稀土元素铈对钢中非金属夹杂物改性和腐蚀影响的第一性原理研究

通过原位腐蚀观察和基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从微观角度研究了稀土元素铈（Ce）对J5不锈钢中夹杂物的改性和夹杂物诱导腐蚀的机理。采用扫描电子显微镜与能谱分析了稀土元素Ce改性夹杂物的过程中夹杂物成分和类型的变化,观察到的代表夹杂物为CeAlO₃?Ce₂O₂S、Ce₂O₃?Ce₂O₂S、MnS等。根据形成能计算,经稀土元素Ce处理后,生成了稳定的Ce₂O₃、Ce₂O₂S、CeAlO₃夹杂物。通过表面能判断了晶面的稳定性,Fe(100)-2面的表面能经收敛测得为2.4374 J·m?2,该晶面的功函数为4.7352 eV。通过对比夹杂物与钢基体的功函数与计算电势差,分析了不同含Ce夹杂物诱导点蚀的趋势,探讨了不同原子位置、原子数量和不同slab模型对功函数的影响。研究表明,与Fe (100)-2面的电子功函数相比,MnS以及改性后3种夹杂物CeS、Ce₂O₃和Ce₂O₂S电势差大多小于0,CeAlO₃的电势差在0 eV左右。夹杂物不同晶面对功函数影响很大,O、S等非金属原子数量多的晶面功函数平均值较高,添加稀土元素Ce可以有效降低晶面功函数。5种夹杂物和钢基体的平均功函数大小顺序为CeAlO₃>Fe>MnS>CeS>Ce₂O₂S>Ce₂O₃。结合不锈钢中复合夹杂物的实验结果可知,Ce₂O₃诱导点蚀发生的概率最高,CeAlO₃可以有效提高钢的耐腐蚀能。      

纳米孪晶立方氮化硼机械研磨机理研究

为了将新型超硬纳米孪晶立方氮化硼(nt-c BN)材料制备成能够实现铁基金属材料,特别是硬度较高材料的精密及超精密切削刀具,针对机械研磨方法,从理论和试验角度分别对纳米孪晶立方氮化硼材料的机械研磨机理进行了研究。对纳米孪晶立方氮化硼材料动态脆塑转变临界研磨深度进行了理论分析及试验验证;基于临界研磨深度,实现了对该材料的塑性域精细研磨;利用理论计算及原子力显微镜表面检测结果,针对研磨后塑性沟槽深度及宽度,分析了研磨过程中塑性沟槽形成机理。研究结果表明,纳米孪晶立方氮化硼材料动态脆塑转变临界研磨深度为23.9 nm;使用0.5μm金刚石研磨颗粒研磨材料表面粗糙度达到1.99 nm,PV值77.05 nm;研磨塑性沟槽深度理论最小值2.25 nm,与试验结果相吻合;研磨塑性沟槽宽度为固定、游离研磨颗粒共同作用的结果,宽度保持在亚微米级。因此,纳米孪晶立方氮化硼材料具有较好的可加工性,采用机械研磨方法能够实现较高精度表面的高效率加工。     

电磁搅拌作用下电流强度对结晶器内液面波动的影响

以某钢厂准ф250 mm连铸圆坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用电磁—流体单相耦合的方式及流体体积函数VOF模型,建立描述结晶器电磁搅拌作用下液面波动的数学模型,研究电磁搅拌作用下电流对液面波动的影响。结果表明,,随着电磁搅拌强度增强,液面波动变得剧烈,甚至出现卷渣现象。卷渣现象可通过调整搅拌器安装位置,或者调整浸入式水口深度改善。     

基于神经网络-模糊PID的轧机非线性扭振智能控制

针对轧机传动系统扭振控制问题,建立含间隙非线性的轧机系统动力学模型。考虑到轧机扭振模型的非线性和参数不易测量的特点,提出神经网络和模糊PID相结合的控制器设计方法,以模糊PID为主体,通过引入神经网络改变模糊隶属度函数的中心值和宽度,最终得到最佳PID参数。设计神经网络-模糊PID智能控制器,并利用实际轧机参数与经典双闭环控制系统进行对比仿真。仿真结果表明所设计的智能控制系统对轧机传动系统扭振的抑制作用明显优于经典双闭环控制系统。     

一种平面冗余机器人总性能最优的实时控制方法

提出了驱动集中布置概念冗余度机器人的结构设计方法,根据机器人逆运动学提出了基于加权M-P伪逆的预设空间降维法,并对加权矩阵进行了数值分析,通过改变加权矩阵对角线上元素的值进而改变瞬时速度,来改变各个关节角度的摆动幅度。对平面4R冗余机器人进行了动力学分析,将总能量、总力矩和总时间作为优化目标,利用粒子群优化方法对这三个指标同时进行优化,得到冗余度机器人总性能最优时的运动结束时间。进行了样机试制,实验结果证明所提方法可行。     

AZ31B镁合金薄板热拉伸显微组织试验研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机、金相显微镜和扫描电镜,研究AZ31B镁合金在不同变形条件下的微观组织和断口形貌特点,并且研究了该合金在不同变形条件下的变形机理。结果表明,AZ31B镁合金在温度200℃以下时,不会发生动态再结晶,其机理主要为晶内变形。当变形温度达到200℃,在较高的应变速率时,原始晶粒仍然存在,且被拉长,此时的变形机理应为晶内变形;而在应变速率较低时,原始晶粒的晶界变为锯齿形,出现了极小的再结晶晶粒。当变形温度达到300℃时,在较高的应变速率下,发生了不充分的再结晶,部分原始晶粒仍然存在,且被拉长;而在应变速率较低时,再结晶充分进行,且晶粒有长大的趋势。在较低的应变速率时,随着温度的升高,断口由无韧窝或者韧窝浅而少的特征,逐渐发展为典型的延性韧窝聚合型断裂的特征,在高温时,甚至发展为沿晶断裂模式;在变形温度为200℃和300℃时,随着应变速率的增大,沿晶断裂形貌消失,韧窝聚合型延性断裂逐渐受到抑制,最后在较高的应变速率时,断口呈现出解理这一晶内断裂的典型特征。     

平整机轧制力控制系统辨识研究

对平整机轧制力控制系统的组成和动态特性进行了分析,建立了轧制力控制系统的数学模型。采用小波分析对原始信号趋势项进行了提取,对数据进行小波多尺度分析,在不引起信号失真的基础上,滤掉大部分噪声信号,获得了适合系统辨识的数据。以1500平整机为例应用最小二乘法对轧制力控制系统进行辨识,并对辨识结果进行了验证。     

基于离散元法的固体颗粒介质传力特性研究

固体颗粒介质成形工艺是采用固体颗粒介质代替刚性凸模(凹模)的作用,对金属板料、管材拉深胀形的先进工艺,在复杂零件精密成形、难加工材料成形、温热成形等方面具有独特优势.为揭示该工艺中固体颗粒介质的传力特性,采用离散元法(Discrete/distinct element method,DEM)数值模拟固体颗粒介质在单轴压缩下的受力过程,从力链角度分析固体颗粒介质在压缩过程中细观结构的变化规律,并以直径1mm不锈钢球为传力介质,自行设计颗粒介质传力性能试验,数值模拟结果与实测值吻合较好.研究发现颗粒配位数与体积份额呈幂函数关系,侧压系数与压应力亦呈幂函数关系,且当内部力链结构趋于稳定时,侧压系数趋于定值.应用散体力学研究方法推导出固体颗粒介质压力衰减规律,进而得到介质传力极限距离,这对如何准确控制成形中颗粒介质压力分布,提高加工工件的成形性能具有重要意义.     

径向精密锻造机V字锥形锤砧锻造分析及数值模拟

为改善精密锻造机锻造轴类件横向性能,设计一种新型锤砧——V字锥形锤砧,即在普通锤砧定径区两侧的主工作斜面上堆焊开口相反的两个V字锥形突起。对V字锥形下端的金属流动情况及坯料子午面与横截面上的变形进行分析,运用DEFORM软件对普通锤砧锻造与V字锥形锤砧锻造进行数值模拟,比较选定的5个横截面上典型点的应力应变,结果表明:使用V字锥形锤砧锻造,增加了金属的横向流动性,变形区的等效应变等效应力增大;减小了变形差异程度,横截面上各点的变形差异程度减小30%以上;改善了轴线心部的应力状态,中心点的轴向拉应力减小50%。生产实践表明,使用V字锥形锤砧替代普通锤砧锻造芯轴,有效提高了锻件的力学性能。