为深入研究DN150低温截止阀在试验过程中的安全可靠性,采用数值模拟分析和现场工程试验相结合的方法,利用COMSOL Multiphysics软件计算低温截止阀在开启和关闭状态时的热量耗散、应力集中及流体流动的情况。结果表明低温截止阀在阀门内外壳体处存在温度梯度,会出现显著的温度耗散情况;受热应力和固定约束影响,波纹管组件连接处出现应力集中;在阀门开关瞬间,管道中的液氮流速会出现瞬变,阀门内部的流体流动会出现漩涡流,影响阀门阀瓣和阀座密封副的密封性。

针对目前应力传感器不能兼顾柔性、动态测量及无法测量曲面接触应力特征信息等难题,设计了一种新型的PZT压电薄膜柔性应力传感器。主要有由PZT压电薄膜、导线、特殊的压敏涂层等构成。传感器的受力信息可以通过检测PZT压电薄膜传感器的电荷变化来获取,可应用于测量各种接触面之间的应力。为研究测量轮胎路面等具有复杂曲面接触结构的应力分布提供了新的思路和方法,分析了压电传式感器的工作原理,压电薄膜的传感特性,建立有限元分析模型,进行仿真分析,结果表明该传感器结构简单、体积小,相对于传统测量方法更加可靠,适用于曲面应力的测量。

为了提高小型履带式壁面移动机器人的安全性,采用COMSOL软件对履带吸附结构进行优化设计。结合磁路设计原理,设计合理的磁路结构,研究影响该结构吸附性能的主要结构参数;根据各参数的影响效果及影响程度,对关键影响参数进行分析、研究,在保持吸附单元外形尺寸不变的情况下,提高吸附单元的吸附能力,完成永磁吸附单元的尺寸优化;将优化后的吸附单元按照履带吸附机构直线阵列,研究充磁方向、中心距对吸附性能的影响,完成吸附结构的阵列优化。优化后,吸附单元的吸附力提高,同时减少了吸附单元阵列对吸附力的影响。

SiC高温激活退火炉反应室的温度高、结构复杂,通工艺气体时易导致反应室内温度不均匀,影响产品质量。为获得高均匀温场的反应室,根据退火炉的设备数据建立反应室的物理模型;基于固体和流体传热、表面对表面辐射传热模型等,应用COMSOL Multiphysics6.0系统构建退火炉反应室仿真模型。通过改变工艺管、衬管结构,优化加热器距离、气体流量、隔热屏高度等参数来模拟退火炉反应室的温度分布情况。仿真结果表明:将工艺管和衬管设计为嵌套结构,加热器距离为9 mm、流量为25 L/min、隔热屏高度为178 mm时,最大温差由340℃降至±4℃,反应室内温场均匀性达到最优。

基于智能材料驱动的高速开关阀具有比电磁高速开关阀更好的动静态特性。针对传统悬臂梁结构压电双晶片输出力较小的缺点,该文研究了一种基于压电双晶片的气动高速开关阀,提出了一种简支梁结构固定方式。借助COMSOL对压电元件流固耦合问题进行分析,优化了阀的关键结构参数,并对样机进行了实验研究。实验结果表明,阀的工作频宽达到280 Hz,在压差0.3 MPa的条件下,最大流量为30.7 L/min。

利用计算机仿真软件COMSOLMultiphysics中的固体力学接口,对塑料包装袋上的易撕口进行仿真分析,操作简单,效果直观,可以明显地观察到材料上的压力分布和位移情况;同时,借助弹簧进行模型建构,能凸显物理原理,简明易懂,符合中学生的认知特点。

针对矿用轻型胶轮车低速检测时底盘输出功率与电涡流测功器外特性曲线不匹配的问题进行研究,建立胶轮车行驶阻力功率和电涡流测功器吸收功率的数学模型,对电涡流测功器进行参数化分析并获得外特性曲线,利用COMSOL软件对不同转盘材料进行电磁模拟仿真。分析了气隙长度、定子极对数、励磁电流和转盘材料对电涡流测功器吸收功率和临界转速的影响。结果表明:改变电涡流测功器定子极对数和使用不同转盘材料对其外特性曲线有较显著的影响。

针对水液压直驱球阀,研究了球阀的阀座上是否存在倒角的2种不同阀口形式对阀芯所受稳态流体作用力特性的影响;采用基于COMSOL Multiphysics的CFD仿真的方法,分别对2种阀口形式下,阀芯在不同阀口开度、不同进出口压差下所受稳态流体作用力进行了数值求解,并对比了2种阀口形式下的通流流量大小,最后,对仿真结果进行了网格无关性验证。结果表明,阀口形式不同时,阀芯所受的稳态流体作用力的大小和方向不同,阀口的通流流量不同;网格无关性验证仿真结果是可信的,此研究可用于指导直驱球阀的结构优化设计。

为了解决磨料水射流加工过程中射流分散以及磨料分布随机的问题,采用在聚焦管处加入辅助磁场的方法。利用COMSOL Multiphysics软件数值模拟磁场辅助磨料水射流喷嘴内外在多物理场作用下流场分布规律,采用湍流、粒子追踪、磁场三模块分析磁性磨料在磁场、重力场、流场等多物理场作用下的运动状况,仿真结果表明:施加辅助磁场后,射流的发散性减弱,准直性增强,在磁场、重力场和流场的耦合作用下,微细磨料被约束在射流轴线附近,实现了磨料的聚集效应。模拟结果表明,辅助磁场有助于提高磨料水射流加工效率和加工表面质量。

针对不同开度下U型节流阀内部流场的变化,基于软件COMSOL Multiphysics建立CFD数值计算模型,得到了节流阀内部流场的速度、压力分布等随着阀口开度变化的特性云图。研究结果表明：节流口处压力下降梯度较大,并出现局部低压区。阀内流体速度在经过阀口处急剧变化,阀口附近流速达到最大,并沿流体流动方向形成一个空心锥形高速射流区域。即流体出口端射流出射方向倾斜指向出口,另一过流面中流体出射方向指向阀座,并沿阀体壁面流动。此外,随着阀口开度减小,阀口处速度大小和阀口附近压力几乎不变,但是节流口流体出射方向角度变大。