基于有限体积模拟的模锻优化设计

在锻造等金属大变形的工艺设计中,相关参数的确定很大程度上依赖于经验公式,而有限元法在金属大变形过程数值模拟中有明显的局限性,且模拟结果难以验证。本文基于有限体积法模拟了一典型开式模锻过程,并在通用经验值允许的范围内,根据模拟结果调整工艺设计中的参数设置,有效避免了一种锻件常见缺陷。通过分析变形过程特定时段的变形区形状、分流面的变化及变形力分布曲线,结合相关塑性理论验证了模拟结果的正确性,实现了工艺优化设计。研究证明理论预测与数值模拟相“拟合”的方法可以代替实验用于指导生产实践。     

二维复合材料微结构的力学响应计算

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的“性能导向型”设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义。利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现二维复合材料微结构的细观应力响应计算。     

锥形凸台成形的一种叠加滑移线场力学模型

分析了锥形凸台在不同体积成形工艺中的成形机理，基于模块化思想将锥形凸台的成形过程划分为挤压成形与角部充满两个特征时段；将上述两个特征时段的滑移线场力学模型有机联结，构建了锥形凸台成形过程的一种叠加滑移线场力学模型；介绍了叠加滑移线场力学模型的应力场与变形力的求解方法。该模型丰富了金属体积成形过程的特征单元库，可套用于局部成形的应力场与变形力求解，实现局部成形的模具优化设计。     

颗粒增强复合材料微结构的数值模拟与虚拟失效

利用材料微观组织结构仿真软件ProDesign生成的颗粒增强复合材料微结构样本,包含大量的Voronoi晶粒与椭球颗粒,被用于模拟真实的复合材料微结构,以研究各向异性与局域性对复合材料微结构力学性能的影响。通过对商业有限元软件ABAQUS的二次开发实现对颗粒增强复合材料微结构细观应力的数值计算。计算机模拟试验证实,增强相颗粒与基体材料的刚度不匹配以及材料微结构组成物取向的局部各向异性,对复合材料结构弱点的分布具有决定性的作用。同时,该计算试验结果对于评估微裂纹的启裂、扩展,预测复合材料微结构材料损伤后的材料性能,推演微结构"虚拟失效行为"亦具有十分重要的意义。     

NTK300型风电机组主轴疲劳断裂失效分析

随着风电机组服役时间的逐年增长,早期投产的风电机组陆续出现主轴的疲劳断裂事故。本文结合国内某风电场的NTK300风电机组主轴断裂问题,对断裂主轴进行宏观和微观断口分析,结果表明:风电机组主轴在额定工况载荷作用下,虽工作应力水平较低,应力集中不明显,但长期服役后仍可能发生疲劳断裂。同时,通过有限元分析发现,额定工况载荷作用下的主轴在断裂位置处应力分布相对集中。通过主轴高周疲劳断面SEM图片的对比发现,主轴在断裂位置的轴向截面应力分布梯度与某一时刻疲劳裂纹萌生和扩张的方向基本一致。     

风电齿轮箱行星齿轮疲劳断裂失效分析

研究了825 kW风电机组齿轮箱运行5年后出现行星齿轮疲劳断裂的问题。通过对断裂齿轮进行化学成分、显微组织、宏微观断口分析以及力学性能、断裂韧性检测的试验分析,查明齿轮发生疲劳断裂的原因。结果表明：行星齿轮的断裂是多源疲劳裂纹萌生和扩展行为,齿轮内圈沟槽存在初始加工缺陷,负载较大时出现应力集中;齿轮的表面与心部硬度的离散性较大说明存在热处理与表面渗碳等工艺问题;此外长期满负荷运行和过载冲击加速了疲劳裂纹的扩展,导致齿轮箱疲劳寿命降低。     

钛合金微结构力学计算与虚拟失效分析

利用电子背散射衍射(EBSD)及OIM分析系统描述钛合金复合材料微观组织结构的金相形貌与晶体学取向,通过对复合材料微结构的模块化与可视化设计,模拟钛合金复合材料微观组织结构代表性体积单元.在此基础上,利用有限元法对钛合金微结构进行细观力学响应的数值计算,根据计算结果,识别"材料结构弱点",评估微裂纹的启裂、扩展,预测材料微结构内材料损伤后的性能,推演"微结构虚拟失效"行为.     

热交换平衡法确定热模锻中模具的温度场

应用有限元软件Msc．Marc_AutoForge对圆柱体的热模锻过程进行模拟，得到了模具的瞬态温度场。在多次热模锻过程的求解中，提出热交换平衡法计算出每次模锻过程的模具冷却时间，并求出20次热模锻过程中模具的温度场进行对比，为进一步对模具进行热力耦合分析提供了新思路。     

二维材料微结构设计与数值模拟软件系统

为了实现二维多元多相异质体材料微观组织结构的"性能导向型"设计、材料微结构的细观力学计算与虚拟失效分析,以平面Voronoi算法为基础, 通过Visual C+ +程序设计并结合OpenGL工具集,开发出用于微结构模块化、可视化设计的材料微观组织结构仿真软件ProDesign.基于该软件构造出二维多晶体与多晶体基复合材料类微结构,采用C语言与Python脚本混合编程的方式,实现微结构在ABAQUS/CAE中的有限元建模,并对模型进行细观力学响应的数值计算与微应力统计分析.最后根据计算结果预测微结构的材料性能,识别"材料结构弱点",评估平面微裂纹的启裂、扩展,推演微结构"虚拟失效行为".     

多晶体材料构件的跨尺度仿真计算

为进行多晶体材料构件宏观一细观跨尺度相结合的研究,设计"宏观试验仿真计算"与"细观微结构仿真计算"相结合的研究方案,开发以Voronoi增量式外存算法为基础的仿真软件ProDesign,结合C语言程序开发与OpenGL图形软件包绘图,实现三维多晶体材料微结构的可视化仿真;在此基础上,运用多种计算机语言混合编程、商业有限...