二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM板瞬态热传导问题

引入二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM结构进行研究,根据热传导理论,从计算传热学的角度,研究第一类加热边界条件下FGM板瞬态温度场问题的有限元算法。采用变分有限元法和有限差分法推导出瞬态热传导有限元基本方程。应用有限元方法,编写计算程序,通过数值计算和分析,研究采用二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM的热力学物性参数时二维FGM金属/金属/陶瓷平板在第一类加热边界条件下瞬态温度场随mx的变化规律。     

对流换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析

用有限元法和有限差分法相结合的方法,分析了由 ZrO₂和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性瞬态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明:在精确计算瞬态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态温度场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态温度场分布均有明显的影响。此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据。     

对流换热边界下梯度功能材料板瞬态热传导有限元分析

用有限元法与有限差分法相结合的方法 ,对处在对流换热边界条件下的梯度功能材料板的瞬态热传导问题进行了分析 ,并且通过由ZrO2 和Ti 6A1 4V组成的梯度功能材料板对本方法的正确性进行了检验 ,最后给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布。数值计算结果表明 :材料组分的分布形状系数M、环境介质温度和对流换热系数的变化对梯度功能材料板的瞬态温度场分布均有明显的影响。本文结果为梯度功能材料的优化设计和进一步的热应力分析提供了理论计算依据。     

孔隙率对金属-FGM-陶瓷复合ECBF板冷却变物性瞬态热应力的影响

功能梯度材料(简称FGM)是一种材料性质非均匀变化的特殊材料。根据热传导问题的基本方程,采用变分有限元法、有限差分法,结合算例,通过数值计算,最终得到冷却边界条件下夹FGM复合板瞬态热应力的分布规律,并主要研究孔隙率变化对FGM复合板瞬态热应力的影响。结果表明:当无限长板不能伸长、只能弯曲时,孔隙率对该变物性材料板瞬态热应力的影响比较显著。     

板坯连铸结晶器内铸坯凝固及变形的热力耦合有限元分析

建立板坯连铸结晶器内凝固坯壳形成及其应力和变形的热力耦合有限元分析模型,采用二维瞬态热传导有限元方法分析温度场,采用二维热弹塑性接触有限元方法计算应力分布。编制了有限元程序,计算分析了三种结晶器锥度、三种拉坯速度和三种保护渣层情况下,结晶器内Q235铸坯凝固坯壳的形成过程。得到凝固坯壳的温度场、厚度、变形、与结晶器壁间的气隙以及应力分布等,得到该三种工艺参数对结果的影响规律。     

对流换热边界下梯度功能材料板瞬态热传导有限元分析

用有限元法与有限差分法相结合的方法，对处在对流换热边界条件下的梯度功能材料板的瞬态热传导问题进行了分析，并且通过对ZrO2和Ti－6Al-4V组成的梯度功能材料板对本方法的正确性进行了检验，最后给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布。数值计算结果表明：材料组成的分布形状系数M、环境介质温度和对流换热系数的变化对梯度功能材料板的瞬态温度场分布有明显的影响。本文结果为梯度功能材料的优化设计和进一步的热应力分析提供了理论计算依据。     

Ti-6AI-4V合金在模拟空间环境下的摩擦学性能

为了明确Ti-6A1—4V合金在空间环境下的摩擦磨损失效行为,本文利用中科院兰州化学物理研究所自主研发的空间摩擦学试验系统对Ti-6A1—4V在三种模拟空间环境（高真空、原子氧和紫外辐照）下的摩擦磨损性能进行了系统的研究。采用SEM和EDS对磨损后Ti-6A1—4V和对偶GCrl5钢球的形貌和元素面分布进行了分析,揭示了Ti-6A1—4V在模拟空间环境下摩擦磨损失效机理。用XPS分析Ti-6A1—4V在原子氧辐照后表面元素价态的变化。结果表明：Ti-6A1—4V在大气条件下的摩擦磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损;在高真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理为较严重的粘着磨损、磨粒磨损和塑性变形;相比于大气条件下,Ti-6A1—4V在高真空、原子氧和紫外辐照条件下的粘着磨损加剧,摩擦因数增加;Ti-6A1—4V在原子氧辐照后表面发生了氧化。     

双向梯度复合材料板瞬态热应力分析

该文通过编写一种8节点高阶双向梯度单元建立了结构的连续梯度有限元模型,采用细观力学方法结合混合律准则描述了双向梯度单元变化的热物理属性。分别采用有限单元-有限差分法和有限单元法分析了在循环热载荷作用下双向梯度板Al 1100/Ti-6Al-4V/ZrO2的瞬态热传导和热弹性问题,给出了温度场和瞬态热应力场的时间响应历程和空间分布形式。最后讨论了相关参数的影响规律,得到了一些重要的结论:冷却阶段更加容易萌生表面裂纹;沿x方向组分的分布形式影响了瞬态热应力的大小,但对其时间响应和分布形式影响很小;沿y方向组分的分布形式影响了瞬态热应力的时间响应和分布形式,但对其大小影响很小。     

梯度功能材料薄板瞬态热弹性弯曲有限元分析

用层合板有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的新型梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力问题,并对本方法的正确性进行了检验。讨论了加热、 冷却热边界条件以及两种力学边界条件(固支和简支)对梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力分布的影响。发现：(1) 在加热过程中,简支板低温金属侧出现较大压应力;在冷却过程中,简支板高温陶瓷侧出现较大拉应力; 且其拉、压应力会随着板上、下表面温差的增大而增大。(2) 无论是简支板还是固支板, 在冷却过程中,沿整个厚度板内部压应力均较大。(3) 在本文的相同条件下,固支板比简支板更适合高温、大温差的使用环境。     

梯度功能材料薄板瞬态势弹性弯曲有限元分析

用层合板有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的新型梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力问题,并对本方法的正确性进行了检验。讨论了加热、冷却热边界条件以及两种力学边界条件（固支和简支）对梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应中国科学院分布的影响,发现：（1）在加热过程中,简支板低温金属侧出现较大压应力;在冷却过程中,简支板高温陶瓷侧出现较大拉应力;且其拉、压应力会随着板上、下表面温差的增大而增大。（2）无论简支板还是固支板,在冷却过程中,沿整个厚度板内部压应力均较大。（3）在本文的相同条件下,固支板比简支板更适合高温、大温差的使用环境。     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面行为的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响。结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC／C／Ti-6A1-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC／Ti-6A1—4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC／C／Ti-6A1—4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行。     

非均质材料瞬态热传导的时域自适应等效分析

为实现非均质材料瞬态热传导的时域自适应等效分析,提出了一种分析线性非均质材料瞬态热传导的等效模型,用来预测等效性能并评估宏观温度场的等效行为;基于时域自适应算法,将瞬态热传导方程在时段上展开,结合渐进展开均匀化技术,得到递推格式的等效热传导方程,再利用有限元方法得到等效瞬态温度场求解模型.在实现等效分析的计算中,可通过自适应计算避免时段大小变化时可能出现的计算误差.通过数值算例,将等效分析的计算结果与基于ANSYS的有限元非均质解进行了比较,结果是令人满意的.     

谐波热作用下墙体温度场的解析解

超长结构设计时应分析墙体温度场变化产生的温度应力,以控制温度作用墙体产生裂缝.针对谐波热作用下的单层墙,采取变量分离法求解第一类边界条件下的热传导微分方程,得到单层墙温度场的解析表达式.以此为基础,采用两层墙接触面处温度和热流相等的基本假设,推导了谐波热作用下第一类和第三类边界条件时多层墙温度场的解析解,为墙体温度应力分析和裂缝控制提供了理论基础.利用推导的墙体温度场计算公式,对外墙外保温墙体的温度场进行了分析和研究.     

Winkler-Pasternak弹性地基FGM梁自由振动二维弹性解

基于二维线弹性理论,建立Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度(Functionally Graded Material,FGM)梁自由振动控制微分方程。假设材料物性沿梁厚度方向按幂律分布,采用微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM)数值求解4种不同边界FGM梁自由振动无量纲频率特性。将计算结果与Winkler-Pasternak弹性地基梁对比表明,该分析方法对弹性地基梁自由振动研究行之有效,并考虑边界条件、梯度指数、跨厚比、地基系数对FGM梁自振频率影响。     

热磁耦合下淬火考虑相变的温度场有限元分析

外加磁场淬火的温度场分布模拟是一个新的领域，研究了比热容在居里温度附近的突变，建立了外加磁场淬火时瞬态温度场和相变计算的数学模型；建立了包含磁场作用的热传导方程；建立了统一的有限元基本方程，得到热磁耦合作用下瞬态温度场的分布，并进行了测试。结果表明：外加磁场淬火后，冷却速度减小，冷却曲线变缓；工件的硬度略有上升。     

7A04铝合金构件深冷处理过程瞬态温度场的数值模拟

建立了7A04铝合金构件深冷处理过程瞬态温度场的有限元模型,对7A04铝合金材料在低温状态下的若干物性参数进行了实验研究,并运用温度场反算法分别得到了铝合金试件与低温（热）介质之间的传热系数。运用ABAQUS6．5有限元软件,对7A04铝合金构件瞬态温度场的数值结果表明,在淬火、深冷与上坡淬火过程中,构件上端部位存在很陡峭的温度梯度。     

换热边界下梯度功能材料板瞬态热应力研究

用有限元和辛普生法,研究了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的梯度功能材料板的瞬态热应力问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的瞬态热应力场分布.结果表明:材料组分的分布形状系数M、对流换热系数和环境介质温度的变化对该材料板的瞬态热应力场分布均有明显的影响;在本研究相同条件下,该材料无限自由长板在金属和陶瓷附近板内为压应力,而在板中部为拉应力.此结果为该材料的设计制备提供了准确的理论计算依据.     

圆柱体工件高压气淬过程中的数值模拟

利用导热微分方程和单值性条件推导了轴对称短圆柱体温度分布的通用数学微分方程,可计算工件上任意点的温度和任意时间的温度分布;采用伽辽金(Galerkin)加权余量法推导了二维轴对称圆柱体瞬态温度场的有限元计算的积分方程;采用大型有限元计算软件ANSYS对5Cr1MoV轴对称实心圆柱体工件淬火过程的温度变化及热应力/应变分布状况进行了模拟计算.     

带台阶厚壁管类工件水淬的计算机模拟

本文以金属淬火冷却过程的连续过冷沸腾换热理论为基础,利用热分析和热结构耦合分析的有限元算法,以有限元分析软件ANSYS为分析工具,对45钢带台阶厚壁管类工件水淬过程进了计算机模拟,得到瞬态温度场、瞬态应力场以及残余应力场分布,并对计算结果进行分析.     

钛合金锥形件温热剪旋热力耦合有限元模拟

成形过程中的温度场变化对钛合金锥形件温热剪旋成功与否,以及产品的精度影响很大.在数值模拟时叠加符合实际的热源边界条件显得非常重要.针对TC4钛合金锥形件建立了三维热力耦合有限元模型,在有限元模拟过程中叠加了火焰加热边界条件.计算了成形过程中工件和芯轴上温度场的分布情况.所建立的有限元模型更加符合实际工况,模拟结果更加真实可靠.