Role Of Vertical Component Of Surface Tension Of The Droplet On The Elastic Deformation Of Pdms Membrane

Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) has been widely used in lab-on-a-chip and micro- total analysis systems (mu-TAS), thus wetting and electrowetting behaviors of PDMS are of great importance in these devices. PDMS is a kind of soft polymer material, so the elastic deformation of PDMS membrane by a droplet cannot be neglected due to the vertical component of the interfacial tension between the liquid and vapor, and this vertical component of liquid-vapor surface tension is also balanced by the stress distribution within the PDMS membrane. Such elastic deformation and stress distribution not only affect the exact measurement of contact angle, but also have influence on the micro-fluidic behavior of the devices. Using ANSYS code, we simulated numerically the elastic deformation and stress distribution of PDMS membrane on a rigid substrate due to the liquid-vapor surface tension. It is found that the vertical elastic deformation of the PDMS membrane is on the order of several tens of nanometers due to the application of a droplet with a diameter of 2.31 mm, which is no longer negligible for lab-on-a-chip and mu-TAS. The vertical elastic deformation increases with the thickness of the PDMS membrane, and there exists a saturated membrane thickness, regarded as a semi-infinite membrane thickness, and the vertical elastic deformation reaches a limiting value when the membrane thickness is equal to or thicker than such saturated thickness. (C) Koninklijke Brill NV, Leiden, 2008.

138000m~3 LNG运输船液货舱维护系统的温度场分析

分析了一艘138000m3薄膜式LNG运输船液货舱维护系统的稳态温度场,研究了骨材、内外壳体间的空腔中空气的对流以及表面间的辐射对换热的影响,建立了温度场分析的数学模型;在商业软件ANSYS的基础上开发了数值计算程序,并利用有限元传热模型,计算了8种工况下船体各部分的温度分布及日蒸发率值。计算结果表明:该船在正常工况下液货舱的维护系统是有效的,符合《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》的相关要求。

Pyrex玻璃/铝多层阳极键合界面结构与力学分析

采用公共阳极法实现了Pyrex玻璃与铝多层晶片的静电键合,对玻璃/铝/玻璃阳极接合界面的组织结构及其连接机理和力学特征进行了重点研究。分别利用微拉伸测试设备和ANSYS软件分析了连接区的力学性能和残余应力分布特征。分析认为键合区由玻璃-过渡层-铝组成,过渡层为Al_2O_3-SiO_2复合氧化物。玻璃/铝界面的微观组织和元素分布均以铝为对称轴呈对称分布。在玻璃/铝/玻璃多层连接区,键合界面附近的残余应力和应变呈对称分布,多层结构的对称性有利于缓解接头应变和应力,表明应用公共阳极法可实现多层玻璃/铝/玻璃的良好键合。

高能气动喷丸致纯铜细晶化的实验与模拟

高能气动喷丸是通过剧烈塑性变形产生细晶材料的方法之一.用纯铜作为实验材料在高能气动喷丸实验机上作喷丸实验,利用表面形貌仪、显微硬度仪以及电子背散射衍射方法对经喷丸处理的试样进行表面粗糙度、硬度及晶粒尺度的测量.结果表明,表面粗糙度随处理时间的增长呈指数衰减趋势;晶粒尺度细化了一个量级,由初始的25.48μm细化至2.52μm;且显微硬度由原来的0.58GPa增加到1.25GPa.量纲分析得到喷丸过程的5个无量纲参数,利用有限元模拟研究了无量纲参数的影响.自编制程序产生丸粒的随机碰撞并调用Ansys/ls-dyna模拟碰撞过程,并将模拟1000次碰撞的结果与相应的实验值进行了比较.

基于模态综合技术的连杆模态分析

本文对连杆组合结构进行了子结构划分,然后利用ANSYS中模态综合技术对子结构模态进行综合,最后通过与实验值对比,说明了本文方法的可行性,从而为类似复杂装配结构的动态特性分析提供了一种可行的思路。

快速凝固/粉末冶金高阻尼铝合金挤压成形过程的数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS,分析了快速凝固/粉末冶金(Rapidly Solidified/Powder Metallurgy,RS/PM)高阻尼铝合金FMS0714/10(Zn-30Al)的挤压成形过程,研究了模具与坯料间的摩擦条件和挤压比对阻尼铝合金成形过程的影响,探讨了挤压过程材料表面产生裂纹的机理,进行了成形工艺优化.研究结果表明:挤压过程中FMS0714/10(Zn-30Al)阻尼铝合金材料的流动与变形不均匀,导致了应力应变分布的不均匀:材料表面应力应变较大,芯部应力应变较小;表面过大的应变和轴向拉应力是表面裂纹的诱因;减小模具和坯料间的摩擦,增大挤压比,可以减小材料表面应力,使应变分布趋于均匀,从而减少材料表面损伤,优化材料表面质量,提高成品合格率.数值模拟的研究结果将为FMS0714/10(Zn-30Al)阻尼铝合金材料挤压工艺的制订以及新材料的设计和研制提供有益的参考.

冷弯成型过程的有限元模拟

概述了冷弯成型过程有限元数值模拟的基本原理和基本算法,利用ANSYS/LS-DYNA分析软件对冷弯过程进行有限元数值模拟,并对模拟结果进行受力和应变分析以验证其可行性和正确性,为冷弯成型的工程设计提供了科学依据,从而降低设计风险。

齐40块蒸汽驱井组油层套管应力数值计算

将蒸汽驱汽窜形成的窜流温度场结果引入井筒应力分析模型中,利用有限元分析软件ANSYS进行了井筒在不同约束条件下的应力计算。计算结果表明,最大热应力都发生在套管内壁,且超过了N80套管的热弹性屈服极限,最大热膨胀都发生在温度变化过渡区,当油层上覆盖层为泥页岩时,其热应变达到了2%,远超过材料弹性极限应变0.3%,是诱发热采井套管变形损坏的主要原因。

三峡升船机系统动态响应分析

根据三峡升船机最新设计报告,采用有限元软件ANSYS构建了升船机系统有限元模型,包括承船厢、提升钢索、滑轮组、平衡重、厢内水体、驱动机构和刹车机构;通过数值模拟,对升船机系统进行了模态分析及动态响应研究,内容包括升船机系统的流固耦合模态及其在各种工况(起动、刹车、事故)下的动态响应和影响因素分析,如弹簧刚度、误载水深、阻尼、承船厢的位置等.计算结果表明:对于升船机这样一个复杂系统,该文所建立的有限元模型及数值算法是合理的,其结果可为升船机系统整体设计提供必要的参考.

水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的计算模型与数值模拟

建立了水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的简化计算模型。用等效质量法将圆柱壳分布质量折算成冲击点处的集中质量,模型中考虑流体附加质量和系统阻尼的影响。根据碰撞过程中的动量守恒、变形过程中的能量守恒以及结构的位移与内力关系,得到问题的解析解。为验证解析解,在ANSYS/LS-DYNA中建立了动态冲击有限元分析模型。通过算例分别考察了在忽略和考虑流体附加质量两种情况下,冲击点位置和冲击速度对冲击点处最大径向位移的影响,将解析解与数值解进行对比,结果吻合较好。然后采用数值模拟方法得到了系统阻尼对计算结果的影响规律。数值模拟过程中还可以得到冲击点处的最大Mises应力。

永乐大钟及悬挂支撑系统的撞钟过程瞬态分析

采用ANSYS有限元分析软件对永乐大钟及其悬挂支撑系统建立了有限元模型,进行了撞钟过程有限元瞬态分析及动力强度校核。通过有限元计算,获得了大钟各局部考察对象及整体的应力、位移分布情况和各部分的动力响应和对强度的影响,为合理撞钟和加固提供了科学依据与技术指导。

注蒸汽井套管应力的数值计算与工业应用

在注蒸汽吞吐井的井筒应力模型中引入井筒温度场，利用ANSYS软件对不同约束条件下井简的应力场进行了计算．结果表明，最大热应力发生在套管内壁，超过了N80套管的弹性屈服极限，最大热膨胀发生在温度过渡区．当套管周围掏空时，热应变远大于材料的弹性极限应变，是诱发热采井套管变形损坏的主要原因．为此提出了相应的套管损坏防治措施，在油田现场采用厚壁合金钢TP120TH套管完井，试验结果验证了防治措施的有效性．

薄膜式LNG运输船温度场研究

液化天然气运输船液货舱热维护系统是一个结构复杂的、具有第三类边界条件的、多层平壁的稳态导热与自然对流及辐射换热相互耦合的三维复杂传热系统。针对这一复杂系统，考虑了船体主要构件、骨材、空腔空气对流、表面间的辐射对换热的影响，建立了数学模型，并给出了基于通用软件ANSYS的数值计算方法；还以某艘LNG运输船为例，进行了温度场的有限元分析。结果表明，所给出的对LNG运输船液货舱热维护系统的热分析方法是有效的。

客运架空索道系统动力特性分析方法

客运架空索道系统的固有频率与模态是衡量索道系统固有动力特性的重要指标，固有频率的大小直接关系到结构在各种不同的激励条件下是否会发生动力放大效应与共振。文中首先解决索道系统分析中的有限元建模问题，包括典型柔性索道的模型状态，然后利用ANSYS程序的子空间迭代法求出结构最低各阶的特征值与特征向量，并计算出三种工况下的前40阶固有频率与振动模态，为客运架空索道系统的动力特性分析提供有效的计算方法。

同轴送粉激光成形中粉末与激光的相互作用

详细介绍了同轴送粉激光成形过程中,金属粉末与激光束相互作用时间的计算方法。在ANSYS软件平台上,建立了金属粉末穿越激光束过程中粉末温度场的计算模型。系统计算了不同颗粒大小316L不锈钢粉末与不同功率激光束相互作用后的温度。在此基础上,计算了金属粉末与激光束的能量交换及金属粉末落入激光熔池后与激光熔池的能量交换。计算结果表明,在激光束直径为3 mm条件下,316L不锈钢粉末穿过功率大于1000 W的激光束后,所有尺寸金属粉末均被熔化,即金属粉末以液态进入激光熔池。通过金属粉末与激光束及激光熔池的能量交换计算,可知在激光成形中,约有5%的激光能量用于加热和熔化粉末,而大约95%的激光能量用于激光熔池的形成及由于热传导造成的热量损失。