求解二维磁弹性问题的一种数值方法——差分正交离散(DOD)法

通过运动方程、物理方程、几何方程及电动力学方程给出了载流薄板在机械场、电磁场作用下的基本方程,以二维平板磁弹性问题为例,建立差分格式,得到了一系列的非线性常微分方程组.利用准线性叠代式对非线性微分方程组进行线性化处理,最后利用正交离散法得到了该问题的解.本文建立的载流板壳二维磁弹性问题的数值计算方法--差分正交离散法(DOD法)不仅对二维问题有效,同样也为三维磁弹性的边值问题的解决奠定了理论基础.     

直流电弧炉内熔体中电流分布及其自身搅拌力

应用数值方法对直流电弧炉条件下的 Maxwell 方程进行了解析,结果表明,熔体中的电流密度、电磁场强度和电磁力的分布是非常不均匀的,电弧附近的钢水中的电流密度较其它区域高出 1～2 个数量级,电磁力较其它区域高出 2～3 个数量级,该区域的电磁力对熔体搅拌起着决定性的作用,预测了钢水的流形。     

电磁力驱动载流金属熔体内速度的差分计算

针对电磁场对熔融流体的作用特性,采用差分方法和人工可压缩法,研究了电磁场对熔融流体速度的控制作用.结果表明:得到了一个控制液流流动的最佳时间段.在此时间段内载流熔液受交流磁场作用时熔体有很好的稳定状态,抑制液流流动的效果最佳,而加稳恒磁场和无磁场作用则无此特性.另外,电磁场可以很好地控制熔融流体的流动性,可以对载流熔体流动起促进或抑制作用,选择的金属物理属性、电磁参数、时间历程等因素都会对熔体的流动速度产生影响.该成果可用在电磁冶金工业中施加电磁场以控制金属熔体流速的目的,具有一定的指导意义和参考价值.     

数值模拟电磁力作用下的椭圆柱绕流

利用格子Boltzmann方法(LBM),对电磁力作用下的椭圆柱绕流进行数值模拟,研究了电磁力椭圆柱绕流的影响,并且分析了曲线边界处理方法和曲线边界受力的计算方法,计算得到了不同强度的电磁力作用下椭圆柱绕流的流线,揭示了它的变化机理。结果表明:格子 Boltzmann method方法计算过程简单合理,而且电磁力能够改变椭圆柱绕流的边界层结构,抑制椭圆柱表面的流动分离,消除旋涡脱落。     

流向电磁力作用下圆柱绕流对流换热的特性研究

以往对对流换热的研究主要从传热学和来流速度角度进行,鲜有对电磁力作用下圆柱绕流对流换热效率进行的研究,而这些研究恰恰关系到对流传热效率的提高.基于对流换热的能量方程和电磁流体控制的基本控制方程,利用有限元法对电磁力控制绕流圆柱对流换热特性进行了数值分析.研究结果表明:在圆柱周围施加流向电磁力后,流向电磁力的作用参数0N≤0.8时,传热功率随电磁力增大而增大;当0.8N≤1.8时,传热功率随着电磁力增大而变小;N1.8时,传热功率随电磁力增大不断变大.通过分析流体的流动情况,发现产生这种结果是由于随着电磁力增大,圆柱周围流体流速增大的同时,涡街逐渐被抑制,分离点不断后移,致使对流换热功率出现这样的变化规律.     

炉底电极形式对直流电弧炉内熔体中电磁场的影响

通过解析直流电板炉条件下的麦克斯韦等方程，研究了炉底电极形式对直流电弧炉内熔体中电磁现象的影响，结果表明，炉内熔体中的电流，电磁场及电磁力的分布强烈地依赖于炉底电极的形式。小直径导电炉底电极时，顶，底电极附近钢水中的电流，电磁场和电磁力较强，且受力方向相反；大直径炉底电极时，只有顶电极附近的钢水中的电流，电磁场和电磁力较强，且该区域受力方向向下。     

利用交变磁场分离空心圆柱状金属熔体中非金属夹杂

对空心圆柱熔体中非金属夹杂的电磁分离过程进行了动力学分析，通过解析法计算得出了无量纲数r1/δ、磁感应强度Be、电磁力作用时间t和颗粒粒径d     

轴向运动载流梁磁弹性强迫振动分析

研究轴向运动载流梁在磁场环境下的磁弹性强迫振动。首先推出系统的动能、势能以及电磁力的表达式,进而应用哈密顿变分原理推出轴向运动载流梁在磁场环境中的磁弹性强迫振动方程。依据设定的位移函数,应用伽辽金积分法分别推出轴向运动载流梁在3种不同边界约束条件下的强迫振动微分方程,并对方程进行求解。通过算例,绘制出不同边界条件下轴向运动载流梁的频率变化曲线图、响应图和相图,分析磁场、电流密度以及轴向运动速度等对振动特性的影响。     

振动作用下单螺杆挤出机内聚合物熔体的流动

提出了一种求解二维耦合流场的有限差分数值模拟新方法，避免了求解压力Poisson方程。对振动力场作用下聚合物熔体在单螺杆挤出机螺槽内的流场进行了数值计算，得到了不同时刻螺槽内聚合物熔体的流动速度与剪切应力分布。结果表明，振动将导致螺槽内聚合物熔体的流动速度与剪切应力周期性变化，当振动扰动系数较大时，螺槽展开方向甚至会出现瞬时压力反流．最后，通过剪切应力的分布曲线证明本研究所得结果的正确性。     

电磁过滤Al-Si合金熔体中初生富铁相去除效率的理论分析

采用柱塞流及轨线模型建立了电磁过滤水平流动Al-Si合金熔体中初生富铁相的去除效率模型,并进行理论分析.结果表明,初生富铁相的去除效率随着熔体流速(u)和过滤器的高度(2h)降低而增加;随着电磁力(f)、电磁力作用区长度(x)和初生富铁相的粒径(dp)的增加而增加.采用电磁过滤可有效去除Al-Si合金熔体中粒径大于30μm的初生富铁相,计算结果与水平流动Al-Si合金熔体的电磁过滤实验结果相吻合.该模型可用来设计过滤器的结构和工艺参数的确定,为电磁去除铝合金中的初生富铁相技术的工业应用提供理论基础.     

行波磁场对板坯连铸结晶器内钢水流态的影响

针对板坯连铸过程中, 结晶器内钢水在行波磁场(电磁搅拌)作用下的流动行为, 采用水银作为模拟工质进行模型实验, 并结合基于流场雷诺应力模型的数值模拟, 分析钢水的流动规律及其对连铸工艺的影响. 研究结果显示, 施加行波磁场(电磁搅拌)时, 结晶器内钢水注流的对称性发生了改变, 进流被电磁力推向一侧, 在结晶器内形成全区域的水平环流, 破坏了通常钢水注流所呈现的规律性上下环流; 在结晶器上部近液面区域内, 水口两侧的环流分别被压缩到靠近水口或窄面的位置, 从而使结晶器内流场趋于紊乱的三维流态; 同时, 液面波动幅度增大, 在钢水注流与电磁力反向的一侧, 液面波动更加剧烈.     

连铸结晶器内钢液弯月面行为的研究

在自行设计的可以实现振动、水冷及拉坯的连铸模拟装置上，用低熔点的Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金模拟钢液，用硅油似保护渣对弯月面行为进行了研究，结果表明，增加过热度使得弯月面与结昌器壁的接触角变小，弯月面的高度降低；在弯月面区域加上电磁场时，变月面变结晶器中心拱起，其拱起程序随着电磁强度和磁场的增加相应增大，但液态金属高的过热度会弱电磁场的作用效果，结晶器振幅增大及拉速提高均会使弯月面处液态金属的波动程度增大     

电磁控制下结晶器内流谱和夹杂轨迹的数值预测

对直线电磁铁作用下板坯连铸机结晶器内磁场、钢液流谱和夹杂物运动轨迹进行数值预测，并提出用壁面承受的剪应力的最大差值来标定液流对结晶器窄面凝固壳的冲击强度。结果表明，采用电磁控制（ＥＭＢ）时，结晶器内的钢液流谱能被有效地控制，水口钢液射流对结晶壁的冲击可大大减弱，源电流强度和线圈安放位置是决定控制效果的关键因素。     

中碳钢点缝焊问题研究

熔核的一次结晶是点缝焊接头形成过程中的重要环节之一.熔核一次结晶的组织形态主要受其合金本身的因素(K、m、C_0、D)和工艺因素(G、R)的影响,并且对其接头的机械性能有着很大的影响。本文通过对中碳钢板点缝焊接头形成进行金相观察及其分析、研究,认为中碳钢板点缝焊熔核一次结晶的组织形态为“四周的树枝晶和心部的等轴晶”,并用“成分过冷”的理论初步进行了解释,提出了促进等轴晶发展的途径.同时,还对中碳钢板点缝焊接头进行了大量的拉剪试验,从规范的角度论述了保证接头质量的关键问题是:焊接过程中的热平衡问题。     

电磁场控制连铸结晶器内弯月面区域金属流动状态的试验研究

在连铸实验装置上,以低熔点PbSnBi合金和硅油分别模拟钢液和保护渣,对施加电磁场前后弯月面区域金属流态进行了试验研究·结果表明:双条形电磁场对弯月面区域的金属运动速度有较强抑制作用;能够改善连铸坯初凝固壳生成和生长的条件     

行波磁场净化液态金属时金属液流动控制的初步探讨

本文对行波磁场净化液态金属技术中金属液流动现象的产生进行了模拟试验和理论分析,指出紊流产生的根本原因是金属液受力不均匀．对影响电磁力均匀化的几个参数进行了测定或讨论,并提出了相应的抑制流动的措施     

基于AMD和爆破荷载耦合作用下的深凹露天矿边坡失稳研究

AMD是化工(金属)矿边坡体破坏的一种特殊方式,与爆炸应力波共同对边坡体产生作用.新桥深凹露天矿边坡岩体的原位剪切试验、点载荷试验、室内模拟AMD作用试验表明:AMD蚀化后的石英砂岩,岩体层面间的抗剪强度和粘聚力减小的幅值约为13.2%～21.3%;层面间内摩擦角减小幅值在5.0%～7.5%之间;AMD一般影响垂直边坡体内部在60～100 m范围内的岩体力学性质.数值分析表明:(1)AMD对边坡体的作用主要集中在弱化区域内,边坡体的底脚和AMD作用中心区域的剪切应力减少了52.0%和64.7%;(2)随着边坡体高度和距离的增加,远场爆炸应力波对边坡扰动幅值的增加趋势明显,边坡顶部和断层部位的响应突出,损伤效应明显;边坡底脚扰动幅值最小,临空面附近台阶的扰动幅值明显大于边坡体内部;(3)AMD与爆破荷载耦合作用后,边坡体内部的应力分布主要呈现出爆炸应力场的特征,AMD影响区域形成了一个剪切应力弱区.台阶顶部最大剪切应力比单一爆炸应力场增加了1.63倍,形成了一个不稳定的弱区.图12,表3,参14.     

任意入射角的平面电磁波在非均匀等离子体覆盖导体平面上的反射

本文用两点边值问题的方法数值求解了任意入射角的平面电磁波在平面分层不均匀等离子体覆盖导体平面上的反射，给出了统治方程和边界条件，给出了数值结果.     

红外热成像技术对焊接过程的研究

本文应用红外热成像技术对焊接过程进行了研究.试验表明,红外热象仪能直接看到电弧下的焊接熔池的温度分布,因此以它为温度传感器作为弧焊机器人焊接系统的一环,比电磁、激光等其他温度传感器简便、快速、正确、可靠,有利于实时检测和监控. 本文研究指出,红外热象图可以实时地动态地显示焊接熔池及热影响区的表面温度.红外热剖面线的形状和尺寸随着焊接输入热、熔深、熔宽的变化而相应地变化,并取得一组关系曲线.如果通过焊接过程的控制使焊缝熔深、熔宽保持不变,将使焊接质量提高到前所未有的新水平.