[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]注射成形熔体喷射的三维模拟及消除对策研究

为了探寻塑料注射成形过程中熔体喷射的消除对策，采用高精度离散格式追踪熔体流动前沿，基于有限体积法离散控制方程，发展了三维数值算法。与实验结果对比发现：所发展算法能有效模拟壁厚为4 mm的长方体型腔内的两种喷射演化模式以及厚壁型腔内的熔体喷射及其演化过程；小壁厚型腔内熔体的屈曲呈二维折叠演化，厚壁型腔内熔体的屈曲呈三维缠绕演化；重力对厚壁型腔内的喷射演化产生影响。通过增大剪切速率即改变熔体流动速度大小或者流动方向能有效消除或抑制喷射现象，并且用两个数值算例论证了该观点。     

纤维材料动态热机械性能分析方法的研究

目前,由于夹具的限制,动态热机械分析仪难以对纤维样品进行测试。本文利用DMA 8000动态热机械分析仪对纤维材料进行分析,从夹持方式、预加张力、夹持距离、升温速率等方面对测试结果的影响因素进行了研究。试验结果表明,为了保证纤维样品夹持的稳定性、控制测试精度在2℃以内,需使用铝箔对纤维进行前处理,预加张力控制在0.25～0.45 cN/dtex,样品的夹持距离为10 mm,升温速率设置为2℃/min。     

锡石多金属硫化矿微波助磨试验研究

本文以广西某选矿厂锡石多金属硫化矿矿石为原料,研究了微波预处理对矿石磨矿产物粒度组成、磨矿动力学、破碎速率及磨机生产能力的影响。结果表明,微波预处理后,矿石在不同磨矿时间下的磨矿产物粒度均变细,-0.074mm粒级含量提高了4.41%~12.90%；微波预处理前后该矿石磨矿均符合一级磨矿动力学模型；微波预处理使矿石的破碎速率(S₁)值提高近57%,且磨机的生产能力得到了明显提升。因此,微波预处理可以降低矿石的强度,强化矿石的磨矿过程,是一种有效的降低磨矿能耗、提高磨矿效率的方法。     

铝合金铸件定向凝固过程的数值模拟

为了研究铝合金定向凝固组织的变化规律，采用有限元软件ProCAST对Al Si Cu合金定向凝固过程进行模拟,分析了不同浇注温度和抽拉速率对铸件定向凝固过程中的温度梯度、固液界面前沿、糊状区宽度、枝晶生长速率和二次枝晶臂间距的影响。结果表明，当浇注温度越高时，温度梯度越大，而固液界面前沿下凹越小，糊状区宽度也越窄，从而越有利于顺序凝固的发生；随着抽拉速率的增大，枝晶生长速率先增大后减小,当抽拉速率为200 μm/s时，最大生长速度达到0.093 mm/s，铸件凝固组织最佳；当抽拉速率大于300或小于200 μm/s时，都会导致枝晶生长速率缓慢，枝晶生长不平稳，二次枝晶臂粗大。对模拟得到较优的工艺参数进行试验验证，可以制备出具有较好力学性能的铸件。     

铌对管线钢奥氏体分解的影响

为了研究铌对管线钢奥氏体分解的影响规律,采用激光超声波技术对低Nb钢和高Nb钢的原始晶粒生长行为进行测量,并对不同冷却速率、钢中不同Nb状态(固溶或析出)和不同奥氏体晶粒尺寸下的试样进行了光学金相和显微硬度检测,研究了在连续冷却过程中奥氏体晶粒尺寸、冷却速率和Nb状态的函数关系。结果表明, Nb的溶解对奥氏体分解有很强的影响,其抑制了贝氏显微组织细化的转变温度,增加了HAZ粗晶区的硬度,特别是在大奥氏体晶粒尺寸及钢中Nb含量较高的情况下,其影响效果更加明显。     

乙酸丁酯合成工艺的热安全性研究

为了探究正丁醇在浓硫酸的催化作用下与乙酸酐反应合成乙酸丁酯工艺的热危险性,采用差示扫描量热仪研究了正丁醇、乙酸酐和乙酸丁酯的热分解情况,并采用反应量热仪分别探究工艺温度、乙酸酐滴加速率和搅拌速率对合成反应放热的影响。结果表明,正丁醇、乙酸酐和乙酸丁酯升温扫描阶段均表现为吸热过程,起始温度依次为117.9,139.4,127.2℃。在工艺优化过程中,增加加料时间、升高工艺温度或增加搅拌速率,均能够降低反应在热失控条件下达到的最大温度和最大热累计度,增加反应的安全性以及提高反应热转化率。     

最低点火温度条件下煤粉自燃特性试验研究

火电厂及煤化工行业中需要将原煤加工成煤粉,煤粉在制备及输送过程中具有粒度小、环境温度高和供氧条件充分等特点,易发生自燃现象。最低点火温度Tm指在一定条件下煤粉能够发生自燃的最低环境温度,是衡量煤粉自燃危险性的重要参数。因此,研究煤粉在最低点火温度下的自燃特性参数及热动力学行为,对了解在最低点火温度时煤粉自燃行为、建立相应的预警机制具有重要意义。以3种不同变质程度的煤粉(张家卯弱黏煤ZJM、兖州气煤YZ和长治贫瘦煤CZ)为研究对象,采用油浴程序控温试验装置对煤样自燃特性进行测试,确定了3种煤粉的Tm和延迟点火时间ti;得出最低点火温度下各煤样耗氧速率、CO及C2H4产生量的变化规律;采用热动力学分析方法计算了3种煤粉的表观活化能。试验结果表明:①ZJM、YZ和CZ煤粉的最低点火温度分别为120、130、164℃,随变质程度的增加而增加;煤的变质程度越高,内部活性基团数量越少,自燃需要热量更多,导致高变质程度煤的最低点火温度较高;3种煤粉在最低点火温度处的延迟点火时间均约为20 min。②耗氧速率呈现出先增加后缓慢减少的趋势,在试验后期由于氧气浓度较低,引起煤粉氧化反应强度降低,最终导致耗氧速率出现缓慢下降;最低点火温度处的CO产生量随时间呈现出先升高后降低趋势,当煤粉温度约120℃时,产生C2H4。③最低点火温度处ZJM、YZ和CZ煤粉的表观活化能分别为24.33、29.50和18.67 kJ/mol,其中变质程度最高的CZ煤粉的表观活化能低于另外2个煤样,这表明高变质程度煤样的最低点火温度高,初期氧化反应速率较高。     

3Cr2MnNiMo钢锻件等向性的有限元模拟研究

利用三维热力耦合有限元模型,对3Cr2MnNiMo钢锻造过程中锻件的温度场、应力场以及等效应变场进行了分析,预测了变形过程中的金属流动规律。通过对3Cr2MnNiMo钢进行热力模拟试验,获得该钢的高温热变形抗力,确定了其高温本构模型,并提出了采用方向累积变形功衡量锻件等向性的方法,对不同锻造方式锻件的等向性进行了分析。结果表明,采用热力耦合的方法分析不同的锻造过程,能反应锻造过程的基本特征,对减少生产成本,改善锻件成型质量具有重要意义。在有限元模拟条件下,采用方向累积变形功衡量锻件等向性符合实际,对优化锻造工艺有较好的指导作用。     

双螺杆中啮合块、螺杆元件混合过程及混合性能的研究

以双螺杆挤出机中的啮合块、螺杆元件作为研究对象,对其混合过程及混合性能进行研究,分析物料与添加剂的相互运动及变化过程。利用网格重叠技术和Ployflow软件对啮合块、螺杆元件的混合性能进行仿真,研究螺杆元件及不同转速下啮合块对应流体区域内的最大剪切应力,粒子在流体区域内的停留时间分布、分布指数、分离尺度等。结果表明:在啮合块流道内的混合过程中,啮合区域的两种粒子进行分布混合,其他区域的粒子在轴向运动到第2片啮合块时开始被带入啮合区,与另一种粒子进行分布混合;在相同转速下,啮合块的混合性能优于螺杆元件,随着转速的提高,啮合块的分散混合性能逐渐增强。     

低压环境下航空电缆材料燃烧特性的研究

在高高原实验室(61 kPa、4 290 m)和广汉实验室(96 kPa、520 m),分别开展常低压条件下FXL型航空电缆的对比燃烧实验。通过热辐射加热箱、烟密度及成分测试仪和氧指数仪等设备,测量点燃时间、烟密度、质量损失速率和CO、CO2及O2等浓度变化。实验结果表明:在96 kPa和61 kPa两种实验环境下,低压下最小点燃时间及温度的数值更大,两者的温度和时间差分别为15℃和4.8 s;烟密度曲线快速升高后趋于平衡,61 kPa条件下的发烟量小于96 kPa;O2体积浓度随着加热时间先下降后升高,而CO2的变化趋势相反。在61 kPa条件下,CO曲线会出现双峰现象且更明显;随着氧浓度增加,质量损失速率加快且呈线性关系;压力因素对燃烧影响减弱且燃烧持续时间差值变小。研究结果揭示了低压环境对航空电缆的燃烧影响,为增强航空安全提供参考。