镍基单晶合金热弹塑性应力-应变场数值模拟

利用ANSYS有限元结构分析软件的参数化设计语言APDL和用户可编程特性UPFs,将考虑拉-剪耦合效应的镍基单晶合金屈服准则和弹塑性本构模型集成到ANSYS软件中,实现对镍基单晶合金弹塑性有限元应力-应变场的分析。对温度为680℃的[001]、[011]和[111]3种取向的DD3镍基单晶合金试样进行单向拉伸热弹塑性应力-应变数值模拟,并与试验数据进行对比,最后,对单晶涡轮盘片进行循环应力应变分析。     

镍基单晶合金[011]取向γ′相筏形化的有限元分析

研究1 040℃、137 MPa拉伸蠕变期间[011]取向镍基单晶高温合金中γ′相的演化方式.采用三维有限元方法计算单晶合金在有/无外加载荷时von Mises应力及弹性应变能密度在γ和γ′两相中的分布.结果表明:沿[011]取向施加拉伸应力时,(001)晶面的von Mises应力远大于(001)晶面的Von Mises应力,3个晶面的应变能密度差异驱动γ′相形成元素从变形较大的(001)晶面向变形较小的(010)和(100)晶面扩散,而γ相形成元素反向扩散,导致γ′相沿[010]和[100]取向扩散生长,形成垂直于[001]方向且与应力轴倾斜成45°角的层片状筏形组织.     

镍基高温合金定向粗化行为的有限元分析

镍基高温合金广泛应用于燃气轮机的叶片、涡轮盘和燃烧室等高温部件．针对镍基单晶高温合金的服役条件和结构特点,采用有限元方法建立数学模型,有限元分析时用热膨胀系数代替正负错配的选择,用柔度矩阵的计算表达单元各向异性,并计算静水压力（hydrostatic pressure）及等效应力（von Mises stress）分布,研究负错配的情况下镍基高温合金在[111]取向上受载时γ’颗粒的定向粗化行为,结果表明γ’颗粒的粗化方向及形态依赖于应力轴取向．     

单晶镍基合金[001]取向拉伸蠕变期间的有限元分析

通过[001]取向的镍基单晶合金拉伸蠕变期间的组织形貌观察,确定合金的组织演化特征;采用三维应力应变有限元方法计算立方γ/γ′两相共格界面的von Mises应力分布,研究施加应力对合金中γ/γ′两相应力分布及γ′相定向粗化规律的影响.结果表明:施加拉应力可改变立方γ/γ′两相的应力分布,使不同晶面发生晶格收缩与扩张应变,其中,(100)和(010)晶面沿平行于应力轴方向产生晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al、Ti原子,是使其γ′相沿扩张晶格的法线定向生长成为类似筛网层状结构的组织演化规律.并进一步提出拉应力蠕变期间,发生元素扩散和γ′相定向生长的驱动力.     

[110]方向作用下单晶镍基高温合金γ′相定向筏化的有限元分析

采用三维各向异性有限单元法分析了外载荷沿[110]方向作用时,镍基高温合金单晶的von Mises应力分布特征.von Mises应力的不对称性可以用来预测正错配或副错配合金的筏化形貌.同时运用原子扩散的原理详细地讨论了定向筏化原因.     

[110]方向作用下单晶镍基高温合金γ'相定向筏化的有限元分析

采用三维各向异性有限单元法分析了外载荷沿[110]方向作用时,镍基高温合金单晶的von Mises应力分布特征.von Mises应力的不对称性可以用来预测正错配或副错配合金的筏化形貌.同时运用原子扩散的原理详细地讨论了定向筏化原因.     

Monel-400合金焊接温度场的数值模拟

对Monel-400合金圆桶轴向焊接的温度场进行有限元分析,采用ANSYS大型通用有限元分析软件,利用APDL语言进行数值模拟计算.从焊接温度场方面,对圆桶轴向焊接过程的数值模拟进行了分析讨论.为以后焊接应力应变的模拟计算及分析奠定了基础.     

基于ANSYS的颗粒增强镁基复合材料应力场分析

为了更加符合实际地研究颗粒增强镁基复合材料的应力场分布情况,应用ANSYS有限元软件中的APDL语言建立含有三维随机颗粒的复合材料模型,根据细观力学和有限元理论,对模型在单向拉伸下的应力场进行模拟,分析其应力以及应变的分布情况和复合材料的性能特征,通过ANSYS模拟得到复合材料颗粒中的应力最大而应变最小这一结果.通过改变基体内的颗粒粒径,分析了颗粒粒径对预测应力应变曲线的影响.结果表明,当颗粒粒径到达一定值后,颗粒粒径的减小对复合材料的力学性能影响很小.     

光滑薄壁管件的多轴循环弹塑性有限元分析

为数值模拟构件在多轴循环加载下的应力应变响应,利用ANSYS分析软件对承受高温2轴比例与非比例循环拉扭加载下的光滑薄壁管件进行了弹塑性有限元分析．分析模拟过程中,采用von Mises屈服准则、多线性随动强化准则和高温单轴循环加载的应力应变数据来描述材料高温弹塑性特性．采用柱坐标系下在试样一端加轴向位移和周向位移来实现拉扭应变加载．通过对光滑薄壁管件的后处理结果与试验比较表明,采用的循环弹塑性有限元分析得到的结果与试验结果相吻合．     

DD26镍基单晶高温合金的高温持久性能各向异性

为了研究取向对DD26镍基单晶高温合金持久性能的影响,对实验合金进行了高温蠕变测试.结果表明,持久寿命随取向变化逐渐降低的顺序为:[111]靠近[001]-[111]边界靠近[001][001]-[011]边界[011].靠近[111]取向的试样,由于具有较小的Schmid因子,位错不易开动,所以持久寿命最长.而靠近[001]取向的试样具有较大的Schmid因子,致使可以开动的滑移系最多,所以伸长率最大.靠近[001]-[011]边界和[011]取向的试样在蠕变过程中取向会向[001]-[111]边界旋转,并且较大的旋转造成这些取向的试样具有较短的持久寿命.