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

1.應(yīng)力場數(shù)值模擬方法

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

如今隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，巖土力學(xué)的研究進入了一個新的階段，其中數(shù)值計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)中的位移場和應(yīng)力場分布分析、電磁學(xué)中的電磁場分析、振動特性分析、傳熱學(xué)中的溫度場分析以及流體力學(xué)中的流場分布等，都可以通過在給定邊界條件下對其控制方程進行求解得到，但是利用解析方法只能求出一些方程性質(zhì)比較簡單且?guī)缀芜吔缦喈?dāng)規(guī)則的極少數(shù)問題。

對于大多數(shù)實際工程技術(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：一種是進行簡化處理，將方程和邊界條件簡化為能夠處理的問題，從而得到在簡化情況下的解，但這種方法應(yīng)用非常有限，且假設(shè)過多將會導(dǎo)致錯誤的解；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，借助于計算機和計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，甚至大得無法計算。由于相鄰界面上只能位移協(xié)調(diào)，對于奇異性問題（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單元，將求解簡化為求單元結(jié)點上的函數(shù)值，通過求解一組線性代數(shù)方程實現(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行模擬，這就使得人們?nèi)で筮m合模擬節(jié)理巖體運動變形特性的有效數(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，不能反映巖塊自身變形的特征，使計算結(jié)果與實際情況產(chǎn)生較大出入。

Maini,T.,Cundall,P.A.[168~169]等人針對剛體單元沒有考慮巖塊自身變形的缺點，利用差分方法提出了考慮巖石自身變形的改進的離散單元法，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，推動了離散元的進一步發(fā)展。我國學(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)通過計算機程序在工程中得到廣泛的應(yīng)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軓姶蟮那?、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)點相當(dāng)于流體質(zhì)點，然后按照時步用拉格朗日方法來研究網(wǎng)格節(jié)點的運動，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。

FLAC所采用的動態(tài)松弛法求解，不需要形成耗機時量較大的整體剛度矩陣，占用計算機內(nèi)存少，利于在微機的工程問題。同時，F(xiàn)LAC還應(yīng)用了節(jié)點位移連續(xù)的條件，可以對連續(xù)介質(zhì)進行大變形分析。

（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

1、財務(wù)問題的重要性；2、競爭的不確定性。

3、戰(zhàn)略目標(biāo)的達成。4、經(jīng)營確實是一個非常復(fù)雜的過程，往往從經(jīng)營計劃到前提條件分解分析，再修訂計劃，再了解前提條件……5、通過這個游戲，確實發(fā)現(xiàn)自己確實缺乏企業(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、一個工序（部門）產(chǎn)量（工作量）相同，采用不同的運作方式會對企業(yè)整體效益有不同影響。9、人員要培訓(xùn)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(quán)和合作進程的人排他性的進行，避免以為合作達成的時候恰恰是對方已經(jīng)與其他方面達成了合作。

12、市場競爭中，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

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、多量程的測量儀表，一般萬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(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、測量電路及轉(zhuǎn)換開關(guān)等三個主要部分組成。 （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)時流過表頭的直流電流值，這個值越小，表頭的靈敏度愈高。測電壓時的內(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，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，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，即讀此條刻度線。第四條標(biāo)有dB，指示的是音頻電平。

（2）測量線路 測量線路是用來把各種被測量轉(zhuǎn)換到適合表頭測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行測量。 （3）轉(zhuǎn)換開關(guān) 其作用是用來選擇各種不同的測量線路，以滿足不同種類和不同量程的測量要求。

轉(zhuǎn)換開關(guān)一般有兩個，分別標(biāo)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(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與上述符號相似（其他因為符號格式不對不能全部寫上『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『表示水平放置））） 3.萬用表的使用 （1）熟悉表盤上各符號的意義及各個旋鈕和選擇開關(guān)的主要作用。

（2）進行機械調(diào)零。 （3）根據(jù)被測量的種類及大小，選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)的擋位及量程，找出對應(yīng)的刻度線。

（4）選擇表筆插孔的位置。 （5）測量電壓：測量電壓（或電流）時要選擇好量程，如果用小量程去測量大電壓，則會有燒表的危險；如果用大量程去測量小電壓，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電壓的大小時，應(yīng)先選擇最高量程擋，然后逐漸減小到合適的量程。

a交流電壓的測量：將萬用表的一個轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個轉(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電路或負載并聯(lián)即可。 b直流電壓的測量：將萬用表的一個轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交、直流電壓擋，另一個轉(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，表頭指針會反方向偏轉(zhuǎn)，容易撞彎指針。 （6）測電流：測量直流電流時，將萬用表的一個轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流擋，另一個轉(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。

測量時必須先斷開電路，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載并聯(lián)，則因表頭的內(nèi)阻很小 ，會造成短路燒毀儀表。

其讀數(shù)方法如下： 實際值=指示值*量程/滿偏 （7）測電阻：用萬用表測量電阻時，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。

測量電阻之前，應(yīng)將2個表筆短接，同時調(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，都要再次進行歐姆調(diào)零，以保證測量準(zhǔn)確。 c讀數(shù)：表頭的讀數(shù)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，不能帶電換量程 b選擇量程時，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，不能帶電測量。因為測量電阻時，萬用表由內(nèi)部電池供電，如果帶電測量則相當(dāng)于接入一個額外的電源，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)字式測量儀表已成為主流，有取代模擬式儀表的趨勢。

與模擬式儀表相比，數(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，簡單介紹其使用方法和注意事項。 （1）使用方法 a使用前，應(yīng)認真閱讀有關(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(shù)TPU要使用高壓慢速，因為TPU的收縮率大所以要使用高壓慢速。

TPU的流動性好易產(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)生的剪切熱會很大就會導(dǎo)致材料分解。選用多級注射，這樣產(chǎn)品就不會產(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)品會出現(xiàn)燒焦或氣泡。 成型周期要穩(wěn)定，射膠時間6~15秒。

保壓在5~10秒。冷卻20~60秒。