渣浆泵内固相颗粒冲蚀特性的数值模拟

应用雷诺涡粘模型(液相)、离散相流动模型(固相)和压力耦合流场计算法,对渣浆泵全流道内固液两相湍流场的固相颗粒的冲蚀行为进行数值模拟.研究泵转速、固相粒径和叶片参数对颗粒冲蚀特性的影响.研究结果表明:随着泵转速的提高或者粒径的增大,颗粒冲击叶片表面的位置逐步移向叶片的头部,颗粒的冲击速度和冲击角度随之增大;不同叶片参数的叶轮对固相颗粒的冲蚀行为影响明显;数值模拟的研究成果可应用于抗冲蚀磨损叶轮的设计.     

非饱和流固耦合物质点方法(CMPM)的原理及应用

基于连续介质力学的质量及动量守恒原理,考虑了固-液两相材料的水力耦合相互作用,推导并提出了基于速度场（v-w formulation）的耦合物质点方法（CMPM）,可考虑水力耦合作用下,饱和/非饱和结构的大变形力学行为.同时,详细描述了耦合物质点方法的公式推导、矩阵离散过程以及数值实现步骤.随后,通过对比一维太沙基饱和...     

孔隙-裂隙双重变形介质中的油水两相流动理论研究

在连续介质力学理论架构下,文章建立了饱和油水两相渗流与变形孔隙-裂隙双重介质耦合作用的理论来模拟裂隙砂岩储层中的油-水渗流,提出了基于双孔隙固相系统变形与油水两相渗流的全耦合力学模型;在对力学模型给予适当简化的基础上,应用解耦的有限元数值解方法对裂隙储层的两相流体压力、饱和度以及储层变形等参数进行了数值模拟;结果表明,裂隙储层流体运动主要由裂隙变形、油/水的PVT特性所决定。     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学特性及本构模型

研究氧化铝陶瓷在强冲击加载下的力学响应和动态本构模型. 利用一级轻气炮对陶瓷靶板进行冲击加载,测量得到靶板内的应力-时间曲线,并分析得到氧化铝陶瓷的动力学特性. 结合陶瓷材料破坏特性分析,从脆性材料内翼型裂纹的产生和扩展机理出发,建立了微裂纹损伤本构模型,其中损伤参数通过微裂纹尺寸和微裂纹数2个变量进行描述. 实验与计算结果表明,该模型较好地描述了强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学行为.     

颗粒物质剪切流动的类固-液转化特性及相变图的建立

颗粒物质类固-液相态间的转化现象广泛存在于工程地质、自然环境和工业生产等诸多领域,其力学特性在相态转化过程中会发生很大的变化,是目前颗粒物质力学研究的热点和难点.通过对颗粒物质类固-液转化过程中基本力学行为的研究,可建立表征颗粒物质类固-液转化的相变图,揭示类固-液转化的内在机理.颗粒物质的类固-液转化过程可大体分为两种,即阻塞与流动状态的转化,以及在流动过程中类固态与类液态力学行为的转化.本文以周期边界条件下的多分散颗粒系统为研究对象,采用离散单元方法数值模拟了单剪流动过程;分析了在不同体积分数和剪切速率下颗粒系统的平均应力、配位数、净接触时间数、有效摩擦系数、惯性指数和广义Savage数等宏观参数的分布规律;讨论了类固-液转化的内在机理,建立了一个以孔隙率、无量纲剪切应力和无量纲剪切速率为基本变量的相变图.该相变图不仅能够表征出颗粒物质由阻塞向流动状态的转变,同时也能够描述颗粒物质在剪切流动中发生类固-液转化的演化规律.     

船舶板梁组合结构的冲击破损

探讨了船舶板梁组合结构的冲击动力响应现象，采用非线性有限元方法，在经典刚塑性近似理论的基础上，考虑了材料非线性、大变形效应和弹性效应，研究了在质量冲击载荷下结构从弹塑性变形到结构撕裂破坏的动态力学过程。对典型船体结构部件的破损动态过程和能量吸收等进行了数值模拟和研讨，并给出了一个典型船舶碰撞算例。     

7050铝合金激光冲击强化的试验和数值模拟

依据激光冲击强化7050铝合金的试验,建立激光冲击强化的有限元模型,实现激光冲击强化的数值模拟,残余应力场的数值模拟结果与试验结果取得较好的一致.在不考虑各冲击参数之间交互作用的前提下,模拟研究冲击参数对残余应力场的影响.模拟结果表明:在激光功率密度小于一定阀值条件下,表面残余压应力最大值随激光功率密度增加而增加,超过阀值之后,表面残余压应力最大值减小;表面残余应力最大值和残余压应力层深度随着脉宽的增加而增加;通过增加光斑半径对残余压应力场的改善主要体现在对深度方向残余应力场的改善;多次连续冲击强化对残余应力场的改善效果比较明显.     

变径液固流化床单个颗粒运动模拟

变径液固流化床内单个颗粒运动过程的研究对整个流场分析具有重要的作用.通过Fluent-EDEM耦合计算,对变径液固流化床内单个颗粒运动行为进行了数值模拟.结果表明:不同密度颗粒进入分选区后,分别具有不同的运动轨迹,能够实现按密度分离,模拟分选效果较好;不同密度颗粒轴向速度表现为先是在短时间内迅速增加,达到一定速度后,开始逐渐减小趋势;将模拟所得单个颗粒轨迹与轴向速度值分别与高速动态拍摄所得值比较,吻合较好.     

砂土液化后液-固相变机理的单元试验与模拟

液化后砂土流动是一个涉及液相向固相转化的过程。针对目前常规三轴加载模式在进行松砂液化后性质研究中存在局限性的现状，提出应力与应变控制相结合的加载方法，获取初始液化状态，开展液化后松散土体流态化性质研究。基于试验结果，引入液-固相变参数，耦合流体本构与固体本构关系，建立可统一描述液化后土体应力应变关系的经验模型，实现不同密实度条件下砂土液化后液-固相变转化全过程力学行为的模拟。     

金属材料动态损伤的微观数值模拟

针对金属材料的动态损伤现象，采用分子动力学方法对存在微观表面缺陷的材料在瞬态强冲击作用下的损伤情况进行数值模拟．模拟对象为铜材料，表面缺陷为锲形、圆形和方形沟槽，采用目前较为合理的嵌入原子势（EAM），并利用分子动力学程序（LAMMPS）进行动态数值模拟，有效地给出了存在不同微观表面缺陷的金属铜材料在瞬间强冲击作用下的损伤效应．结果表明，存在锲形缺陷的金属表面更容易发生微喷射现象，且微喷射速度随着锲形角增大而减小，随着冲击速率增大而增大。     

Al-Mg-Si-Cu合金在热压缩变形中的流变应力

在Gleeble-1500热模拟试验机上对Al-0.80Mg-0.63Si-0.61Cu合金进行等温热压缩试验,研究其在高温压缩变形中的流变应力行为.研究结果表明：流变应力随应变速率的增大而增大,随变形温度的升高而降低,在高应变速率和较低温度条件下,应力出现锯齿波动,呈不连续再结晶特征;该铝合金热压缩变形的流变应力行为可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数来描述,其变形激活能为176.54 kJ/mol.     

800H合金热变形行为研究

通过高温单道次压缩实验,研究800H合金在变形温度850～1 050℃和应变速率0.01～10 s-1条件下的热变形行为和微观组织变化.根据单道次压缩实验数据,绘制了不同变形条件下的800H合金真应力-真应变曲线,通过非线性回归建立了流变应力数学模型;通过线性回归建立了不同温度区间内热变形本构方程.分析了热变形条件对合金微观组织的影响,结果表明:动态再结晶更有可能发生在低应变速率和高变形温度的变形条件下;当变形温度低于950℃时,沿晶界析出的Cr23C6粒子对动态再结晶的发生有一定的抑制作用.     

冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究

为探讨薄壁结构金属件在冲击载荷作用下的变形模态、受力特征等动态力学响应特性,对3种材料的薄壁圆柱壳体进行了不同速度的落锤冲击实验,获得了相同冲击条件下不同材料圆柱壳体的变形模态、吸能方式和轴向缩短率,以及冲击速度和径厚比对圆柱壳体吸能和轴向缩短率的影响规律. 研究结果表明:薄壁圆柱壳的轴向缩短率随着冲击速度增加而增加,由于应变率效应吸能能力也随着冲击速度增加而增加;薄壁圆柱壳体的轴向缩短率随着径厚比的增加而增加;动态冲击条件下的平均后屈曲载荷远大于准静态条件下的理论载荷,除了与圆筒直径、厚度以及材料特性相关外,还与冲击速度相关;通过非轴对称屈曲折皱变形来抗冲击A6060铝合金适合用于薄壁结构件.      

电热合金Cr20 Ni80的热变形行为及热加工图

为了解决Cr20 Ni80电热合金锻造开裂的问题,在Gleeb-1500D热模拟试验机上对该合金进行热压缩试验,研究变形温度为900~1220℃,应变速率为0.001~10 s-1条件下的热变形行为,并根据动态材料模型建立合金的热加工图.合金的真应力-真应变曲线呈现稳态流变特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;热变形过程中稳态流变应力可用双曲正弦本构方程来描述,其激活能为371.29 kJ·mol-1.根据热加工图确定了热变形流变失稳区及热变形过程的最佳工艺参数,其加工温度为1050~1200℃,应变速率为0.03~0.08 s-1.优化的热加工工艺在生产中得到验证.     

6063铝合金薄壁方管耐轴向撞击性能研究

针对汽车用铝合金构件的安全设计要求,采用关键试验加有限元仿真技术,对6063铝合金薄壁方管轴向耐撞击性能进行了研究.通过轴向静态压缩和落锤冲击试验,获得了该薄壁试件静态和冲击载荷下的力学行为规律.同时应用有限元模型对不同结构尺寸的试件进行了不同速度下的冲击仿真分析,给出了试件变形和载荷预测.研究结果表明,6063铝合金薄壁试件具有良好的吸能性,试件的耐撞性和材料组织、加载速度及结构几何尺寸有密切关系.降低冲击速度、减小构件长细比以及增大壁厚,有利于改善试件屈曲过程的稳定性.作为汽车用缓冲吸能结构,该类薄壁铝合金试件的长细比不宜大于12,壁厚取2 mm,长度在310 mm左右为结构最优.     

Cu-Cr-Zr-Ag合金高温流变行为及织构演化研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cu-Cr-Zr-Ag合金进行热压缩试验,研究了Cu-Cr-Zr-Ag合金在不同应变速率和变形温度的流变应力行为、微观组织演变和动态再结晶机制,利用光学显微镜(OM)研究了Cu-Cr-Zr-Ag合金的压缩速率、形变温度对合金微观织构的影响.结果表明:在压缩速率为0.001~10 s^-1的区间内,Cu-Cr-Zr-Ag合金存在近稳态流变特征,即流变应力随温升及压缩速率的降低而变小.形变温度越高,越能促使再结晶形核,压缩速率越低,越利于动态再结晶充分发生.     

基于构型设计的包装容器缓冲效应数值分析

基于材料结构塑性变形能量耗散机理,提出了3种基于构型设计的安全包装容器,并采用Abaqus/Explicit有限元软件针对包装容器不同姿态自由跌落进行了数值模拟,分析了容器结构50 m高度自由跌落正碰、侧碰和斜碰金属靶体的冲击响应.数值结果给出了不同冲击环境下安全包装容器各部件变形及应力分布,讨论了不同结构形式包装容器的冲击缓冲性能.研究表明,3种构型设计的包装容器均能承受50 m高度自由跌落冲击,基于外壁凸起的薄壳结构和低阻抗宽平台应力材料填充方式的缓冲设计方法均能实现对被保护体有效的冲击防护.      

T91钢的高温塑性变形及动态再结晶行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行了T91钢的压缩试验,研究了变形温度为1100～1250℃、应变速率为0.01～1 s-1时该钢的变形行为,分析了流变应力与应变速率和变形温度之间的关系,计算了高温变形时应力指数和变形激活能,并采用Zener-Hollomon参数法构建该钢高温塑性变形的本构关系,绘制了动态再结晶图和热加工图.结果表明:在试验变形条件范围内,其真应力-真应变曲线呈双峰特征;钢中发生了明显的动态再结晶,且再结晶类型属于连续动态再结晶.T91钢的热变形激活能为484 kJ.mol-1,利用加工图确定了热变形的流变失稳区,结合力学性能,可以优先选择的变形温度为1200～1 250℃,应变速率不高于0.1 s-1.     

3104铝合金流变应力行为

根据3104铝合金在加工过程中所要求的不同变形条件,设计了不同的变形温度、应变速率,进行热轧过程的模拟实验,分析了合金变形时变形抗力、流变应力与应变速率、变形温度之间的关系.通过对实验数据的数理统计分析,结果表明,该合金流变应力对应变速率和变形温度敏感,应变速率和变形温度是3104铝合金变形工艺控制的主要因素.     

Simulation of dynamic recrystallization for an Al-Zn-Mg-Cu alloy using cellular automaton

A cellular automata (CA) model has been developed to predict and control the microstructure evolution during hot deformation on 7085 aluminum alloy. The initial microstructure and thermal-mechanical parameters were used as the input data of the CA model. To link microstructure evolution with macroscopic flow stress, dislocation density was set as an important internal state variable. The hot deformation behavior of 7085 aluminum alloy was studied by isothermal compression tests under a deformation temperature range of 623–723 K and a strain rate range of 0.001-1s^?1 up to true strains of 0.53–1.20. Electron backscattered diffraction technique and the CA model were utilized to systematically investigate the effects of strain, strain rate and deformation temperature on the microstructure evolution, and further to predict the average grain diameter and the recrystallization fraction after deformation. The simulated results were validated by the experimental data to demonstrate the feasibility and predictability of the CA model.