Ti64合金激光选区熔化的数值模拟研究

为研究工艺参数对制件成形及性能的影响,以指导实验与生产采用数值模拟的方法,比较激光功率、扫描速度、扫描方式3种工艺参数对制件温度场的影响及同一工艺参数下应力应变场情况。结果表明:当激光功率增大,瞬态温度场面积增大,熔池温度峰值增大;当扫描速度增大,其温度场收缩,温度梯度增大;相对于同向烧结方式,蛇形烧结方式前一段的温度场对上一道烧结具有保温作用,使温度梯度减小。推荐使用激光功率90 W扫描速度50 mm/s,蛇形烧结方式对Ti64合金进行烧结。     

热流固耦合作用冻土路基变形规律研究

为揭示季节性冻土路基温度场、应力场和夏季降雨与冰晶融化所产生的渗流场,三场耦合引起的冻土路基变形与破坏.根据热流固三场耦合理论,提出了考虑相变的温度场、渗流场和变形场耦合的数学力学模型,体现了冻土路基中固体骨架、水、冰三相介质的水、热、力耦合作用;在数值模拟分析中,将路基仅受温度载荷与温度和车辆荷载共同作用进行了比较,得出冻土路基的变化规律,其研究结果对冻土路基的施工和维护有一定指导意义.     

A356铝合金半固态成形的数值模拟

利用ANSYS有限元模拟软件,通过对温度场与速度场的耦合数值模拟,分析了触变成形过程中充型温度对A356合金半固态浆料流动及温度分布的影响.模拟结果表明:当充型温度为590℃,压射速度为5 m/s时,半固态浆料充型平稳,没有形成喷溅和卷气现象,温度分布没有明显的热节区域形成,半固态浆料成形效果最理想,有利于获得充型完整、轮廓清晰、内部组织致密的半固态成形件.通过实验对数值模拟所获得的工艺参数进行了验证.     

铝合金半固态反挤压过程的数值模拟

材料在半固态下具有特殊性质,运用有限元数值模拟技术,研究材料在半固态成形过程中的应力场、应变场和温度场的分布规律,预测金属在成形过程中的充型行为、可能产生的缺陷和最佳工艺参数等信息,可为实际生产提供理论依据。对半固态2017铝合金的反挤压过程进行了数值模拟,研究了变形温度、凸模速度、凸模压下量、挤压比和摩擦因子等工艺参数对变形过程中应力、应变和温升的影响,并优化了变形工艺参数。     

液态金属充型过程流动与传热数值模拟

根据有限差分法原理,对液态金属充型过程中同时发生的流动与传热过程,用在微小时间段内独立的流动与传热过程近似表示.结合温场数值模拟与流场数值模拟技术,开发铸件成形过程流动场与温度场耦合的数值模拟软件,并利用该软件对标准实验铸件充型过程进行耦合分析.研究结果表明:该方法不需要求解用能量平衡法建立的,考虑了流动对传热影响的复杂方程,有利于提高流动与传热耦合数值模拟的计算速度;自主开发的金属液态成形工艺分析系统的"耦合"计算功能是有效的,且计算精度较高.     

同轴送粉激光增材工艺对温度场及应力场的影响

激光增材制造过程中金属零件能否顺利成形以及成形后组织性能的优劣直接取决于工艺参数的选择。为研究激光工艺参数对增材构件温度场和应力场的影响,本文研究基于顺序热-力耦合有限元方法对在304L基板上进行同轴送粉激光增材GH4169合金粉末的单道单层工艺开展数值模拟研究。在实验验证数值模型有效性的基础上,深入分析激光功率和扫描速度对不同区域的温度场和残余应力的影响,并探讨应力场与温度场之间的关系。在沉积层边缘区域,提高激光功率和降低扫描速度都会明显降低沉积层和基板在降温过程中的温度梯度,且该温度梯度与该位置的横、纵向残余应力呈明显的正比关系。在沉积层内部,扫描速度的变化对横、纵向温度梯度和残余应力影响微小,提高激光功率使得该区域的纵向温度梯度明显降低,但横、纵向残余应力略有增大,熔池中心区域的残余应力和温度梯度不存在明显的正比关系。     

紧急制动下货车车轮温度场和应力场的数值仿真研究

采用能量转换法确定了紧急制动下车轮的热流密度,运用有限元数值模拟技术,数值仿真了紧急制动状况下货车车轮的温度场分布,并通过间接耦合法将温度场模拟结果作为应力场分析的边界条件,数值模拟了紧急制动下车轮热应力场分布规律,为进一步研究车轮的热疲劳提供定量分析的依据.     

粉末体成形的有限元数值模拟

根据粉末体材料的塑性理论,利用体积可压缩有限元法,对粉末体材料成形过程和致密化过程进行了数值模拟,并开发了粉末体材料成形有限元数值模拟分析系统ＰＭ２ＤＦ．通过对粉末体镦粗过程的有限元数值模拟,说明了粉末体材料在镦粗过程的变形特性、致密化规律及粉末质点的流动规律,并与实验结果进行了对比．     

坝区裂隙岩体渗流场与应力场耦合分析

分析了裂隙岩体渗流场与应力场相互作用的实质,提出了渗流的渗透体积力、渗透压力以及对应力场的影响机理;采用有限元数值模拟的方法计算出渗流场影响下的应力场分布、应力场影响下的渗流场分布以及应力场和渗流场各自非耦合分布.以工程实例说明:在渗流作用力的影响下,坝基的各应力分量都增大,对坝基的稳定造成了不利影响.     

寒区隧道围岩水热力耦合数值分析

利用“三区域”理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的寒区隧道水热耦合问题的联合求解微分方程,然后采用 COMSOL Multi-physics 软件实现温度场和水分场耦合数值模拟,进而将数值模拟结果与土柱冻结试验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性.根据冻胀理论,着重对寒区隧道的应力场控制方程进行推导,利用孔隙冰与冻胀率之间的关系建立寒区隧道水热力三场耦合计算模型.最后以牡丹江到绥芬河区间的牡绥隧道为例,对温度场、水分场以及应力场进行了模拟分析.结果表明:外界温度的变化对开挖后的隧道会有很大影响.随着时间的增加,隧道洞口冻结圈厚度逐渐增加,在1月份达到最大冻深2m左右.     

TiH2粉末制备钛合金的烧结脱氢规律及工艺

 以TiH₂粉末为原料,通过压制成型和烧结工艺制备粉末钛合金,不同于传统钛粉末冶金方法。通过热分析和热膨胀技术研究不同球磨粒度TiH₂粉末的脱氢和收缩规律,以此入手研究了TiH₂粉末压坯和TiH₂-Al-V粉末压坯的烧结致密特性,以及影响烧结过程的主要工艺因素,包括烧结温度、烧结时间、升温速率、压坯密度、压坯成型方式、合金体系,并对烧结组织进行了分析。结果表明,TiH₂粉末球磨后脱氢温度降低,粉末越细,开始温度越低。TiH₂粉末压坯在烧结过程中脱氢后获得新鲜钛,其易发生黏接并引起α-Ti的强烈收缩,这时烧结体很容易致密,并获得相对密度大于99%坯体;相比之下,TiH₂-Al-V粉末压坯烧结时因为合金元素的溶解,不如纯TiH₂粉末压坯的烧结容易致密。TiH₂-Al-V粉末经过成型、烧结脱氢可获得典型的层片状α+β钛合金组织,合金元素分布均匀。     

运用ANSYS对焊缝残余应力及温度场分析

在焊接过程中,高温移动热源及之后的快速冷却,使得在焊缝及其附近区域产生了残留的拉应力,由此产生热应力场和残余应力。为预测焊接变形,采用有限元软件ANSYS中生死单元技术和热-结构耦合技术对异种材料钢铜连接处的铝焊缝进行数值分析,得出焊缝焊接残余应力、温度场分布情况,进而为制定正确的焊接工艺、改善焊缝性能等实际生产和使用提供理论依据。     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。     

盘式制动器旋转结合面的热-结构耦合特性

为探索盘式制动器制动盘与制动片之间的摩擦生热规律及其热流分配规律,应用有限元软件对汽车紧急制动过程进行模拟,研究了制动器在制动过程中温度场、应力场的分布规律及其变化特征.研究结果表明:在制动过程中,系统的应力场和温度场分布都不均匀,二者沿径向和轴向都有较大的梯度,而沿周向的梯度相对较小;由于热应力和机械应力的作用,制动盘会发生热变形,从而使接触状态改变,并导致压力分布的变化,而接触压力的变化反过来又影响摩擦热流的输入;制动盘的变形既是温度场和应力场耦合作用的结果,也是振动摩擦耦合作用的结果.     

金属模具电磁热裂纹止裂研究的新进展

综述了在理论分析、数值模拟和实验研究方面，关于利用电磁热效应实现金属模具裂纹止裂研究的最新进展，所得结论可以为工程实际问题的解决提供指导。采用复变函数方法，建立了金属模具电磁热效应空间裂纹止裂的理论分析模型，求解了通电瞬间裂尖附近的热源功率、温度场和热应力场；采用电、热和机械场三场顺次耦合的有限元分析方法建立了金属模具中平面、空间裂纹电磁热裂纹止裂的数值分析模型：采用自制的ZL-1型和改进型ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了金属模具试件中电磁热裂纹止裂；研究了各种实际金属模具中裂纹电磁热止裂后的修复。为将电磁热裂纹止裂应用到金属模具裂纹止裂中进行了基础研究工作。     

模壁润滑对铁基粉末制品力学性能的影响

以成分为Fe-12Cr-2.5W-0.4Ti-0.25(Y2O3)雾化粉末为原料,分别使用聚乙二醇为模壁润滑剂,硬脂酸为粉末润滑剂进行压制。对比了模壁润滑与粉末润滑对模压制品的力学性能影响。研究铁基高温合金粉末模压成形致密化过程中的影响因素和作用机理。研究结果表明:粉末润滑有助于在低压条件下颗粒的重排和致密化,但是其本身占据了压坯的体积从而限制了致密度的进一步提高;采用模壁润滑避免了粉末中混入有机物,使得制备高致密材料成为可能;粉末的退火软化有助于压制成形,并提高合金的致密度;在较高压力下,使用模壁润滑的样品颗粒之间结合更为紧密,孔隙明显减少,这是导致其力学性能提高的主要原因。     

离合器压盘温度场与应力场分析及改进研究

针对离合器接合过程中,压盘滑摩温度过高发生的烧蚀、热变形现象,利用abaqus仿真软件建立了三维有限元分析模型,结合压盘的实际工作状况采用直接耦合法进行热结构耦合仿真。得到了压盘的温度场与应力场,并研究了滑摩转速、压力和压盘厚度对压盘温度场及应力场的影响,同时针对翘曲变形,通过在滑摩面增加内锥度对压盘结构进行了优化。结果表明：高转速差会增大压盘滑摩温度与应力,压盘摩擦接触区域向内径移动,翘曲变形更加严重;压力的增大同样会增大滑摩温度与应力,但对摩擦接触的影响较小;压盘厚度增大能增加压盘的热容量,同时也会使温度与应力更加集中;增加压盘内锥度能显著改善压盘滑摩面的温度与应力分布,最高值分别下降了11.8%、5.4%,摩擦副有效接触面积增加,提高了离合器的工作性能与稳定性。     

三维力场、电磁场、温度场的综合物理场方程及应用

本文推广了Euler-Lagrange方程,提出了适用于非保守系统的普遍关系式——综合物理场方程,并通过相似和对偶理论把三维(包括二维)力场、电磁场和温度场三者很好地联系和统一起来,提出了综合的物理场理论与数值计算法。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢的双频电磁约束成形工艺参数优化

根据高频磁场利于感应加热、低频磁场利于熔体成形的特点，针对不锈钢(1Cr18Ni9Ti)密度大、熔点高和约束成形的熔体高度低等成形困难的特点，提出了利用低频磁场约束成形、高频磁场在不影响成形磁场的条件下辅助加热的不锈钢双频电磁约束成形方法，以便温度场和成形力场的最佳耦合．通过实验和理论分析，设计了不锈钢双频电磁约束成形的成形感应器和预热感应器，并确定了感应器间的距离和屏蔽罩的放置方式，研究了预热感应器对温度场的影响规律，从而建立了不锈钢的双频电磁约束成形系统．在对熔体的稳定成形分析的基础上，利用双频电磁成形系统成功抽拉出圆形不锈钢样件．