有限差分法在铸造应力场模拟中的应用

基于单向热-力耦合模型,用有限差分法(FDM)进行温度场模拟,将所求得的温度结果作为体载荷施加到应力分析的三维模型中,采用不同差分格式对控制方程进行离散,计算应力应变,开发出FDM/FDM铸件热应力场数值模拟系统.该系统使得铸造应力应变分析与传热分析使用同一FD网格模型,避免了采用不同模型进行热-力耦合分析时的结点匹配问题,减小由此产生的单元温度载荷传递误差.采用实际铸件进行了浇注实验和残余应力测试试验,模拟结果与实际情况一致,表明FDM可以用来模拟铸件残余应力的形成和预测热裂产生的倾向.     

变截面变轴力悬臂柱稳定性计算方法

介绍了等效刚度和等效负刚度的概念,通过等效刚度法和等效负刚度法建立了变截面变轴力悬臂柱与等截面柱顶力悬臂柱的等效关系,对变截面变轴力稳定性问题进行解答并给出了计算公式.通过ABAQUS有限元软件对公式计算结果进行验证,结果表明:公式计算结果相对有限元法求解结果略偏小,但其相对误差在0.6%～6.5%范围内且该公式具有一定的精度,可供计算变截面变轴力稳定问题.     

先简支后连续梁桥结构的疲劳性能与抗裂性能

采用等幅重复加载和按比例分级加载法,对3根铁路先简支后连续模型梁的疲劳性能和抗裂性能进行研究.根据3根模型梁疲劳试验和开裂试验结果,分析在正常应力状态下结构刚度,各典型截面混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的应变随疲劳加载次数的变化规律以及重复加载对各关键断面特别是湿接缝断面抗裂性能的影响.研究结果表明:重复加载能明显降低梁体刚度,并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的应变增大;重复荷载降低了湿接缝的抗裂强度,而对跨中截面和中支点截面抗裂强度无明显影响.     

等通道转角挤压-扭转的纯铜变形行为模拟

采用DEFORM-3D有限元模拟软件对纯铜等通道转角挤压-扭转(ECAP-T)进行模拟研究,研究变形过程中试样的等效应力和等效应变分布及变形路径对等效应变分布的影响,对变形后晶粒的细化效果进行分析.结果表明:相对于单纯ECAP变形,ECAP-T具有更大的应变量和更好的晶粒细化效果;多道次挤压后试样沿Bc路径的等效应变分布最均匀,沿A路径较差;ECAP等效应变主要集中在试样的中心部位,但ECAP-T等效应变主要集中在试样表面;ECAP-T变形后沿Bc路径的晶粒细化均匀性最好,Ba路径次之,A路径最差,且变形后试样纵截面上外侧点的变形均匀性比中心处好.     

铸钢件热裂纹的预测

本文以铸件凝固温度场数值模拟为基础，综合地计入了铸件凝固速度，补缩能力，受阻部位的收缩和铸型的柔度，热膨胀等因素，建立了铸钢件热裂预测的判据，模拟铸件的预测计算结果与实际浇注情况的对照表明，文中建立的判据及计算方法对铸钢件的热裂可进行较准确的预测。     

在周期荷载作用下,钢筋混凝土构件滞回曲线考虑裂面接触效应的研究

在现行的弯矩-曲率滞回曲线的计算中,有两个关于混凝土的基本假定: (1)混凝土开裂截面再加载时,像未开裂过的截面一样工作。(2)对混凝土受压区采用轴向重复加载的应力-应变关系而不是反复加载的。根据上述假定,在大开裂变形下,计算的弯矩-曲率曲线要出现一个拐点,而它在试验曲线中是没有的。我们发现在再加载时如果考虑了开裂面的局部接触效应,则上述拐点就不再存在。为此,本文提出一个考虑裂面效应的等效应力-应变关系,以代替过去国内外通用的重复加载应力-应变关系,从而使理论与试验结果较好地符合。     

变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力

变截面钢管混凝土格构柱的轴压试验结果表明,随着试件高度的增大和柱肢坡度的减小,其极限荷载逐渐降低.基于上述规律,在等截面钢管混凝土格构柱计算框架的基础上,研究了变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的计算方法.提出变截面钢管混凝土格构柱等效长度的概念和等效长度法的计算公式,其承载力计算结果与试验结果吻合良好.最后在有限元数值分析验证的基础上,给出适合工程应用的四肢变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的实用算法,为钢管混凝土设计规程的进一步完善提供参考.     

U75V焊接接头三维轮轨滚动接触有限元分析

由于焊接区材质的非均匀性,钢轨焊接接头一直是钢轨伤损的频发区域,通过分离式霍普金森压杆实验获得了U75V钢轨在不同应变率下的应力—应变曲线,确定了Johnson-Cook冲击动态本构模型材料参数,建立了含焊接接头的轮轨滚动接触有限元模型;对钢轨焊缝区、热影响区和母材区的接触压力、等效应力和等效塑性应变进行了有限元分析.结果显示:在轮轨滚动接触过程中,焊接接头热影响区最大接触压力相对于相邻区域较小,与其他区域交界处产生明显的应力集中,其等效塑性应变最大处位于钢轨次表层,焊接接头的等效塑性应变大于母材,轴重的变化对焊接接头最大接触压力和等效塑性应变的影响较小;随着行车速度增大,热影响区域最大接触压力和焊接接头等效塑性应变均逐渐增大.     

混凝土薄壁连续箱梁剪力滞效应试验研究

对大比例长悬臂梯形截面混凝土薄壁连续箱梁在弹性范围内的剪力滞效应进行试验研究与分析,并研究在各级荷载作用下,中间支座和跨中截面荷载一挠度曲线以及翼缘混凝土应变分布规律等。考虑翼缘弯曲正应力沿宽度方向和厚度方向的不均匀性,给出翼缘等效宽度计算系数公式;根据试验结果,得到连续箱梁中间支座和跨中截面翼缘等效宽度计算系数,并和现行JTGD62-2004规范中翼缘等效宽度计算系数计算结果进行比较。研究结果表明：混凝土薄壁连续箱梁无论在中间支座处,还是在跨中截面均存在正剪力滞现象：规范连续箱梁翼缘等效计算系数公式偏于安全。     

变截面悬臂构件挠度计算的等效柱法

基于最大位移相等原理,应用辛普生积分公式导出了变截面悬臂构件挠度计算的等效柱法,将变截面构件挠度计算的复杂积分运算转化为等截面等效柱的惯性矩计算,力学概念明确.算例表明,等效柱法简便实用,适用性广,精度较高,是变截面构件挠度计算的有效方法.     

Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr合金本构关系的新模型

本构关系是联系材料塑性变形行为与工艺参数的桥梁,也是用有限元法模拟金属成形过程的前提条件．开发了一个基于神经网络的Ｔｉ－５Ａｌ－２Ｓｎ－２Ｚｒ－４Ｍｏ－４Ｃｒ合金的本构关系模型．首先利用Ｔｈｅｒｍｅｃｍａｓｔｏｒ－Ｚ型热模拟机等温压缩Ｔｉ－５Ａｌ－２Ｓｎ－２Ｚｒ－４Ｍｏ－４Ｃｒ合金,研究在不同变形温度、变形程度和应变速率等工艺参数条件下流动应力的变化情况．然后用实验所得的热变形工艺参数与性能间的数据来训练具有ＢＰ算法的人工神经网络．训练结束后的神经网络即成为一个知识基的本构关系模型．预测结果和实验结果对比表明神经网络模型具有较高的精度和推广能力．     

Microstructure and finite element analysis of hot continuous rolling of doped tungsten rod

The microstructures of doped tungsten deformed by multi-pass hot continuous rolling were investigated, and the stress and strain fields were simulated by finite element(FE) method. After the continuous rolling, the grains of the tungsten rod were refined, and the microhardness was improved; however, a ring region of abnormal grain growth was present at a distance of about 3/5 R(R is the radius of the rod) from the center of the cross section. FE modeling results showed that the equivalent residual strains were minimum around the region of abnormal grain growth; this was due to the release of strain energy by severe plastic deformation, leading a situation where the migration force of grain boundaries was higher than the pinning force of potassium bubbles. By decreasing the initial rolling temperature and rolling speeds, the inhomogeneity of the equivalent residual stain decreased, improving the microstructure uniformity of the doped tungsten.     

CSP连轧过程变形的有限元分析

借助Marc商用软件,采用弹塑性大变形热力耦合有限元法,对薄板坯CSP连轧过程的变形过程进行模拟,分析了轧制过程中各道次轧件等效应力、等效应变、等效应变速率和轧制力的变化．结果表明：在轧制变形区内,等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值;而在轧件入口表面附近等效应力和等效应变速率最大;在轧制稳定阶段．轧制力在微小范围内波动;轧制力模拟值与实测值基本一致．分析结果可以为工业生产提供参考．     

FGH96合金双道次热变形及其热加工图

采用 Gleeble-1500热模拟试验机对 FGH96合金进行双道次真应变量为0.6+0.6和0.3+0.9的等温间断热压缩试验,研究了变形温度为1050~1125℃、变形速率为0.001~0.1 s -1时合金的热变形行为和组织演变.热变形过程中合金发生了再结晶,第一道次较小的真应变量减轻了合金的开裂.当第一道次真应变量小时,随着温度和变形速率的上升,合金道次间再结晶软化率增加.不同应变量以及不同道次真应变量均对合金热加工图产生明显影响.在相同变形条件下,当能量耗散率随应变量的增加而下降时,合金中组织由细晶向粗晶转变,反之则由粗晶向细晶转变;当能量耗散率不随应变量的变化而变化时,能量耗散率低于20%的合金中出现大量的不完全再结晶组织,能量耗散率高于35%的合金中出现细小完全再结晶组织.     

离心压缩机叶轮静强度分析方法

采用自适应有限元分析与弹塑性分析方法,对某离心压缩机叶轮进行精细的静强度分析.阐述了对网格不敏感的结构热点应力的概念.得到了基于结构热点应力相应的强度判别准则,并对叶轮的von Mises应力和等效塑性应变随时间演化历程进行了分析,数值模拟结果表明,对叶轮进行超速预加载处理,能够有效扩大材料的弹性工作范围,降低叶轮正常工作时的应力水平,且超速预加载工艺符合其力学机理.     

基于 TOPSIS 和 CRITIC 的齿轮坯闭式热模锻工艺方案评估

目的 基于热力耦合机理,应用模型数值仿真和多参数化的评价机制,实施方案寻优,从而提升齿轮坯闭式热锻工艺的设计效率和成形质量。 方法 基于 DEFORM 仿真软件对某工程齿轮坯锻件的 3 种闭式热模锻成形工艺方案进行 CAE 仿真分析,研究其金属塑性流动规律,并采用 TOPSIS(Technique for Order Preferences by Similarity to Ideal Solution)和 CRITIC(Criteria Importance Though Intercrieria Correlation)相结合的方法,构建以应变、应力、载荷、充填性、磨损等 8 个评价指标的评估模型及权值计算方法,进行工艺方案评估。 结果 通过仿真可以发现不同的预锻方案,金属塑性流动方式不同,成形结果不同,其中方案 1 未填满,成形有毛刺,受载不均匀,模具损伤值较大;方案 2 受载均匀,填充饱满,模具磨损深度大,等效应力大;方案 3 成形质量较好,但受载不均匀,且同样模具磨损深度大,等效应力大;综合考虑锻件成形质量和模具使用寿命,通过指标同向标准化处理、权重计算,得到方案 1、2、3贴近程度分别为 0. 446、0. 511、0. 556,方案 3 值最大,结果最优。 对方案 3 进行工艺试验,获得的齿轮坯充填饱满、无折叠缺陷。 结论 通过数值模拟与评估模型相结合的方法,可以精确、高效地评估闭式热锻造工艺方案的优劣,提高设计效率与成形质量。     

华南沿海温泉成因探讨

首先分析了华南沿海温泉成因，排除该区多数温泉具局部衰变热，岩浆残余热，断层活动热成因的可能性。重点讨论了地下水深特循环的动力学模型，分析了地下水循环深度（相当于张性断层的规模）和水头压力（相当于地形反差）对泉温和流量的控制作用，并把泉温和流量与理论计算曲线相比，从而得出华南温泉为深循环的成因的结论。分析还得出，较大地形反差和张性大断裂是温泉形成的两个有利条件，如果仅具备其中一个条件，那么张性大断裂（小地形反差）比大地形反差（小断裂）更有利于获得较高泉温。可见，温泉深循环的动力学模型对华南沿海地热资源的预测，开发和利用有一定的指导意义。最后，简要讨论了温泉与地震的关系。     

带电水蒸气冲洗污秽绝缘子时的交流闪络特性研究

针对带电水蒸气清洗绝缘子污秽进行了试验研究,绘制了3种不同绝缘子随盐密变化的平均闪络电压、闪络电压梯度曲线和不同清洗方式下的闪络电压曲面,并进行了带电水蒸气冲洗污秽绝缘子时闪络电压的拟合计算和影响因素分析.结果表明:在相同盐密下,FXBW4-35型绝缘子时的闪络电压和闪络梯度最高,XP-70型绝缘子次之,FC-70型绝缘子最低;幂函数可拟合带电水蒸气清洗污秽绝缘子时的闪络电压,但非最优拟合函数;采用自下而上清洗方式闪络电压最高;绝缘子污秽盐密低于4×10~(-4)g/cm~2无过电压出现情况下,带电水蒸气清洗可保证系统安全.     

热轧带钢发射率软测量及影响因素分析

根据现场实测带钢温度值，采用温度场反算方法计算了热轧带钢层流冷却之后卷取之前的发射率.主要分析了材料碳当量、带钢厚度、带钢所处的温度区间对发射率的影响.结果表明:带钢所处的温度区间不同，影响带钢发射率的因素不同.在高于550℃的温度区间，不同材质的带钢，其发射率在08±01之间，随材料碳当量的增加，带钢发射率稍微增大，与带钢厚度没有明显的关系；在低于550℃的温度区间，不同材质的带钢，其发射率与碳当量没有明显的关系，但随带钢厚度的增大显著降低.     

机车用柴油机连杆杆身模锻成形的计算机模拟

连杆工字型杆身肋底是模锻成形中经常产生缺陷的部位。采用基于ＡＮＳＹＳ软件所开发的弹塑性热－力耦合有限元模拟系统,利用网格重划技术,对机车用柴油机连杆杆身截面模锻成形进行了弹塑性热－力耦合有限元模拟,得到了变形过程中的应力场、应变场及温度场的分布。根据变形过程中节点流动趋势,分析了折叠可能产生的原因和部位,并为确定合理的成形工艺方案和模具形状、提高成形质量和模具寿命提供了可靠的依据。