铸造速度对Al-Cu合金半固态组织影响的多尺度模拟

用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程与Zl201合金成分近似的5%Al-Cu合金凝固组织受铸造速度的影响。建立了温度场模型和相变模型。通过固相率的变化把温度场计算和微观组织模拟从宏观尺度和介观尺度耦合起来。将宏观尺度上计算出的稳态温度场映射到介观尺度上。利用液固相变区中原胞的平均过冷度确定半连续铸造过程中各元胞的形核,采用溶质扩散模型描述晶粒长大。针对选定对象模拟了浇铸温度为930 K,铸造速度在(1.5～3.5)mm/s时微观组织的演变。结果表明,当铸造速度在2.0 mm/s时得到的微观组织均匀、细小,模拟结果与实验结果吻合。     

淬冷过程工件温度场的计算机模拟与实验

在实验测得的换热系数基础上，利用有限元方法，对淬火工作的温度场进行计算机模拟。由计算机模拟结果可以看出，对淬火工件的计算机模拟可以真实，直观地表达出实际淬火过程中，工件内部的温度、冷却速度变化等情况。模拟结果和测量结果是比较接近的，能够反应真实的淬火过程温度场的变化。     

连续铸造稳态温度场非物理边界条件的确定

建立了描述连续铸造过程的温度场模型,用外推法得出凝固金属在结晶器出口侧的非物理边界条件模型,使稳态温度场的计算精确高效.利用该温度场模型及非物理边界条件模型计算了Al-Cu合金在半连续铸造过程中的稳态温度场,并以此确定的介观温度场作为液固相变模拟的条件,用多尺度计算技术模拟了Al-10%Cu合金在不同浇注温度时的凝固组织,得到了晶粒形貌和分布合理的微观组织.对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与实验吻合.研究表明:该温度场模型及非物理边界条件模型适于稳态连续铸造过程的模拟,并可为金属凝固组织的多尺度模拟提供正确的温度场数据.     

高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟

根据铜冷却壁传热过程分析,得到铜冷却壁热面复合传热系数的计算公式,并在1∶1的热态实验炉上进行了热态实验,得到不同炉气温度下相应的热面复合传热系数值.建立了铜冷却壁三维数学模型,模拟铜冷却壁在几种不同的热面边界条件下的温度场分布.通过与热态实验结果对比分析可知,热面复合传热系数不能取恒定值,需要考虑炉气温度变化的影响.通过模拟结果,计算壁体热流密度的分布,还可得到热面渣皮的厚度的变化范围.     

显像管玻壳成形过程中温度场的数值模拟

研究了显像管玻壳成形过程中温度场集成冷却模拟方法,开发了工艺参数和模具冷却结构优化系统.该系统利用有限差分法,在厚度方向上对玻壳采用局部的一维瞬态分析,运用三维边界元方法模拟模具的三维热传导,玻壳和模具通过耦合分析来匹配型腔表面的温度和热流量.研究表明,所提出的集成和耦合数值模型模拟结果与实验结果吻合良好.     

注塑件冷却过程二维瞬态温度场的计算机仿真

分析了矩形截面的长条形注塑制件在模具中的冷却过程,基于理想化假设,建立了二维非稳态传热模型. 考虑了无定形和结晶型聚合物的比热对温度的依赖性,利用分段线性函数拟合聚合物的比热温度曲线. 对空间域和时间域进行离散,采用有限差分数值方法,通过计算机编程求解方程组,开发了基于Visual Basic的可视化仿真软件,动态模拟了各时刻注塑制品在模具中冷却的二维瞬态温度场.     

内燃机车喷雾冷却的模拟研究

针对机车在夏季通过长隧道时,冷却系统散热能力降低,易造成机车因冷却水温过高达到设定温度而卸载的问题,在不改变原有冷却系统的基础上,增加喷淋雾化冷却装置.采用CFD软件进行仿真计算,模拟喷淋雾化前后的温度场,并对温度场进行对比.模拟结果表明,增加喷淋雾化装置后冷却系统散热能力得到提高.     

方管铝型材喷水冷却温度场模拟及影响因素分析

为了解决方管铝型材冷却不均的问题,利用有限元分析软件Fluent,对方管铝型材喷水冷却的温度场进行了三维瞬态数值模拟,分析了方管铝型材特征点的温度场变化规律,研究了挤出成形速度、喷嘴纵向间距及喷嘴横向间距对方管铝型材冷却温度场的影响.结果表明:挤出成形速度和喷嘴纵向间距对方管铝型材纵向温度场影响明显,而喷嘴横向间距对温度场的影响主要表现在横向上.采用最大的挤出成形速度、最小的喷嘴纵向间距和80mm的喷嘴横向间距可以得到较均匀的冷却温度场.     

喷嘴位置对方管挤压铝型材温度场影响的数值模拟研究

利用有限元耦合场数值模拟计算方法对喷雾冷却方管铝型材进行模拟,通过调整方管R角处喷嘴的喷射距离和喷射角度,研究了温度场的变化规律。分析结果对掌握方管铝型材的冷却规律、分析残余应力以及开发控制冷却技术具有实际指导意义。     

近液相线半连续铸造中凝固组织的多尺度模拟

建立了描述连续铸造过程的温度场模型及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度上的模拟耦合起来.利用外推边界条件对Al-Cu合金在近液相线半连续铸造过程的稳态温度场进行了计算;根据连续铸造特点,提出了用液/固相变区域中元胞的平均过冷度作为形核计算的基本参数,避免了铸件中心区域的多余形核问题.对Al-(3.5~10)%Cu合金、铸造速度为2.0 mm/s的液相线铸造的凝固组织进行了模拟,并且ZL201合金的模拟结果与实验吻合.计算表明:合金成分对半固态合金组织的形成有较大影响,当合金质量分数在(8~10)%时可获得晶粒大小和分布良好的合金组织.     

界面层结构对硅灰石填充聚丙烯结晶行为和形态的影响

采用ＤＳＣ和偏光显微镜技术对以硅烷类ＫＨ－５５０，ＫＨ－５７０和钛酸酯类ＮＤＺ－２０１等偶联剂处理的硅灰石填充聚丙烯的结晶行为和形态进行了研究，结果表明，由于偶联剂结构各异，将形成不同的填料与树脂间的界面层结构，产生不同的界面效应，从而影响其结晶成核与生长过程．ＫＨ－５５０提高了硅灰石异相成核的能力，使结晶温度升高，结晶速率加快，晶粒变小，分布变窄；ＮＤＺ－２０１则相反，而ＫＨ－５７０影响不大．     

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.     

紧急制动工况下汽车通风盘式制动器瞬态温度场分布的研究

以某乘用车前轮采用的通风盘式制动器为研究对象,建立其热-结构耦合的3维有限元分析模型.在此基础上采用直接耦合法对该通风盘式制动器在紧急制动工况下的瞬态温度场进行仿真分析,获得整个通风式制动盘和摩擦片在紧急制动过程中温度场的分布情况及变化特性.结果显示:在整个紧急制动过程中,制动盘温度场的分布不是轴对称的,其在径向、周向及轴向3个方向上均存在着一定的温度梯度; 制动盘的最高温度出现在1.91 s,最高温度为227.1 ℃.同时对该通风盘式制动器进行了与仿真分析相同制动工况下的台架试验,所获得的实验结果与仿真计算结果基本一致,从而验证了仿真分析的有效性,为通风盘式制动器的设计及优化提供了理论基础.     

Isothermal Crystallization Behavior of Biodegradable Poly （butylene succinate-co-terephthalate） （PBST） Copolyesters at High Undercoolings

Poly （butylene succinatc-co-terephthalate） （PBST） copolycsters were prepared by polycondensation. The crystallization behavior of the as-prepared copolyesters was investigated by depolarized light intensity （DLI） at high undercoolings. According to Avrami equation, the exponent n, independent of the crystallization temperature, is at a range of 2. 5 to 3. 4, which probably corresponds to the heterogeneous mucleation and a 3-dimensional spherulitic growth. The maximum crystallization rate, very useful to polymer processing, was found at about 90℃ based on the half-crystallization time t1/2 analysis.     

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.     

聚氨酯硬段堆叠结构的再发现：类结晶行为

利用傅里叶变换红外技术（FT-IR）首先阐明了本文工作中的聚氨酯氢键缔合程度或微相分离程度与热历史无关,只与样品所处温度有关。其次,利用差示扫描量热法（DSC）探究了升降温过程中出现的热效应,发现热效应所对应的硬段缔合结构与聚合物结晶行为非常相似,例如有缔合核存在下的快速生长、硬段较多时的快速生长、等温退火后生成特定的缔合结构等。综合以上实验结果可以发现,这些缔合结构的行为非常类似于高分子晶体。但与传统观点不同的是,微相分离与这些潜在的类结晶行为是两个独立的过程。     

基于热-力耦合磨削表层残余应力的仿真分析

为研究磨削后工件表面残余应力的分布特征需要先进行磨削区温度场的分析.通过建立磨削区温度场的数学模型和传热模型,应用ANSYS分析不同磨削参数对磨削区温度场的影响,仿真结果表明磨削深度对最高温度的影响最大.结合磨削过程中产生的磨削力,用APDL程序对磨削区的热-力耦合场进行ANSYS分析,获得工件在恢复室温时磨削残余应力大小及分布状态,揭示热-力耦合情况下对磨削表面残余应力形成的影响机制.通过残余应力试验对比试验结果和仿真结果,验证了仿真方法的有效性.     

聚乳酸/聚环氧乙烷纳米纤维膜的结构与性能表征

采用静电纺丝方法制备了聚乳酸(PLLA)/聚环氧乙烷(PEO)纳米纤维膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)、X-射线衍射(XRD)和拉伸测试,对PLLA/PEO纳米纤维膜的形貌、结构、结晶行为和力学性能进行了表征,探究了PEO的质量分数对PLLA/PEO纳米纤维膜的结构、结晶行为和力学性能的影响。结果表明,PEO的加入,降低了PLLA/PEO纳米纤维膜的平均直径和直径分布宽度,提高了纤维的结晶速度、结晶度及断裂伸长率;PEO分子可提高聚乳酸分子链的运动能力和降低纤维的取向度,从而降低因取向引起的中间相含量,提高结晶相含量,进而改善聚乳酸纤维的结晶性能和韧性。     

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.     

Non-isothermal Crystallization Kinetics of Modified Poly(ethylene terephthalate) with Ultraviolet Protection

The non-isothermal crystallization kinetics of modified poly(ethylene terephthalate) (PET) with the function of ultraviolet (UV) protection was studied by means of differential scanning calorimetry. The kinetics of the modified polymer wider non-isothermal crystallization was analyzed by Ozawa equation. The crystallization behavior of the modified polymer obeyed Ozawa theory. The additives in the polymer whose function was UV-resistant acted as crystal nucleus in the processing of crystallization, which resulted in the increase of Avrami index and the crystallization rate of the cooling system.