激光熔化沉积参数对316L单道几何特征的影响

激光熔化沉积(lasermelting deposition,LMD)是一种先进的金属增材制造技术,具有成形速度快、无模具制造、多轴操作系统和多余粉末可有效回收等特点。但是沉积过程中会出现成形质量不良的现象,导致LMD零件致密度下降,疲劳性能降低。为了提高316L奥氏体不锈钢LMD零件的致密度与疲劳力学性能,针对LMD单道沉积工艺过程,开展实验研究分析不同工艺参数下对单道沉积几何特征的影响。本文使用316L奥氏体不锈钢粉末在激光熔化沉积设备上进行相应的工艺研究,探索了激光功率与扫描速度对单道沉积几何特征的影响。通过对工艺参数与各几何特征进行回归分析,建立了回归模型,并确立了工艺参数对几何特征的影响规律。该工作为后续316L激光熔化沉积零件疲劳实验试样的制备提供基础与参数指导。     

激光熔化沉积高合金钢疲劳裂纹扩展研究

为了研究激光熔化沉积高性能合金钢构件的疲劳问题,采用扩展有限元法和直接循环分析相结合的方法,进行了典型件疲劳裂纹扩展路径的分析, 并进行了剩余寿命的预测。通过中心裂纹拉伸(CCT)试样的疲劳试验获得了材料Paris公式中的参量,并将其用于有限元模拟中。同时,分别运用有限元模拟方法和试验方法研究了CCT、紧凑拉伸-剪切试样的裂纹扩展过程。结果表明, 有限元法得到的裂纹扩展路径和疲劳寿命与试验结果吻合良好,其中裂纹扩展路径偏转角的误差在16.54%以内,疲劳寿命的误差在2.72%以内。该方法可以较好地预测激光熔化沉积高合金钢构件的疲劳裂纹扩展路径和剩余疲劳寿命,具有一定的工程意义。     

碳纤维缠绕复合气瓶爆破压力的有限元分析

本文主要采用有限元法分析复合气瓶的爆破,按最大应力准则和最大应变准则预测爆破压力,并与《DOT CFFC》标准规定的最小爆破压力进行比较,计算误差百分比,由误差百分比分析得出,按最大应变准则预测爆破压力较为接近最小爆破压力,对工程实践有较大的指导意义。     

复合材料螺旋缠绕圆筒壳轴向压缩性能有限元分析

本文利用ANSYS有限元软件建立了带有和不带有端部加强层的复合材料螺旋缠绕圆筒壳有限元模型,分析了在一定的压缩载荷和不同缠绕角度下这两种圆筒壳的轴压模量,研究了带有端部加强层圆筒壳的径向位移和层间剪应力分布规律并预测了其破坏形式。     

高压筒体大直径双开孔补强分析及优化设计

针对工程上高压容器筒体大开孔产生较大应力集中的问题,以某高压容器筒体开大直径双孔结构为研究对象,采用应力集中系数K表征开孔对筒体造成强度削弱的程度,基于有限元方法分析了圆角半径、3个无量纲参数(开孔率d/D、接管与筒体厚度比t/T、筒体径厚比D/T)、接管间角度α和中心距L对应力集中系数K的影响。并按照GB/T 150.3—2011中分析法初步设计厚壁接管补强结构,进行响应面优化分析得到最优方案,在满足强度要求的情况下,实现了设备质量的减轻。结果表明：开孔率d/D>0.6时,需要考虑双开孔对应力集中的叠加作用;接管排布角度在30°～90°之间会在一定程度增大应力集中;厚壁接管结构中,筒体厚度T及接管补强段厚度t对应力集中影响程度较大。本研究得到了各参数对应力集中的定量化影响规律,可为大开孔接管设计与排布提供参考依据。     

TC17钛合金单双面激光冲击残余应力分布研究

为了探明双向钛合金TC17在单双面激光冲击强化下残余应力分布特征，采用数值分析方法研究了单双面冲击下残余应力分布规律。结果表明，单面冲击稳定后会在冲击对面产生拉应力，在冲击表面产生压应力，双面同时冲击时一部分残余压应力抵消了拉应力，同时又由于应力波的叠加和削弱作用，导致残余应力水平下降；单面激光冲击强化获得的x方向和y方向的最大残余应力分别为336.709MPa和337.011MPa，而双面同时激光冲击强化在两个方向均为326.401MPa；单面冲击会由于拉应力的产生而不利于抑制裂纹；双面同时冲击时试件两面的残余应力分布基本一致，双面顺序冲击时先冲击面残余应力要高于后冲击面；有限大试件需考虑冲击波的横向传播对残余应力的影响。该结果对单双面激光冲击强化的残余应力分布规律研究具有一定的指导意义。     

基于DIGIMAT的碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的力学性能

为准确预测不同编织工艺参数下编织复合材料的等效弹性性能,拓宽碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的应用领域。建立了考虑随纤维路经产生扭结缺陷的二维三轴编织复合材料的代表性体积单元(RVE),并基于平均场均匀化方法,利用DIGIMAT预测复合材料的等效弹性模量,分析不同编织角对编织复合材料等效工程常数的影响规律;其次基于强度失效准则,预测编织复合材料在单轴拉伸加载情况下的力学性能;最后通过数值模拟获得编织复合材料RVE的应力与应变。结果表明：预测的编织参数对等效工程常数的影响规律与试验测量一致,获得的应力、应变可为进一步研究其损伤破坏行为提供参考。     

微通道内预混乙烯-空气火焰传播和流通特性

基于Fluent 软件，对乙烯-空气预混火焰在四种不同狭缝管道阻火器中的传播以及正常情况下乙烯-空气预混气体通过每种狭缝阻火器的压力降进行了数值模拟研究，对比分析了不同狭缝管道阻火器的阻火性能，并以微圆狭缝为例，分析了狭缝内火焰传播特性。模拟结果表明，火焰在微圆狭缝传播过程中呈现“指尖”状，会发生滞留现象，随后沿着狭缝轴线方向继续向前传播，但在平板狭缝、三角形狭缝和菱形狭缝内未发生此现象。对于微圆狭缝，厚度为100 mm 的阻火单元也无法阻火；对于平板狭缝或三角形狭缝，厚度为30 mm 的阻火单元可成功阻火；对于菱形狭缝，厚度为10 mm 的阻火单元便可成功阻火。在成功阻火且阻火单元数相同的情况下，平板狭缝压力损失最小，菱形狭缝压力损失远大于三角形狭缝和平板狭缝。     

囊式蓄能器橡胶球囊屈曲失稳变形研究

囊式蓄能器工作时以压缩橡胶球囊内部气体的形式储存能量和稳定压力变化。基于理想气体状态方程和Mooney-Rivlin超弹本构方程,采用线性摄动和显式动力分析方法对囊式蓄能器流体腔有限元模型依次进行了特征值屈曲分析和非线性后屈曲分析。结果发现：在均布液压载荷作用下,橡胶球囊出现了3个凹坑的变形形态,与实验中出现的变形一致,表明产生3个凹坑变形原因是橡胶球囊发生了屈曲失稳;显式动力分析方法解决了橡胶大变形存在的计算收敛差、计算效率低等问题,为橡胶材料三维实体模型大变形模拟提供了一个良好的仿真方法;橡胶球囊流体腔模型腔体体积与腔内压力呈近似反比例关系,与理想气体绝热方程吻合,表明采用流体腔模拟橡胶球囊内部气体腔具有可靠性。     

基于弹塑性分析的局部过度应变评定方法及其应用

在弹塑性分析法中，防止局部过度应变失效的评定是压力容器分析设计中不可缺少的一环。首先阐述了采用弹塑性分析法评定局部过度应变的理论基础；然后以筒体正交接管为例，详细阐释了应用弹塑性分析法评定局部过度应变的两种流程。结果表明，在进行局部过度应变评定时，应根据容器或元件加载时是一次加载或多次加载的情况，分别选择相对应的方法进行评定。相比于传统的弹性应力分析设计方法，弹塑性分析法能够得到压力容器结构中更精确的应力应变分布状况。