基于CA法的金属材料内裂纹模型研究

根据金属材料内部缺陷(空洞/裂纹)控制预报和修复的重要性以及当前裂纹修复工作的研究现状,对修复性研究过程中常见的内裂纹制作方式进行综述。针对目前裂纹修复模拟研究工作的不足,比较了分子动力学法和元胞自动机(CA)法的差异。在二维介观尺度的CA模型基础上,提出金属材料内缺陷修复模拟的新思路和方向。基于Microsoft Visual C++编程平台,建立了CA模型条件下3种不同的内裂纹形式(即晶内、沿晶和穿晶微裂纹),且进一步模拟了动态再结晶条件下穿晶裂纹的愈合过程,得到了较为合理的理论修复结果。     

钛纳米颗粒熔化行为的分子动力学模拟研究

分子动力学常被用来模拟金属粉末3D打印过程中的颗粒熔化过程,了解颗粒的熔化行为对研究打印过程有重要意义。采用嵌入式原子势模型,在相同加热速率下,对块体Ti和不同尺寸的球型Ti纳米颗粒系统进行模拟研究。结果表明:Ti纳米颗粒的熔化温度低于块体Ti,并且随着颗粒尺寸的增加,熔化温度也在增大,这意味着尺寸在纳米颗粒熔化过程中起着重要作用。     

7050铝合金热塑性变形流变应力和组织演变的研究

借助Gleeble-1500热模拟试验机对7050铝合金在不同应变速率、变形温度和压下率下进行镦粗试验,获得了在250、325℃、400、475℃变形温度下变形速率分别为0.01、0.1、1、10s-1的真应力-真应变曲线,进而分析了热塑性变形条件对该合金流变应力的影响。结果表明:变形温度越低、应变速率越高,流变应力越大,变形初始阶段流变应力随变形量增加而增大,达到极限值后进入近似稳态流变。与金相实验和光学显微镜观察试验方法相结合,研究了7050铝合金的高温热塑性变形条件下微观组织的演变规律;与压力加工原理相结合,分析了热塑性变形过程中变形参数和组织演变的关系。结果表明:通过改变变形温度、压下率和压下速率能有效改变动态再结晶组织体积分数和动态再结晶晶粒尺寸,压下率对该合金动态再结晶的影响较明显,不同温度下开始动态再结晶对应的变形量不同。     

大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术

提出能够模拟大锻件空洞型缺陷演化和微观组织演变等控性指标的数值模拟方法。基于典型体元模型建立空洞体积变化与宏观应力应变场关系的数学模型,以图从多尺度角度揭示宏观的塑性变形及其应力状态对随机分布的微小空洞的体积变化影响规律。将该模型与有限元法集成,当锻件内任意一点有空洞型缺陷(给定缺陷体积百分比)时,能够模拟得到成形过程中空洞型缺陷的体积变化,从而可被用来评估含缩孔缩松缺陷材料的压实状态。采用元胞自动机方法建立一种转子钢的微观组织演变模拟方法,根据"应变—位错密度—动态再结晶—流动应力"之间的宏微观相互影响规律,模拟出动态再结晶晶粒尺寸和完成分数。将这些模型与热力耦合有限元法相结合,构造大锻件控性锻造过程的数值模拟技术。根据大锻件增量成形的变形特点开发基于刚性区自由度凝聚技术的快速有限元法,从而为大锻件成形的工艺优化提供有效的计算工具。     

元胞自动机法在裂纹愈合模拟中的应用

运用元胞自动机(CA)法,通过计算机编程建立了包含内部微裂纹的元胞自动机模型,结合金属材料学基本原理和动态再结晶理论,模拟了动态再结晶条件下的裂纹愈合过程。通过研究不同因素对裂纹愈合的影响,获得了不同参数(如应变速率、应变量等)下的裂纹愈合规律,阐明了裂纹的分段愈合特征,模拟结果与现有实验研究结果相吻合。     

环向缠绕混杂碳／玻纤维复合材料气瓶最优混杂比有限元分析

压缩天然气（CNG）复合材料气瓶主要应用于航空航天领域,因为传统的CNG复合材料气瓶安全问题日益突出,因此,把纤维混杂法应用到CNG气瓶已成为一种趋势．以CNG2型气瓶为例,运用ANSYS软件建立了与实际工况相一致的碳／玻混杂纤维缠绕气瓶有限元分析模型,通过数值模拟和仿真分析,在获得碳／玻混杂纤维的当量厚度比的基础上,最终确定了两种纤维的最优混杂比．     

顺序共注成型芯层熔体前沿突破的数值模拟研究

基于Hele-Shaw流动模型，运用CAE技术，模拟了聚合物流变性能及重要工艺参数对顺序共注成型芯层熔体前沿突破过程的影响，并用流变学理论揭示其影响机理。     

基于修正的Gurson模型预报大锻件内部空洞型缺陷的演化

Gurson模型要求材料的静水应力或等效应变无穷大时才能实现材料内部的空洞闭合,而这一条件并不符合实际情况。文章对Gurson模型中的各参数进行了试验设计,通过开发子程序,对不同试验参数下的空洞体积变化过程进行了模拟仿真,据此获得了修正的Gurson模型参数,从而将其应用于大锻件锻造过程的空洞体积变化模拟中。结果表明,修正后的Gurson模型给出的空洞体积变化率,与直接设置空洞的有限元模拟结果很接近,从而大大改善了空洞闭合的预报结果。     

7050铝合金内部沿晶微裂纹热塑性修复的元胞自动机模拟

根据7050铝合金单道次热压缩变形实验数据,对建立微裂纹修复的元胞自动机(CA)模型所需相关参数进行辨识和计算。利用Microsoft Visual C++平台编制了包含拓扑变形机制、位错密度演变机制、动态再结晶动力学机制的沿晶微裂纹热塑性修复的微观组织CA演化规则。针对裂纹表面和母相晶界的不同特征,提出再结晶过程中表面能和晶界能驱动下不同的晶粒长大方式。CA模拟结果表明:一定条件下的热塑性变形和动态再结晶可完全修复材料内部微裂纹,且裂纹愈合过程中出现的分段愈合特征与实验结果相吻合,但裂纹愈合的形貌演化取决于裂纹形态、裂纹表面形核率和形核位置、新晶粒长大方向与速度。     

气辅共挤成型界面不稳定的数值模拟研究

提出全新的气辅共挤成型工艺,基于气辅共挤成型特点建立了理论模型,通过数值模拟系统研究聚合物流变性能和工艺参数对气辅共挤成型界面不稳定性的影响规律,揭示其影响机理。研究表明,随着高粘层熔体与低粘层熔体粘度比的增大,或温度比和速度比的减小,界面不稳定性均会加剧,气辅共挤成型粘度比比传统共挤成型可调范围宽。