用分子动力学法数值模拟Ni-Al合金马氏体相变

Ni-Al合金由于它在强度和重量等方面独特的性能而成为重要的工业材料,并且被认为是弄清其他更复杂合金系统的模型。采用16×16×16体心结构的Ni50Al50晶格系统,在Al的位置上随机地用Ni原子取代12.5%的Al原子,利用分子动力学的数值方法,模拟了Ni-Al合金系统马氏体相变现象的发生过程,提供了马氏体相变转变过程中原子移动的微观细节。     

1045钢淬火时温度场的数值模拟

基于实验测定的1045钢淬火冷却曲线,应用有限差分原理和非线性估计法对非线性导热方程的逆问题进行了求解,给出了一种求解钢淬火时非线性表面换热系数的方法;应用数学转换方法计算了1045钢在连续冷却时奥氏体、珠光体、贝氏体和马氏体的体积百分数.应用有限元分析软件ANSYS计算了1045钢淬火时具有相变和非线性表面换热系数的温度场.研究表明,钢淬火时的温度场、导热与换热是非线性的,温度场的计算结果和实验结果比较吻合.     

钢轨淬火数值模拟研究

钢轨轨端热处理作为提高钢轨性能的最后手段而得到普遍的重视,而感应淬火是钢轨全长淬火中广泛采用的热处理方法。以60kg/m的钢轨为研究对象,建立有限元分析模型,在考虑钢轨感应加热过程中包含多种介质(工件、感应线圈、空气)和多种场(电磁场、温度场)的基础上,利用有限元分析软件的顺序耦合计算流程,对钢轨感应加热、保温、喷风冷却和空冷过程进行数值模拟,从而模拟出了钢轨轨端淬火的温度场。     

MoCu球铁激光淬火过程温度场的数值计算

根据激光淬火过程的特点及复杂性，提出用有限元方法计算激光淬火过程中温度场及组织分布的传热学数学模型；在计算中对热物性值随温度的变化进行了分段线性回归处理；激光淬火属快速加热范畴，奥氏体化点相应提高．相变潜热则根据相变量的多少以温升、温降的形式加以处理．以ＭｏＣｕ球铁为例对不同激光处理参数下的温度场及组织分布进行了计算及实验验证．     

石油套管淬火过程中残余应力场的数值模拟

为降低P110级石油套管淬火冷却过程中的内应力,提出"水淬-空冷-水淬"的优化冷却方式,并利用有限元方法对冷却过程中温度、应力场的变化规律和分布状态进行了模拟.模拟结果表明:冷却至7.5s出水时,横截面上最大温差为104℃,空冷结束时断面温度均匀;再次水冷的最大温差为80℃,与7.5s时相比,温差降低了24℃.对于应力,在最初的水冷阶段,从开始到2.5s,切向应力增大,2.5～5.5s,切向应力降低,冷却至5.5s时发生组织转变,此后热应力和组织应力共存,切向应力随冷却进行迅速升高,并在7.5s时达到最大,为563MPa;出水空冷阶段,热应力减小,组织应力消失,13s空冷结束时切向应力分布较均匀,为-11～27MPa;再次入水冷却至13.6s,切向应力再次达到最大,为451MPa,比7.5s时的563MPa降低了112MPa,达到了优化冷却工艺的目的.     

连续YAG激光相变硬化三维瞬态温度场数值模拟

采用差分法对连续YAG激光相变硬化三维瞬态温度场进行数值模拟。分析了激光相变硬化过程工件的传热学行为，考虑了工件有限尺寸、激光热流旋加、工件材料热物性参数的温度依赖关系，工件表面辐射及空气对流造成的热损失以及材料固态相变等多方面特点。利用能量平衡法，推导了非均匀空间网格的有限差分方程，用Fortran语言编写了温度场的计算程序。分别计算了一系列工艺参数下42CrMo、60^#碳钢激光相变硬化处理过程的三维瞬态温度场，并预测了激光相变硬化区的半宽度与深度。对42CrMo、60^#碳钢进行激光相变硬化实验，实测了它们在各种工艺参数下处理后相变硬化区的半宽度与深度。计算结果与实验符合较好。     

二维淬火温度场的数值计算

建立了旋转体试样淬火过程的温度场计算模型,用有限差分法模拟计算了淬火温度场.对计算中用到的材料参数如体积比热容Cρ、导热系数λ和热扩散系数H进行了实际测量和校正.计算机模拟结果和实测结果吻合较好.     

Bingham流体数值模拟粘塑性方法

对Ｂｉｎｇｈａｍ流体给出了罚函数逼近和正交投影的隐式求解方法,把Ｂｉｎｇｈａｍ流体处理为粘塑性体,利用对粘塑性体的求解,在有限元法的实施中,采用了减缩和选择积分技术以克服压力的“自锁”问题;使用一维变带宽存储的Ｐｒｅ－Ｂｉ－ＣＧ法和Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法求解非对称的非线性方程组;在时间域内使用无条件稳定的后Ｅｕｌｅｒ时间积分格式,有效地模拟了Ｂｉｎｇｈａｍ流体的流动问题。     

三维构造应力场数值模拟在地质学中的应用

三维构造应力场数值模拟是近20年来兴起的新技术,是地质学中实现定量化研究的途径之一。本文运用ANSYS有限元程序,以鲁西地区为例,对区域三维构造应力场数值模拟方法进行了探索,从而为地质学问题的定量化评价提供了一定的理论依据。     

中厚板淬火热弹性马氏体相变潜热模型

采用扩展体积法预测中低碳中厚板淬火过程马氏体转变量,进而基于修正热弹性变温马氏体相变动力学,引入阻滞函数描述相界面阻力的热滞,建立马氏体转变动力函数并描述其与“理想”自由能函数和阻滞函数的关系.在此基础上,引入阻滞焓来表征阻滞界面所具有的焓,通过计算可逆弹性能和不可逆功,利用吉布斯函数变化计算相变潜热,建立相变潜热模型.用该模型进行的计算机模拟结果和实验结果吻合良好,表明这种理论处理方法可用来模拟中低碳中厚板淬火过程马氏体相变.     

高强度双相钢薄板拉弯成形试验及数值模拟

在不同凸模圆角半径下对800 MPa级双相钢板进行了拉弯成形试验,观察了不同凸模圆角半径下板材极限拉弯深度及板材的断裂位置和断口形貌,对试验结果进行数值模拟,并分析了采用屈服准则Hill、Barlat和BBC的模拟结果.结果表明：对于较大凸模圆角半径（Rp≥2.5 mm）的拉弯试验,在经典成形极限曲线（FLC）判据下,采用Hill准则能够准确预测800 MPa级双相钢板的极限拉弯破裂情况;而对于较小凸模圆角半径（Rp=1.0 mm）的拉弯试验,在FLC判据下,3种屈服准则都无法准确预测双相钢板的破裂情况.     

记忆合金相变的计算机模拟

用最近几年在结构相互作用模型方面取得了突破的嵌入原子方法(EAM)和等容分子动力学方法研究了Ni-Al系统的马氏体相变.这一模拟提供了马氏体相变转变过程中原子移动时微观过程的细节.突破了由于相变时间很短(大约10-11s),很难从实验中得到信息的局限.     

应力状态对TRIP钢残余奥氏体稳定性的影响

通过单向拉伸、平面应变和双向等拉实验研究了宏观应力状态对相变诱发塑性(TRIP)钢中残余奥氏体稳定性的影响.实验中残余奥氏体在不同应变量的体积分数通过X-射线衍射法测量,并引入应力三维度水平来表征不同应力状态.结果表明,不管何种变形模式,TRIP钢中残余奥氏体的体积含量都随塑性应变的增大而减少,而且应力三维度水平越高,TRIP钢的相变速率越快,残余奥氏体的力学稳定性越差.基于此,给出了能够表征不同应力状态的应变诱发马氏体相变动力学方程.     

高炉喷煤的数值模拟与应用

以气固多相流理论为基础建立了高炉喷煤的数学模型，模拟喷煤中的流场、颗粒的分布。采用该模型指导高炉生产，高炉经济技术指标得到很大的改善。     

螺旋管式相变蓄热过程的数值模拟与系统优化

对地源热泵供热系统中,利用低谷电蓄能的相变蓄能装置进行研究,以提高供热系统的经济性．在研究中对相变材料蓄热装置结构进行改进,提高了相变材料蓄热能效．利用相变材料能量守恒原理,确定合理的边界条件,对蓄热工况的传热过程进行了三维数值模拟优化．模拟结果显示,当蓄热初始条件相同时,不同装置结构中相变材料发生相变的程度会不同,出现死区的面积也不同;结合相变材料传热特性和过程,通过改进装置结构,采用螺旋管中间连通直管段的圆柱体蓄热装置,改善了蓄热效果,解决了相变材料熔化过程存在死区的问题,相变材料熔化率由原来的72％提高到93％,蓄热总量有了明显提高．同时还对采用低谷电蓄热、高峰用能放热的经济性进行了分析．结果表明采用相变材料蓄热可充分利用谷电,节约运行成本,具有良好的经济性．     

对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟

通过求解45号钢国柱体零件淬火过程中温度场的分布，给出了一种不需要由实验测量的平面及轴对称零件淬火冷却时温度分布的确定方法。该法适用于各种淬火液，数值计算较为简单、稳定，并为史精确地计算淬火过程中的热应力，残余应力做好了准备工作。     

铝合金挤压型材淬火模拟研究及工艺参数的改进

为了解决"U"形铝合金型材在喷水淬火过程中因冷却速度不均匀而导致型材截面变形的问题,基于FLUENT和ANSYS-WORKBENCH软件平台,建立了"U"形挤压型材在喷水冷却过程的有限元模型.分析了3种不同喷嘴速度大小方案下型材淬火冷却过程的温度场、残余应力和变形等变化规律.结果表明:经工艺参数优化后,型材截面上不同部位喷嘴速度大小设计更合理,淬火冷却过程中型材的温度场和等效应力分布更均匀,最大等效应力最小,型材的变形最小.通过有限元分析能较好地改进型材淬火冷却过程中喷嘴速度大小及分布,为实际挤压生产过程提供指导.