應(yīng)用數(shù)值方法模擬材料成形的若干(應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬方法)

1.應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬方法

近30年來，人們采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析與模型試驗(yàn)等多種方法，使巖土力學(xué)研究取得很大進(jìn)展[162~166]。

如今隨著計(jì)算機(jī)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(shù)值計(jì)算方法已成為解決巖土力學(xué)問題的重要手段之一。 6.1.1 概述 許多工程分析問題，如固體力學(xué)中的位移場(chǎng)和應(yīng)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，都可以通過在給定邊界條件下對(duì)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?guī)缀芜吔缦喈?dāng)規(guī)則的極少數(shù)問題。

對(duì)于大多數(shù)實(shí)際工程技術(shù)問題，由于物體的幾何形狀比較復(fù)雜或者問題的某些特性是非線性的，因而一般無解析解。為了解決此類問題，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)化為能夠處理的問題，從而得到在簡(jiǎn)化情況下的解，但這種方法應(yīng)用非常有限，且假設(shè)過多將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的解；另一種是在廣泛接收現(xiàn)代數(shù)學(xué)和力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，借助于計(jì)算機(jī)和計(jì)算軟件來獲得工程上要求的數(shù)值解，這就是目前應(yīng)用非常廣泛的數(shù)值模擬方法。

目前在工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)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(dāng)復(fù)雜的問題。

但對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的邊界條件，其解的精度受到影響。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)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)問題都可以用有限元方法求解。

它將連續(xù)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(qū)域。由于單元能按各種不同的聯(lián)結(jié)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(yīng)幾何形狀復(fù)雜的求解域。

但有限單元法需要的存貯容量常非常巨大，甚至大得無法計(jì)算。由于相鄰界面上只能位移協(xié)調(diào)，對(duì)于奇異性問題（應(yīng)力出現(xiàn)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(xiàn)了另一種重要的數(shù)值方法為邊界元法。邊界元方法是把求解區(qū)域的邊界剖分為若干個(gè)單元，將求解簡(jiǎn)化為求單元結(jié)點(diǎn)上的函數(shù)值，通過求解一組線性代數(shù)方程實(shí)現(xiàn)求解積分方程。

上述兩種數(shù)值方法的主要區(qū)別在于，邊界元法是“邊界”方法，而有限元法是“區(qū)域”方法，它們都是針對(duì)連續(xù)介質(zhì)，只能獲得某一荷載或邊界條件下的穩(wěn)定解。對(duì)于具有明顯塑性應(yīng)變軟化特性和剪切膨脹特性的巖體，無法對(duì)其大變形過程中所表現(xiàn)出來的幾何非線性和物理非線性進(jìn)行模擬，這就使得人們?nèi)で筮m合模擬節(jié)理巖體運(yùn)動(dòng)變形特性的有效數(shù)值方法。

1971年Cundall,P.A[167]提出了一種不連續(xù)介質(zhì)數(shù)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(jié)理系統(tǒng)或離散顆粒組合體在準(zhǔn)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)條件下的變形過程。

離散單元法的基本原理不同于基于最小總勢(shì)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(yùn)動(dòng)定律基礎(chǔ)上。最初的離散元法是基于剛性體的假設(shè)，由于沒有考慮巖塊自身的變形，在模擬高應(yīng)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(jì)算結(jié)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(duì)剛體單元沒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(guó)學(xué)者也相繼開展這方面的研究，王泳嘉教授[170]等將離散單元法應(yīng)用于采礦工程方面的研究。

6.1.2 FLAC數(shù)值模擬方法 （1）概述 數(shù)值模擬技術(shù)通過計(jì)算機(jī)程序在工程中得到廣泛的應(yīng)用。一直到20世紀(jì)80年代初期，國(guó)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。

它們功能越來越完善，不僅包含多種條件下的有限元分析程序，而且?guī)в泄δ軓?qiáng)大的前、后處理程序。 連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日差分法（Fast Lagrangian Analysis of Continua，簡(jiǎn)寫FLAC）是近年來逐步成熟完善起來的一種新型數(shù)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(qū)域劃分為網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于流體質(zhì)點(diǎn)，然后按照時(shí)步用拉格朗日方法來研究網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，這就是固體力學(xué)變形研究中的拉格朗日數(shù)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(guī)則區(qū)域連續(xù)問題解的優(yōu)點(diǎn)。

FLAC所采用的動(dòng)態(tài)松弛法求解，不需要形成耗機(jī)時(shí)量較大的整體剛度矩陣，占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存少，利于在微機(jī)的工程問題。同時(shí)，F(xiàn)LAC還應(yīng)用了節(jié)點(diǎn)位移連續(xù)的條件，可以對(duì)連續(xù)介質(zhì)進(jìn)行大變形分析。

（2）數(shù)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(guī)定介質(zhì)中一點(diǎn)由向量分量xi,ui,vi,dvi/dt(i=1,2,3)來表征，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(dǎo)數(shù)的有限差分近似 三維FLAC。

2.沙盤模擬過程中有哪些注意事項(xiàng)

1、財(cái)務(wù)問題的重要性；2、競(jìng)爭(zhēng)的不確定性。

3、戰(zhàn)略目標(biāo)的達(dá)成。4、經(jīng)營(yíng)確實(shí)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，往往從經(jīng)營(yíng)計(jì)劃到前提條件分解分析，再修訂計(jì)劃，再了解前提條件……5、通過這個(gè)游戲，確實(shí)發(fā)現(xiàn)自己確實(shí)缺乏企業(yè)整體運(yùn)作的思路和工具。

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

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

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

12、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，相互間信息情報(bào)的了解非常重要，了解了對(duì)手的財(cái)務(wù)狀況對(duì)于了解對(duì)手的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和決策傾向，具有極大幫助。

3.數(shù)字萬用表和模擬萬用表相比,有哪些優(yōu)缺點(diǎn)

萬能表使用基礎(chǔ)與原理 萬用表又叫多用表、三用表、復(fù)用表，是一種多功能、多量程的測(cè)量?jī)x表，一般萬用表可測(cè)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(cè)交流電流、電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)（如β）。

1.萬用表的結(jié)構(gòu)（500型） 萬用表由表頭、測(cè)量電路及轉(zhuǎn)換開關(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，萬用表的主要性能指標(biāo)基本上取決于表頭的性能。

表頭的靈敏度是指表頭指針滿刻度偏轉(zhuǎn)時(shí)流過表頭的直流電流值，這個(gè)值越小，表頭的靈敏度愈高。測(cè)電壓時(shí)的內(nèi)阻越大，其性能就越好。

表頭上有四條刻度線，它們的功能如下：第一條（從上到下）標(biāo)有R或Ω，指示的是電阻值，轉(zhuǎn)換開關(guān)在歐姆擋時(shí)，即讀此條刻度線。第二條標(biāo)有∽和VA，指示的是交、直流電壓和直流電流值，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(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。

第三條標(biāo)有10V，指示的是10V的交流電壓值，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在交、直流電壓擋，量程在交流10V時(shí)，即讀此條刻度線。第四條標(biāo)有dB，指示的是音頻電平。

（2）測(cè)量線路 測(cè)量線路是用來把各種被測(cè)量轉(zhuǎn)換到適合表頭測(cè)量的微小直流電流的電路， 它由電阻、半導(dǎo)體元件及電池組成 它能將各種不同的被測(cè)量（如電流、電壓、電阻等）、不同的量程，經(jīng)過一系列的處理（如整流、分流、分壓等）統(tǒng)一變成一定量限的微小直流電流送入表頭進(jìn)行測(cè)量。 （3）轉(zhuǎn)換開關(guān) 其作用是用來選擇各種不同的測(cè)量線路，以滿足不同種類和不同量程的測(cè)量要求。

轉(zhuǎn)換開關(guān)一般有兩個(gè)，分別標(biāo)有不同的檔位和量程。 2.符號(hào)含義 （1）∽ 表示交直流 （2） V-2.5KV 4000Ω/V 表示對(duì)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)工頻范圍為45-65Hz (5)2000Ω/V DC 表示直流擋的靈敏度為2000Ω/V 鉗表和搖表盤上的符號(hào)與上述符號(hào)相似（其他因?yàn)榉?hào)格式不對(duì)不能全部寫上『表示磁電系整流式有機(jī)械反作用力儀表 『表示三級(jí)防外磁場(chǎng)『表示水平放置））） 3.萬用表的使用 （1）熟悉表盤上各符號(hào)的意義及各個(gè)旋鈕和選擇開關(guān)的主要作用。

（2）進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。 （3）根據(jù)被測(cè)量的種類及大小，選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)的擋位及量程，找出對(duì)應(yīng)的刻度線。

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

量程的選擇應(yīng)盡量使指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的2/3左右。如果事先不清楚被測(cè)電壓的大小時(shí)，應(yīng)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(cè)量：將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓的合適量程上，萬用表兩表筆和被測(cè)電路或負(fù)載并聯(lián)即可。 b直流電壓的測(cè)量：將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(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(zhuǎn)，容易撞彎指針。 （6）測(cè)電流：測(cè)量直流電流時(shí)，將萬用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流擋，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于50uA到500mA的合適量程上，電流的量程選擇和讀數(shù)方法與電壓一樣。

測(cè)量時(shí)必須先斷開電路，然后按照電流從“+”到“-”的方向，將萬用表串聯(lián)到被測(cè)電路中，即電流從紅表筆流入，從黑表筆流出。如果誤將萬用表與負(fù)載并聯(lián)，則因表頭的內(nèi)阻很小 ，會(huì)造成短路燒毀儀表。

其讀數(shù)方法如下： 實(shí)際值=指示值*量程/滿偏 （7）測(cè)電阻：用萬用表測(cè)量電阻時(shí)，應(yīng)按下列方法*作： a選擇合適的倍率擋。萬用表歐姆擋的刻度線是不均勻的，所以倍率擋的選擇應(yīng)使指針停留在刻度線較稀的部分為宜，且指針越接近刻度尺的中間，讀數(shù)越準(zhǔn)確。

一般情況下，應(yīng)使指針指在刻度尺的1/3~2/3間。 b歐姆調(diào)零。

測(cè)量電阻之前，應(yīng)將2個(gè)表筆短接，同時(shí)調(diào)節(jié)“歐姆（電氣）調(diào)零旋鈕”，使指針剛好指在歐姆刻度線右邊的零位。如果指針不能調(diào)到零位，說明電池電壓不足或儀表內(nèi)部有問題。

并且每換一次倍率擋，都要再次進(jìn)行歐姆調(diào)零，以保證測(cè)量準(zhǔn)確。 c讀數(shù)：表頭的讀數(shù)乘以倍率，就是所測(cè)電阻的電阻值。

（8）注意事項(xiàng) a在測(cè)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(cè)值接近于量程 c測(cè)電阻時(shí)，不能帶電測(cè)量。因?yàn)闇y(cè)量電阻時(shí)，萬用表由內(nèi)部電池供電，如果帶電測(cè)量則相當(dāng)于接入一個(gè)額外的電源，可能損壞表頭。

d用畢，應(yīng)使轉(zhuǎn)換開關(guān)在交流電壓最大擋位或空擋上。 4.數(shù)字萬用表 現(xiàn)在，數(shù)字式測(cè)量?jī)x表已成為主流，有取代模擬式儀表的趨勢(shì)。

與模擬式儀表相比，數(shù)？ 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(shù)字萬用表為例，簡(jiǎn)單介紹其使用方法和注意事項(xiàng)。 （1）使用方法 a使用前，應(yīng)認(rèn)真閱讀有關(guān)的使用說明書，熟悉電源開關(guān)、量程開關(guān)、插孔、特殊插口的作用. b將電源開關(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(qiáng)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(jù)原料商提供的物性表來實(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。

溫度過高產(chǎn)品的透明度會(huì)下降。5。

成型機(jī)臺(tái)成型機(jī)臺(tái)要選用注射量要為額定量的40%~80%。不宜選用大機(jī)器。

6。成型工藝大多數(shù)TPU要使用高壓慢速，因?yàn)門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高的鏍桿轉(zhuǎn)速。 背壓一般在0。

3~~4MPA，鏍桿轉(zhuǎn)速30~~75r/min過高的鏍桿轉(zhuǎn)速材料和鏍桿產(chǎn)生的剪切熱會(huì)很大就會(huì)導(dǎo)致材料分解。選用多級(jí)注射，這樣產(chǎn)品就不會(huì)產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)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(xiàn)燒焦或氣泡。 成型周期要穩(wěn)定，射膠時(shí)間6~15秒。

保壓在5~10秒。冷卻20~60秒。