多场耦合下的粉末成形固结理论及关键技术

为了探索高致密、高性能、高精度、短流程和低成本的粉末成形固结技术,分别对温度场与应力场和电磁场、温度场与应力场等不同场耦合下的粉末成形固结理论及关键技术进行了研究.利用研制出的侧压力直接动态测量装置,揭示了温度场与应力场耦合作用下的铁基粉末致密化机理,并在此基础上,实现了对温度场与应力场耦合下的粉末成形过程的数值模拟,确立了温度场与应力场耦合下铁基粉末的成形固结工艺.同时,研制出了一套电场、磁场、温度场与应力场多场耦合的粉末成形固结设备,确立了铁基、WC基等粉末在多场耦合作用下的成形与烧结工艺,揭示了多场耦合成形的烧结机理,实现了对电磁场、应力场耦合下的温度场的数值模拟.     

粉末冶金装粉过程的粉末流动数值模拟

在粉末冶金过程中,装粉阶段对零件最终密度和均匀性有复杂的影响,而传统的实验方法难以全面地对流动特性进行研究,基于离散单元法能够获得粉末流动的详细信息.采用离散单元法对装粉过程的粉末流动进行仿真模拟和实验验证,并分析了产生差异的原因.进一步对影响粉末充型流动性的参数采用正交工况进行数值模拟,以装粉时间为评价指标,分析了各影响参数的影响程度,建立了较优的参数值,为粉末装粉工艺操作提供参考数据.     

金属增材制造数值模拟

金属增材制造过程是一个多尺度多物理场耦合问题,包括复杂的传热传质、相变和材料微观组织演化等物理现象.因此,本文从传热传质和材料微观组织演化两个方面,详细论述了金属增材制造的数值模拟研究现状.以所关注的物理现象和求解问题的尺度不同为主线归纳了已有的热源模型、传热传质数值计算模型(包括粉末尺度的高保真热流耦合模型、基于连续体假设的热流耦合模型、基于连续体假设的热传导模型)和微观组织演化预测模型(包括相场模型、元胞自动机法、动力学蒙特卡洛法),并分析了各个模型的优势和适用范围,进一步论述了"过程-组织-性能"集成耦合模拟模型.在此基础上,总结了金属增材制造数值模拟面临的挑战和发展趋势.     

基于蒙特卡罗方法的水扩散系数及其与温度的关系

使用蒙特卡罗方法,在计算机上模拟了水分子在水中的自扩散过程,进而估算了水的自扩散系数.通过对1标准大气压、不同温度条件下水的自扩散系数进行计算,并与相同条件下的实验值以及其他文献中的计算值进行对比,发现数值较为接近,说明模拟方法较为成功.同时,研究了模拟的自扩散系数与温度的关系,发现自扩散系数随温度升高而快速增加,与温度的倒数间成负指数关系,这与实验和理论结果符合得很好.     

基于分形技术的云彩特效研究

分析并总结了分形方法在云彩特效研究方面的最新动态,并通过对随机中点位移方法、自平方分形方法的分析比较,给出不同分形方法应用的优缺点及其适合的典型应用环境.给出基于随机中点位移法的层云的模拟和基于自平方法的团云的模拟的具体实现过程.结果表明,使用分形算法控制简单,可有效地实现云彩生成的复杂过程并产生逼真的仿真效果.     

频率域电磁法数值模拟进展

频率域电磁法在矿产普查、地球深部结构探查、地质调查、环境和工程勘查等领域都有着广泛的应用.频率域电磁法的数值模拟对提高电磁法的数据解释技术、电磁勘探设计水平,以及研究复杂地质条件下的电磁响应特征具有重要意义.近年来计算技术的进步、数据采集系统的提高和高性能计算机的迅速发展,大大促进了频率域电磁法数值模拟技术的发展,尤其是出现了多种高效的数值算法和并行求解技术,有效提高了频率域电磁场的三维数值模拟的速度和精度,对三维复杂地形地质结构的处理能力也显著提高,使得复杂条件下三维频率域电磁数据的快速反演成为可能.主要介绍了频率域电磁法数值模拟技术、进展,以及相关的线性方程组求解算法的应用,并对各种方法的特点作了分析比较,对未来的发展方向给出展望.     

镁颗粒在烧结过程中的变化方式及其对泡沫铝制备的影响

 研究了粉末冶金法制备泡沫铝材料过程中,提高可发泡预制坯致密度的方法.分析了预制坯制备过程中影响致密度的因素以及致密化过程;研究了烧结处理过程中烧结温度、烧结时间对预制坯内部组织结构及其致密度的影响.着重分析了烧结处理对Mg颗粒以及泡沫铝孔径结构的影响.对于粉末粒度为75~150μm的原料粉末来说,将在400MPa的压制压力下制备的预制坯进行450℃烧结处理2h以上,可提高预制坯的致密度并能够增加基体的连续性,烧结后Mg颗粒尺寸为原来的2~3倍.实验结果表明：采用冷压的方式,在400MPa的压力下,对经过450℃烧结2h后的预制坯进行发泡,可以得到孔径均匀、孔隙率高的泡沫铝材料.     

脉冲电流烧结Al2O3颗粒的广义热弹性分析

脉冲电流烧结过程的颈部形成机理,特别是非导电粉末材料,是需要着重研究的核心问题。以非导电Al_2O_3粉末为研究对象,引入L-S(Lord and Shulman)型广义热弹性方程,初步探究烧结初期非导电粉末颈部局部高温形成以及快速烧结机理。利用Comsol Multiphysics模拟得到脉冲电流烧结过程中颗粒内部的温度场和应力场分布以及烧结颈部的化学势和空位浓度变化规律。数值结果表明,热以波的形式在烧结颈部产生叠加,形成局部高温。化学势变化表明:烧结初期表面扩散占主要作用,空位浓度差的突变使烧结颈部产生局部空位浓度梯度,促进烧结颈长过程,缩短烧结时间。     

粉末注射成型中颗粒接触模型的研究

将研究不连续体力学行为的离散单元法应用于粉末注射成型过程的研究,将粉末视为粘弹性的离散颗粒,建立粉末注射成型颗粒接触模型及每个颗粒的基本运动方程,推导了力与位移表达的粘弹性本构关系.基于PFC软件实现了粉末注射成型过程中粉末颗粒二维流动情况的数值模拟,模拟结果与实际实验结果较吻合.     

纳米硬质合金制备工艺的研究与发展

综述了纳米硬质合金制备工艺的研究与发展,比较了生产纳米粉末的两种不同方法的优缺点,重点介绍了喷雾转化法,实验数据表明,晶粒长大抑制剂的种类、加入方法对晶粒长大有很大的影响,最后阐述了目前较流行的烧结工艺以及适用于纳米硬质合金烧结的等离子活化烧结和微波烧结。     

电容式两相流相浓度传感器的有限元模化与正交优化设计

将有限元法与正交设计法相结合对电容式两相流相浓度传感器进行了计算机辅助设计,建立了传感器的有限元模型,分析了模化误差及测试单元变化对敏感场均匀性评价指标的影响,指出优化过程中必须保持有限元网格的一致性以保证仿真结果的可比性,给出一传感器正交优化示例,优化后的传感器具有接近均匀的敏感场分布,性能指标有明显的改善·     

基于有限元法与田口法的V形件冲压仿真参数稳健设计

提出了一种有效的冲压仿真参数稳健设计方法,该方法将有限元分析方法和田口法有效结合．以V形件冲压过程为对象,首先分析各建模参数对稳健性仿真实验设计的影响,并就各因子的水平选择进行了研究,寻求有利于提高稳健性的建模参数组合．利用有限元软件ABAQUS建立了V形冲压件的有限元仿真模型,得到仿真实验设计结果．运用田口分析方法,进行了V形件冲压加工建模参数的稳健性设计分析,给出了实物试验结果,对仿真实验结果进行了验证分析．本研究为有效进行稳健设计提供了一种简单、实用的方法．     

空心铝型材挤压成形过程的有限元数值模拟

用刚塑性有限元法对方截面铝型材挤压过程进行了计算机数值模拟,并探讨了其关键技术,与用挤压不同颜色橡皮泥的方法对铝型材挤压过程中金属质点流动状态所作的物理模拟结果相比,发现两者吻合得较好,证明了计算机数值模拟的正确性,其结果为制定合理的铝型材挤压工艺参数及模具设计提供了理论依据.     

刚塑性有限元中的线性约束分析

本文对在线性约束下求多元实函数的驻值的牛顿迭代解法进行了理论探讨,然后系统分析了刚塑性有限元中的约束条件.     

有限元与离散元混合法在裂纹扩展中的应用

基于有限元与离散元混合方法研究裂纹扩展模拟问题。对含原生裂纹的结构进行单元离散,用有限元计算单元内部,采用离散元计算单元界面,通过单元连接形式的转变实现连续到非连续的转化;采用平面半弹簧法进行接触判断,通过显示迭代求解运动方程,不断更新单元坐标,实现裂纹扩展的数值模拟。以单裂纹与雁形裂纹在单向位移载荷作用下的扩展为例,对比数模结果与试验结果。结果表明:采用有限元与离散元混合方法可有效模拟单、多裂纹的扩展过程;岩桥为90°的雁形裂纹受对向挤压载荷作用发生翼裂-翼裂贯通。     

面向对象有限元方法在仿真系统开发中的应用

基于面向对象方法，给出面向对象有限元类的定义，采用C＋＋具体实现空间框架结构静力分析、动力特性分析和稳定性分析的面向对象有限元程序，并成功地钭其应用于在役钻机井架仿真系统的开发中，利用开发的仿真系统对F320－A型和JJ250／42－K型石油钻机井架进行静力分析，动力特性和稳定性分析，得到结构在最大钩载作用下的应力和变形，结构的低阶固有频率和模态以及失稳载荷。计算结果与商用软件的结果一致，验证了方法的正确性和系统的可靠性。     

立轧板带翘曲现象的有限元模拟及解决方法

分析了显式动力学弹塑性有限元方法的计算过程,采用显式动力学有限元法模拟立轧板带成形过程中存在的问题并提出解决办法。结果表明,采用显式动力学ANSYS/LS—DYNA模块模拟金属成形是一种极为有效的数值模拟方法位。     

仿真用材料弹性参数的反求方法

介绍了一种以实测位移为依据进行仿真用材料弹性参数反求的方法 .该方法根据实测的客观物理量集成运用有限元方法和优化技术来测算材料的弹性参数 .给出的一个算例表明了该算法不仅精度很高、收敛速度较快 ,且具有较宽的收敛范围     

覆岩离层的计算机仿真

针对实体模型，利用离散单元法研究覆岩离层的产生与发展过程，论述了离散单元法的原理、多数的选择以及离散元模型建立的方法。计算机模拟结果表明，离层是普遍存在的客观现象，从产生到消失是一个复杂的时空过程。     

有限单元法在桩基托换的应用研究

应用有限单元法对广州地铁一号线某幢多层楼房托换桩基进行计算机模拟，具有一定的理论和工程实践意义。