)轉換開(kāi)關(guān)置于直流電壓的合適量程上，且“+”表筆（紅表筆）接到高電位處，“-”表筆（黑表筆）接到低電位處，即讓電流從“+”表筆流入，從“-”表筆流出。

若表筆接反，表頭指針會(huì )反方向偏轉，容易撞彎指針。 （6）測電流：測量直流電流時(shí)，將萬(wàn)用表的一個(gè)轉換開(kāi)關(guān)置于直流電流擋，另一個(gè)轉換開(kāi)關(guān)置于50uA到500mA的合適量程上，電流的量程選擇和讀數方法與電壓一樣。

測量時(shí)必須先斷開(kāi)電路，然后按照電流從“+”到“-”的方向，將萬(wàn)用表串聯(lián)到被測電路中，即電流從紅表筆流入，從黑表筆流出。如果誤將萬(wàn)用表與負載并聯(lián)，則因表頭的內阻很小 ，會(huì )造成短路燒毀儀表。

其讀數方法如下： 實(shí)際值=指示值*量程/滿(mǎn)偏 （7）測電阻：用萬(wàn)用表測量電阻時(shí)，應按下列方法*作： a選擇合適的倍率擋。萬(wàn)用表歐姆擋的刻度線(xiàn)是不均勻的，所以倍率擋的選擇應使指針停留在刻度線(xiàn)較稀的部分為宜，且指針越接近刻度尺的中間，讀數越準確。

一般情況下，應使指針指在刻度尺的1/3~2/3間。 b歐姆調零。

測量電阻之前，應將2個(gè)表筆短接，同時(shí)調節“歐姆（電氣）調零旋鈕”，使指針剛好指在歐姆刻度線(xiàn)右邊的零位。如果指針不能調到零位，說(shuō)明電池電壓不足或儀表內部有問(wèn)題。

并且每換一次倍率擋，都要再次進(jìn)行歐姆調零，以保證測量準確。 c讀數：表頭的讀數乘以倍率，就是所測電阻的電阻值。

（8）注意事項 a在測電流、電壓時(shí)，不能帶電換量程 b選擇量程時(shí)，要先選大的，后選小的，盡量使被測值接近于量程 c測電阻時(shí)，不能帶電測量。因為測量電阻時(shí)，萬(wàn)用表由內部電池供電，如果帶電測量則相當于接入一個(gè)額外的電源，可能損壞表頭。

d用畢，應使轉換開(kāi)關(guān)在交流電壓最大擋位或空擋上。 4.數字萬(wàn)用表 現在，數字式測量?jì)x表已成為主流，有取代模擬式儀表的趨勢。

與模擬式儀表相比，數？ 質(zhì)揭潛砹槊舳雀擼 既范雀擼 允廄邐 嗇芰η浚 閿諦 褂酶 虻ァO旅嬉訴C9802型數字萬(wàn)用表為例，簡(jiǎn)單介紹其使用方法和注意事項。 （1）使用方法 a使用前，應認真閱讀有關(guān)的使用說(shuō)明書(shū)，熟悉電源開(kāi)關(guān)、量程開(kāi)關(guān)、插孔、特殊插口的作用. b將電源開(kāi)關(guān)置于ON位置。

c交直流電壓。

4.在TPU材料注塑成型時(shí)生產(chǎn)要注意什么

最主要的是模溫要恒定。

一般情況，選用冷卻水。3。

材料干燥TPU的吸濕性強因此不同的TPU他們的干燥時(shí)間，溫度也是不一樣的，主要是根據原料商提供的物性表來(lái)實(shí)行。建議真空干燥比較好。

4。成型溫度一般的TPU的成型溫度都是170~230之間如果是透明產(chǎn)品170~200比較好。

溫度過(guò)高產(chǎn)品的透明度會(huì )下降。5。

成型機臺成型機臺要選用注射量要為額定量的40%~80%。不宜選用大機器。

6。成型工藝大多數TPU要使用高壓慢速，因為T(mén)PU的收縮率大所以要使用高壓慢速。

TPU的流動(dòng)性好易產(chǎn)生溢料，不易采用高背壓和過(guò)高的鏍桿轉速。 背壓一般在0。

3~~4MPA，鏍桿轉速30~~75r/min過(guò)高的鏍桿轉速材料和鏍桿產(chǎn)生的剪切熱會(huì )很大就會(huì )導致材料分解。選用多級注射，這樣產(chǎn)品就不會(huì )產(chǎn)生過(guò)大的內應力。

產(chǎn)品就不容易變形。和難脫模。

磨具的排氣是很重要的，排氣不良產(chǎn)品會(huì )出現燒焦或氣泡。 成型周期要穩定，射膠時(shí)間6~15秒。

保壓在5~10秒。冷卻20~60秒。