SiO2薄膜热应力模拟计算

摘要:薄膜内应力严重影响薄膜在实际中的应用.本文采用有限元模型对SiO2薄膜热应力进行模拟计算,验证了模型的准确性.同时计算了薄膜热应力的大小和分布,分别分析了不同镀膜温度、不同膜厚和不同基底厚度生长环境下热应力的大小,得到了相应的变化趋势图, 对薄膜现实生长具有一定的指导意义.     

气冷涡轮叶栅流动及热应力特性的数值研究

采用CFX商用软件的不同湍流模型对NASA-MarkII高压燃气气冷涡轮叶栅进行气热耦合计算,着重分析了叶栅内部流动情况及传热特性.与实验结果比较,k-ω-SST-GammaTheta湍流模型计算结果与实验结果吻合较好.应用ANSYS11.0商用软件对气冷涡轮叶片气热耦合温度场结果进行热应力计算.结果表明,涡轮叶片温度场求解结果对叶片内部热应力分布具有显著影响.     

基于APDL语言的活塞热应力分析

活塞是发动机的核心,工作环境极其恶劣.活塞顶部直接承受高温燃气作用,容易形成不均匀的温度梯度,产生较大的热应力造成活塞受损,活塞的运行可靠性直接影响发动机的使用寿命.基于ANSYS的APDL语言,建立了活塞有限元模型,应用第三类边界条件施加活塞边界温度和换热系数,对活塞进行温度场和热应力分析,分析计算结果,得到活塞温度场、热流密度和热应力分布规律.结果表明活塞燃烧室边缘温度最高,第一环槽处热流密度最大,活塞环槽处和燃烧室边缘热应力相对较大.为活塞的结构设计和可靠性分析提供了参考.     

排气歧管流固耦合热仿真分析

针对某发动机可靠性试验时排气歧管出现局部开裂问题进行了仿真研究.首先建立流固耦合模型,应用试验所得流场边界条件,计算得到排气歧管温度场及热应力热变形分布.仿真结果表明:排气歧管开裂失效处温度较高、热应力较大导致塑性变形增量大于1%而产生热疲劳破坏.最后根据仿真结果对排气歧管结构进行改进达到减小热应力和塑性变形的目的.     

梯度功能材料的热应力分析及热性能评价

梯度功能材料的热应力性能随其组成和结构的变化而缓慢变化,因而具有很高的应用价值.本文中首先建立有效的梯度功能材料的分析模型,如成分分布模型和物性参数模型,并计算梯度功能材料在稳态热传导下的热应力.然后讨论了梯度功能材料的热性能评价,并对梯度功能材料热应力研究的发展趋势作一展望.     

板式固体氧化物燃料电池的热应力分析

为了深入掌握固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构性能,进而提高其可靠性,在对SOFC的内部流动和电化学特性进行数值模拟,对顺流和逆流两种流动情况下板式SOFC内温度分布、电势特征和电流密度特征进行分析的基础上,将数值计算得到的温度场作为载荷施加到SOFC的热应力模型中,建立了数值模拟SOFC的有限元热应力模型,对SOFC关键结构中的三合一电极板中的热应力分布特征进行了分析研究.研究结果表明:相对于顺流形式,逆流形式燃料入口附近的温度梯度要大得多;材料间热膨胀系数的不匹配导致了热应力的产生;热应力的大小与温度分布和温度梯度密切相关.由于过大的热应力可能会导致SOFC结构开裂甚至破坏,该研究工作为SOFC单电池和电池堆的设计优化提供了重要的理论依据.     

激光辐照柱壳热应力的数值模拟

推导出激光辐照下三维圆柱壳体材料热应力分布问题的有限元计算公式,对热应力、热应变问题进行了三维有限元法的分析和编程计算,计算结果与理论分析一致.     

采用热固双向耦合模型的转子热应力计算方法研究

为准确计算汽轮机转子在启、停机过程中的热应力,建立了转子瞬态温度场、应力场分析的热固双向耦合轴对称计算模型。该模型在考虑转子温度场对应力场影响的同时,也考虑了应力场对温度场的影响。采用热固双向耦合有限元模型计算了某超超临界660MW超高压转子的瞬态温度场和热应力场,并研究了热固双向耦合和单向模型计算结果的差异。计算结果表明:在转子启动过程中,温度与变形之间的耦合作用会随主蒸汽和转子表面温差增大而增强,当转子表面初温与主蒸汽温差为280℃时,两种模型计算出的转子最大热应力相差6.6%。因此,在转子表面热冲击较大的情况下,应选择热固双向耦合模型进行转子热应力计算。     

二维空心透平转子热状态在线监测模型

结合工程实际情况,用积分变换的方法对二维空心转子导热微分方程进行解析求解,推导得到空心转子内温差及热应力时间域迭代计算公式,并在迭代过程中对随温度变化的物性参数产生的非线性问题进行处理,物性参数由前一时刻物性参数考虑温度变化后进行修正,得到修正后的迭代计算模型,所得到的温度和热应力计算模型可用于典型空心轴对称体如汽轮机转子等热状态理论分析、在线监测和疲劳分析.     

试验与仿真相结合的发动机活塞热负荷分析

借助硬度塞温度测试、数值分析手段,结合对改进前活塞的温度场和热应力的计算,对发动机改进后活塞的热负荷状况进行评估.通过计算活塞传热边界条件,利用有限元分析软件,对活塞进行温度场计算,然后利用试验实测数据对其进行标定,在计算误差小于5%的情况下,得到改进前与改进后活塞在A工况和B工况下的温度场分布,最后进行了对应工况的热应力计算.结果表明在相同工况下发动机改进后活塞最高温度均比改进前活塞低,最大热应力比改进前活塞小.在改进前活塞满足热负荷要求的前提下,改进后活塞满足热负荷要求.     

基于遗传算法轴对称梯度功能材料优化设计

基于计算数学理论与热弹性原理, 针对环状截面梯度功能材料(FGM)提出了热应力分布公式.以沿坐标轴的最大热应力达到最小为目标,建立了轴对称FGM多目标优化模型. 应用遗传算法实现了优化设计, 获得了稳态温度场下环状截面FGM的最佳材料分布参数.     

热力采油中套管的应力分析

本文应用热弹性力学的理论和方法对热力采油井中的套管进行了讨论。指出了单向线膨胀计算套管中的热应力不足之外,并得出了较精确地计算套管中热应力的公式。     

水平连铸坯热应力的计算和分析

应用铸坯凝固过程中的热弹塑性应力模型,对马钢水平连铸热试期间的铸坯进行了传热、应力和应变分析计算。定量地反映了铸坯的热应力分布,指出水平连铸铸坯出结晶器后,表面温度回升太大,可能产生中间裂纹和中心裂纹。     

LNG储罐球形混凝土穹顶的热应力及裂缝分布

对于大型LNG储罐,其穹顶因水泥水化热产生较大的热应力,引起混凝土开裂,严重影响储罐的耐久性。以某大型LNG储罐穹顶为研究对象,采用ADINA有限元软件建立精细化的有限元模型,模拟LNG储罐穹顶分段浇筑过程中的早期温度场分布,并将数值计算结果与现场测试结果进行对比;数值分析时考虑了混凝土徐变及龄期效应,对混凝土穹顶的温度场和应力场进行耦合计算,得到穹顶的热应力分布及裂缝开展情况,对穹顶混凝土开裂风险进行评估,进而对参数的敏感性进行分析。结果表明:穹顶内外在混凝土浇筑过程中产生温差较大,导致巨大热应力;第一浇筑带的热应力明显比其他浇筑带大,环向热应力大于经络向热应力,将使穹顶边缘产生沿环向分布的经络向温度裂缝;水泥种类对穹顶热力分析结果有很大的影响。     

汽油机活塞的热应力分析

本文采用三维有限元分析的方法对376汽油机活塞进行了热应力分析,计算了活塞的温度场和应力场,以深入了解活塞的热负荷状态及热应力分布情况,找出了危险应力部位,为活塞的结构改进和优化提供了理论依据.     

钠钙玻璃在CO2激光作用下的热应力分析

为了研究钠钙玻璃在预热和无预热两种情况下进行激光加工所产生的热应力的差别,在考虑辐射和对流的情况下,建立了激光扫描玻璃板的传热数学模型.分析了热应力与温度场分布之间的关系,并用有限元软件Ansys进行了数值模拟,得到了钠钙玻璃在预热和无预热两种情况下进行激光加工的温度场和应力场分布.计算结果显示预热后进行激光加工产生的热应力小于无预热的情况,试验结果与理论分析和数值计算基本符合.     

汽轮机转子热应力的在线监控模型

汽轮机转子热应力是由蒸汽温度的变化引起转子体中温差而形成的。对上述过程分别建立复频域动态数学模型,经综合后得到转子热应力对蒸汽温度变化率的相应模型。并以某一机组的实际启动过程为算例,与有限元模型作了仿真比较,结果表明模型具有较高的精度。为了大幅缩减计算量,应用“主导极点”概念对所得模型作了合理简化,为热应力的在线监控提供了一个易于实现的通用模型。该模型对放热系数及转子材料物性参数的变化具有自适应能力。     

应用遗传算法的汽轮机转子启动优化

为了对汽轮机启动过程进行优化,发展了一种转子热应力半解析递推计算模型。该模型考虑蒸汽换热系数的变化,将启动过程分解为多个换热系数不变的升温过程,各升温过程的换热系数值取为该升温过程开始时刻的换热系数。同时,将每个升温过程结束时刻转子的温度场拟合为只含偶数次幂的4次多项式,并将拟合的温度场作为下个升温过程的初始温度场,通过拉普拉斯变换法,计算出下个升温过程的瞬态温度场。利用半解析递推模型构造转子启动优化的目标函数,采用遗传算法对660 MW机组的冷态启动曲线进行了优化,优化后转子的最大热应力减小了19.4%,且启动时间减小了4.9%。为验证该半解析递推模型的计算精度和效率,分别采用有限元模型和半解析递推模型计算了660MW机组转子冷态启动过程中的瞬态温度场、应力场,计算结果表明:两种模型计算的转子关键部位热应力变化趋势相同,最大热应力相差0.11%,而递推模型计算的时间约为有限元模型计算时间的2.8%。     

考虑温度影响的摩阻扭矩计算模型及应用

管柱在井下受热,产生的热应力会改变管柱轴向力,影响摩阻扭矩的计算。通过实验测量钻井液在不同温度下的润滑系数和泥饼黏滞系数,拟合出其随温度变化关系,结合热应力的作用,建立考虑温度影响的摩阻扭矩计算模型。实验结果表明,KCl聚合物润滑钻井液和油基钻井液的润滑系数和泥饼黏滞系数随温度升高而增大。应用该模型对涪陵页岩气焦石坝区块X井进行摩阻扭矩计算,得出考虑温度影响的计算模型顶驱扭矩误差为3. 7%,大钩载荷误差为4. 4%,计算精度较高。     

GaN／InGaN应变层临界厚度的计算

本文主要借鉴PB模型、Fisher模型和Matthews模型并通过优化其中的组分和滑移间距参数,考虑影响临界厚度的相关因素,对GaN/InGaN异质结应变层临界厚度进行理论计算,再结合实验值进行比较分析,发现PB模型比较能准确估计GaN/InGaN异质结应变层临界厚度.最后进一步考虑热应力对临界厚度的影响时,发现对其影响不大.