K418B和FGH91双合金热等静压扩散连接的动力学模拟研究

采用DICTRA动力学软件和Thermo-Calc热力学软件对K418B铸造高温合金和FGH91镍基粉末高温合金进行热等静压扩散连接动力学模拟研究。主要进行两种不同的高温合金在热等静压扩散连接反应层中的元素互扩散规律模拟计算。利用热力学软件模拟确定两种合金在不同温度下的相分布情况,为成分的确定和温度的选取提供参考。在热力学相分析的基础上,利用动力学软件计算不同温度、不同时间扩散连接界面的元素分布情况,得到界面元素互扩散区宽度随时间和温度变化的增长规律,综合考虑过高温度和保温过长时间增加的设备负担,提出热等静压(Hot iso-static pressing, HIP)扩散连接的优化工艺范围,即连接温度为1 120～1 150 、扩散时间为3～5 h是较合适的扩散连接工艺范围。     

基于电子束热源的钒合金/不锈钢连接技术研究

采用电子束熔化焊、电子束熔-钎焊和电子束阻隔熔化焊方法来实现钒合金与不锈钢异种金属之间的连接。研究发现钒合金与不锈钢连接界面处产生的脆性金属间化合物是影响接头性能的关键因素。采用电子束直接熔化焊时,接头界面会产生贯穿性裂纹导致焊缝直接断裂。电子束熔-钎焊中利用熔化的不锈钢润湿未熔化的钒合金母材,有效控制了液-固界面反应,实现冶金结合。在钒合金与反应区形成厚度20?m的扩散层,在接头中未发现有金属间化合物σ相的产生。电子束熔钎焊接头的抗拉强度达到200 MPa。在电子束阻隔熔化焊中采用Ag作为中间层添加元素,很好地抑制了V/Fe界面的金属间化合物的产生,显著提高了接头性能,接头抗拉强度超过400 MPa。电子束熔-钎焊和阻隔熔化焊得到的钒合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成形良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷。     

钢丝缠绕式重型液压油缸应力和变形分析

为得到钢丝缠绕式重型液压油缸在预应力状态和工作状态的应力和变形分布情况,建立了解析计算模型和有限元数值模型并进行了模拟计算和分析。结果表明:缸体的径向变形是轴向位置的函数,半径方向的应力是径向位置的函数。基于有限元数值模拟结果与解析计算结果在数值和变化趋势上均趋于一致,充分地证明了建模的正确性。基于钢丝缠绕重型油缸的整体有限元分析方法大大地降低了设计计算难度,提高计算结果的准确性,为结构的进一步优化和设计改进提供理论依据。     

基于生死单元法的双辊铸轧过程热-力耦合数值模拟

以二辊160mm×150mm立式铝带实验铸轧机为对象,基于MSC.Marc商用有限元软件及其二次开发接口,引入纯铝固-液两相材料本构模型和界面压力热阻数学模型,建立了双辊铸轧过程热-力耦合非线性有限元模型。采用生死单元法模拟铝液的连续浇入,解决了辊套和铸轧区铝带材间的连续耦合传热问题。通过数值模拟,给出了铸轧速度、浇铸温度、熔池高度等因素对KISS点位置和辊面温度时间历程的影响规律,并对典型工况温度模拟结果进行了实验验证。     

含钒页岩焙烧用回转窑结构优化数值模拟研究

建立含钒页岩焙烧用回转窑的稳态传热数学模型,运用Fluent软件模拟计算等径回转窑内流场和温度分布。在合适位置扩大等径回转窑尾内径,对其窑内流场和温度分布进行模拟计算。在此基础上,分析变径大小和变径位置对窑内温度的影响,得到最优的变径回转窑;然后分析比较等径型与变径型回转窑温度分布特征。结果表明:在相同的工艺条件下,在合适位置变径的变径回转窑焙烧段长度比等径型回转窑的长,有利于提高含钒页岩中各低价态钒的氧化率。     

NiTi形状记忆合金超声波焊接温度场数值计算与分析

NiTi形状记忆合金因具有优异的超弹性、形状记忆效应而被广泛应用。超声波焊接作为一种固相连接技术，在NiTi合金薄片材料的连接方面具有一定的优势，由于超声波焊接方法具有瞬时性且焊接过程十分复杂，所以难以通过试验观察的手段来研究其连接机理。针对NiTi形状记忆合金超声波焊接过程中温度难以监测的问题，采用ANSYS有限元分析软件建立NiTi合金的超声波焊接二维有限元分析模型，探究了超声波振幅对焊接温度场分布的影响规律，搭建热电偶测温平台采集焊接试验过程的温度数据对模型进行验证，结合数值模拟结果，分析了NiTi合金超声波焊接的连接机理。结果表明，焊接温度场与振幅呈正相关，在固定焊接条件下，振幅每增加5 μm，焊接最高温度约提高45℃。经试验测定，模拟结果与试验数据吻合较好，最高温度仅相差4℃，误差不超过最高温度的3%。将试验结果与模拟结果相结合，NiTi合金的超声波过程中铝没有熔化，接头为固相连接。     

高速动车组齿轮箱稳态温度场分析

高速动车组齿轮箱运行时会产生大量的热使其温度场平衡温度升高导致其出现热轴、箱体表面出现裂纹等故障现象,为了获得齿轮箱温度场分布规律,对某型高速动车组齿轮箱进行稳态温度场分析。建立了齿轮箱稳态温度场数学模型并确立了边界条件,通过有限元法对齿轮箱温度场进行数值模拟分析,并与试验结果对比以验证建立模型的可靠性。结果表明:小齿轮两个圆柱滚子轴承处温度最高,出现热轴故障的可能性最大;温度以热源为中心向周围扩散,依次递减;仿真结果与试验结果误差小于3.36%,建立的仿真模型可有效预测齿轮箱温度分布。通过分析获得齿轮箱温度场的分布规律,为齿轮箱故障分析和润滑流道结构改进提供理论依据。     

AlNiFeCuCoCrVx高熵合金的显微组织与力学性能

利用WK-Ⅱ型非自耗真空电弧炉熔炼制备AlNiFeCuCoCrVx(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,原子比)高熵合金,研究了其显微组织和力学性能。结果表明:试验合金的组织均为典型树枝晶结构,由面心立方(FCC)结构固溶体、体心立方(BCC)结构固溶体和金属间化合物相组成,添加钒元素后析出了Fe_2AlV相,该相主要分布于枝晶中;随着钒含量的增加,合金的硬度先增后降再增;添加钒对合金的压缩性能不利,合金的抗压强度随钒含量的增加先降后增再降。     

用CFD方法研究具有通用膜厚方程径向轴承的动压特性

应用CFD软件FLUENT和COMSOL Multiphysics对具有通用径向方程的径向轴承建立有限元模型,并进行了三维数值仿真模拟,得到了动压径向滑动轴承内部的压力场分布,通过编程计算出雷诺边界条件下的承载力及相关参数。比较FLUENT和COMSOL Multiphysics的计算结果与数值分析的计算结果可知,对于具有通用型线方程的非圆弧轴承和圆轴承,FLUENT和COMSOL Multiphysics与数值分析计算的径向轴承动压特性一致,即非圆型线轴承的承载力大于圆弧型轴承的承载力,验证了通用膜厚方程理论的正确性。     

型内孕育硅铁块熔化过程的数值模拟研究

建立了描述硅铁块在型内熔化过程中传输现象的数学模型,在固相、液相和糊状区中的流体流动、热量和溶质传输用统一方程描述,用控制容积差分法耦合求解质量、动量、能量和溶质守恒方程,计算结果与试验结果进行了对比,两者基本一致,表明所建立的数学模型和采用的计算方法能够用于模拟型内孕育硅铁块的熔化过程,实现型内孕育工艺的优化设计。