半固态AlSi4Mg2铝合金稳态流变性能的理论研究

在Chen-Fan模型中关于微观结构与宏观流动论述的基础上,对其模型中有关于解聚率、碰撞率的表达式进行科学的修改并在以下两个方面得到改进(解聚率为零时,表观黏度不为零,没有物理意义的参量)。并将此新的半固态金属浆料的本构模型用于半固态AlSi4Mg2铝合金的稳态研究。研究表明表观黏度与有效固相体积分数、剪切速率的关系与文献的实验数据相吻合,达到了预期的效果。     

半固态AZ91D合金暂态流变特性的研究

文中以Chen-Fan模型为基础对其表达式中关于解聚率和碰撞率的表达式做出符合实际的修改,并将修改后的模型应用于半固态AZ91D镁合金暂态过程的研究。首先将半固态A Z91D镁合金浆料静置一段时间后,分别从浆料中各固相粒子之间发生聚合和解聚两个方面观察其处于暂态过程时的表观黏度变化。然后通过研究发现当再次施加某一剪切速率时,半固态浆料的表观黏度值会急剧下降直至稳定到某一固定数值,表现出典型的剪切变稀即触变性。这对于半固态金属浆料的充型十分重要。     

考虑剪切速率及温度影响的气油两相流本构方程

针对目前关于气油两相流本构方程的研究仅限于极低剪切速率范围,且均没有考虑温度影响的现状,构建气油两相流的制备装置,提出基于图像分析的气油两相流含气率的测定方法,通过Physica MCR 101旋转式流变仪测试不同温度及含气率下较宽剪切速率范围内气油两相流的流变特性,考察剪切速率、温度及含气率对气油两相流流变特性的影响规律,给出适用于不同剪切速率及温度范围的CD15W/40润滑油气油两相流的黏度模型及本构方程。结果表明,在同一剪切速率下,气油两相流的剪切变稀性质随着温度的升高而减弱,随着含气率的增加而增强。气油两相流含气率对其黏度的影响与剪切速率有关,随着含气率的增加,气油两相流的黏度在较低剪切速率下增加,但在较高剪切速率下减小。     

Al-Fe基合金的半固态压缩变形特性

Al-Fe基合金具有较好的耐热性,但力学性能差.利用半固态成形技术制备该合金,可以有效地提高合金的力学性能,使该合金具备应用价值.由于合金的半固态成形工艺与它在半固态条件下的变形行为密切相关,因此,系统地研究Al-Fe基合金半固态条件下的压缩变形行为,可以为该合金的半固态成形工艺制定提供依据.采用INSTRON-5500R型电子万能试验机进行压缩变形试验,研究不同变形速率、变形程度以及变形温度,对电磁搅拌的Al-Fe基合金在半固态条件下,真实应力与真实应变的变化规律.试验结果表明:变形速率不同时,随着变形速率的增加,变形抗力增加;变形程度不同时,随着变形程度的增加,合金的总应变增加,试样中心部位的晶粒尺寸有减小的趋势且液相比例明显减少,而试样的边缘则变化不明显;变形温度不同时,真实应力的峰值随变形温度的降低而急剧增大,稳态应力变化则较小,中心部位的晶粒尺寸随着变形温度的降低而减小,液相比例也随之减少.     

航天轴承润滑油黏温特性及流变特性试验分析

采用MCR302旋转流变仪测量了航天润滑油4116,4129的动力黏度和流变参数,绘制出黏温曲线图并确定其Vogel黏温模型,同时探讨了润滑油的剪应力和黏度随剪切速率的变化关系以及复数黏度和损耗模量随扫描频率的变化特性。结果表明:4116的黏温性能优于4129,在低剪切速率时,润滑油的剪应力随剪切速率呈线性增加,而黏度随剪切速率的增加却保持不变;随着扫描频率的增加,损耗模量逐渐增大,复数黏度出现小幅度缓慢降低。     

液固温区A356合金瞬态流变行为的研究

采用自行研制的流变装置进行瞬态流变试验,研究了切应变速率突变对液固温区不同初生α相形态A356合金瞬态流变行为的影响规律。初生α相形态是以切应变速率为141.8s-1的等温剪切获得的不同程度的退化枝晶。研究表明,等温剪切过程将使半固态合金的初生α相逐渐退化,表现为表观粘度逐渐降低直至达到平衡态。对试验结果进行回归分析,得出表观粘度与时间的瞬态流变经验方程,以及方程参数与半固态合金初生α相形态和切应变速率之间的关系。由研究结果可知,随着初生α相形态由发达枝晶向球状晶变化,半固态合金剪切稀释或伪塑性越显著,同时对时间具有更加强烈的依从性,从而具有更明显的触变性。     

硅油基磁流变液的制备及其特性

采用羰基铁粉和甲基硅油为主要原料,制备了不同密度的磁流变液;研究了磁流变液的密度与饱和磁化强度的关系,对不同密度试样的流变性能进行了测试.结果表明:试样的饱和磁化强度随密度的增加线性增加;在零外磁场作用下,试样的剪切应力同样随剪切速率的增加而线性增加,粘度随剪切速率的增加而降低,属于非牛顿流体;试样的屈服强度随外磁场强度的增加而快速增大.     

考虑磁场的磁流变效应Bingham建模

作为可控智能材料,磁流变体在车辆减振器、发动机悬置等减振领域应用日趋广泛。磁流变效应表现为在磁场作用下,磁流变体的剪切屈服应力将显著增长,从液态转变为半固态。通过考虑磁场条件下的磁流变效应 Bingham建模,研究了不同激励电流和剪切速率条件下磁流变体的轴对称环状间隙流动。同时,研究不同间隙宽度、不同粘度和不同剪切速率条件下,阻尼力随激励电流的变化关系。     

温湿环境反对称铺设圆柱壳结构的双稳态模型与变形调控研究

针对双稳态复合材料结构在使用过程中会受到周围环境影响的问题,对作为一种新型双稳态复合材料结构的反对称铺设圆柱壳进行了温度和湿度影响下的双稳态模型研究。基于经典层合板理论和最小势能原理,建立了温度和湿度影响的双稳态理论模型,预测了反对称铺设圆柱壳结构的第一稳态扭曲率、第二稳态主曲率和扭曲率在温度和湿度影响下的变化情况。同时,采用有限元软件ABAQUS模拟得到了在不同温湿环境下突变过程(Snap-through过程)的载荷—位移曲线、主曲率和扭曲率变化情况。理论和模拟结果均表明:两个稳态的扭曲率随温度或吸湿率的增加而增加,第二稳态主曲率和稳态转变载荷受吸湿率的影响较小,但受温度的影响较大。此外,验证了一种通过改变温度和吸湿率来调控两个稳态扭曲率的方法的可行性。     

电子封装跨尺度凸点结构Sn3.0Ag0.5Cu/Cu微互连焊点界面IMC生长与演化及力学行为的尺寸效应

针对目前无铅电子封装中主流应用的Sn3.0Ag0.5Cu钎料,研究了其直径为600～60μm的焊球在开孔型Cu基底(焊盘)上260℃恒温回流不同时间(10～300s)形成跨尺度凸点结构Sn3.0Ag0.5Cu/Cu微互连焊点时界面金属间化合物(IMC)的生长与演化行为,以及跨尺度微焊点的剪切性能与断裂行为。研究结果表明,焊球直径大于200μm时焊点界面IMC生长速率随其尺寸减小而增大,而焊球直径小于200μm时焊点界面IMC生长速率随焊球直径减小呈减小趋势。对微焊点界面显微组织演化的分析表明,界面IMC的粗化生长过程随回流时间延长依次经历了奥斯瓦尔德熟化生长及晶粒吸附与晶界迁移生长两个阶段,且其生长阶段的转变随焊点尺寸减小而更早发生。准静态剪切加载条件下的试验结果表明,微焊点强度随其尺寸减小而增加,而恒温回流时间增加时(10～300 s)同尺寸微焊点的剪切强度并未出现明显变化,但回流时间对大尺寸焊点剪切断裂位置有明显影响。     

电子封装跨尺度凸点结构Sn3.0Ag0.5Cu/Cu微互连焊点界面IMC生长与演化及力学行为的尺寸效应

针对目前无铅电子封装中主流应用的Sn3.0Ag0.5Cu钎料,研究了其直径为600～60μm的焊球在开孔型Cu基底(焊盘)上260℃恒温回流不同时间(10～300s)形成跨尺度凸点结构Sn3.0Ag0.5Cu/Cu微互连焊点时界面金属间化合物(IMC)的生长与演化行为,以及跨尺度微焊点的剪切性能与断裂行为。研究结果表明,焊球直径大于200μm时焊点界面IMC生长速率随其尺寸减小而增大,而焊球直径小于200μm时焊点界面IMC生长速率随焊球直径减小呈减小趋势。对微焊点界面显微组织演化的分析表明,界面IMC的粗化生长过程随回流时间延长依次经历了奥斯瓦尔德熟化生长及晶粒吸附与晶界迁移生长两个阶段,且其生长阶段的转变随焊点尺寸减小而更早发生。准静态剪切加载条件下的试验结果表明,微焊点强度随其尺寸减小而增加,而恒温回流时间增加时(10～300 s)同尺寸微焊点的剪切强度并未出现明显变化,但回流时间对大尺寸焊点剪切断裂位置有明显影响。     

不同温度下TiB_2/2024Al复合材料的高应变速率剪切行为

采用改进的分离式Hopkinson拉杆试验装置和新设计的帽形剪切试样,研究了混合盐法制备的TiB_2/2024Al复合材料在不同温度(25,150,300,450℃)下的高应变速率(动态)剪切行为,并观察了复合材料的剪切断口形貌。结果表明:不同温度下,复合材料的动态名义剪切应力-剪切应变曲线相似,变形初期剪切应力随剪切应变的增大而增大,当剪切应变超过一定值时,曲线呈稳态流变特征;随着温度的升高,复合材料的剪切强度降低而断裂应变增大;复合材料剪切断口主要呈金属撕裂棱和韧窝形貌,局部有熔铝带存在,部分TiB_2颗粒上出现裂纹,随着温度的升高,断口中孔洞的数量增加,尺寸增大。     

基于分子动力学的密封副润湿特性对泄漏量影响研究

在微纳尺度下的间隙密封中,流体流经不同润湿特性的界面时固液交界处会产生不同程度的边界滑移,进而影响其流动状态及泄漏量。为深入研究密封副润湿特性与泄漏量关系,基于分子动力学原理,建立间隙密封模型,模拟在不同润湿性的壁面上,以不同壁面运动速度剪切下表层水分子的边界滑移及其单向泄漏情况。研究结果:表明壁面上的最大剪应力随壁面运动速度的提高呈线性增加,在高速的剪切作用下,亲水性壁面上依然会产生轻微的边界滑移;随着剪切速率的增加,滑移长度与泄漏量趋于稳定;在实际生产中通常剪切速率较小,剪应力不足以引起边界滑移,水分子易吸附于壁面之上导致更大的泄漏量,因此在低剪切速率下,壁面润湿性对于单向剪切泄漏的影响很小;而在剪切速率较高时,润湿性较差的壁面上泄漏更小,因此可以通过在密封表面采用疏水涂层处理以达到更好的密封效果。     

絮凝污泥悬浮液流变性质研究

研究了某污泥悬浮体系经絮凝处理后的流变行为.絮凝剂为800万分子量的非离子型聚丙烯酰胺,流变参数测定仪器为美国Brookfield公司的DVIII 型流变仪.实验结果表明:悬浮体系的表观粘度随着污泥浓度的增加而增大,两者关系符合爱因斯坦多项式;絮凝污泥属于非牛顿流体,具有剪切变稀的特性,剪切应力与剪切速率的关系可用Herschel-Bulk模型描述;随体系固体浓度的增大,屈服应力τ0及稠度系数k增大,流动指数n下降,并且结合絮凝与流变学理论简要分析了实验结果的机理.     

过共晶Al-Si合金半固态触变成形本构方程

通过对过共晶Al-20Si-3Fe-1Mn-4Cu-1Mg合金进行半固态单向压缩热模拟试验,研究变形温度为833 K、853 K 、873 K,应变速率为0.1 s–1、0.01 s–1、0.001 s–1的半固态触变成形行为。试验结果表明,变形抗力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而增大。对试验得到的真实应力应变曲线进行分析,提出将不同真应变范围的半固态触变成形过程划分为类弹性变形、应变硬化和流变-黏塑性变形阶段的新方法,并分阶段建立半固态触变本构方程,采用多元回归得到各阶段的本构方程表达式。所建半固态触变本构方程与试验曲线的比较结果表明,大多数相关系数均在0.95以上,相伴概率均小于0.001,说明根据所建本构方程计算得到的真应力-真应变曲线与试验曲线吻合良好,所建本构方程有意义且具有较高的精度,能够体现出该合金半固态触变过程变形行为,可以将其应用于过共晶Al-20Si-3Fe-1Mn-4Cu-1Mg合金半固态触变成形过程的数值模拟。     

高应变速率下两种损伤容限型钛合金的动态压缩变形行为

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置在1 000~8 000s-1应变速率范围内分别对TC4-DT和TC21两种损伤容限型钛合金进行了动态压缩试验,并利用扫描电子显微镜和光学显微镜观察了其断口形貌和显微组织。结果表明:两种钛合金都表现出一定的应变速率增强、增塑效应,在相同应变速率下TC21钛合金的流变应力要比TC4-DT钛合金的大;两种钛合金均表现为剪切破坏,断口上均交替分布着韧窝区和平滑区,与TC21钛合金相比,在相同的应变速率下TC4-DT钛合金的韧窝数量更多,延伸得更长;TC21钛合金中没有明显的绝热剪切带,而TC4-DT钛合金中有明显的绝热剪切带,其宽度随应变速率的增加而增大,同时沿剪切带方向还伴随着裂纹的萌生、扩展和聚合。     

个体眼模型的横向色差随外置光阑偏心和视场的变化

为了研究外界因素,如人工光阑偏心和轴外物点所引入人眼横向色差的变化规律,构建了个体眼模型。由角膜地形图计算了8只人眼视轴与光轴的夹角。依据实际测得的角膜地形图数据、人眼波像差、眼轴数据以及计算的视轴与光轴间夹角,运用ZEMAX光学设计软件构建了考虑视轴方向的个体化眼模型。基于这些眼模型,研究了外置人工光阑相对视轴偏移在中心凹附近所引入的横向色差变化规律,讨论了在420～700nm边缘横向色差随入射视场角的变化规律。研究表明,横向色差随人工光阑的偏移量线性增加,增加的速率为5.46～5.95(′)/mm,平均值为5.7(′)/mm,但8只人眼存在一定的个体差异。在鼻侧和颞侧20°视场范围内,8只人眼的横向色差平均以0.36(′)/(°)的速率随视场角增加而增加,不同个体的增长速率有所差别,变化范围为0.32～0.44(′)/(°)。另外,横向色差在长波段的变化要比短波段处缓慢。由于横向色差随外置光阑偏移和视场有较大的增长,因此,在视网膜成像系统和现代头盔系统的设计中应当考虑横向色差的影响。     

磁场作用下羰基铁粉磁流变液的剪切特性

使用流变仪在不同磁感应强度(0~0.86T)、不同剪切速率(100~1 000s~(-1))下测得羰基铁粉磁流变液的剪切应力和表观黏度,分析了其剪切性能,并通过拟合得到了剪切应力和磁感应强度的定量关系。结果表明:在相同的磁感应强度下,随着剪切速率的增加,该磁流变液的剪切应力缓慢增大,表观黏度成指数下降;该磁流变液的黏度变化符合Herschel-Bulkley模型,磁感应强度越大,其剪切稀化效应越明显;当磁感应强度分别在0~0.23T,0.45~0.65T范围内时,剪切应力和磁感应强度之间均存在指数关系,指数值分别为1.50,0.57,当磁感应强度在0.23~0.45T范围内时,剪切应力随磁感应强度的增加呈线性增大。     

基于流固耦合气体轴承-转子系统的动态特性分析

机床切削过程中所受的切削力可假设为稳态力和动态扰动力的合力,为探究以气体轴承作为支承的电主轴系统的动态特性,以正弦波作为动态扰动加载形式,提出采用简谐激励法与双向流固耦合数值模拟相结合的方法对气体轴承-转子系统的简化模型进行动态特性研究;对动刚度和阻尼系数进行辨识,并通过模态分析获得转子不同稳态力下系统振型及固有频率变化规律。研究结果表明：随稳态力的增加,下径向轴承的Kyy增长速率大于Kxx,而交叉刚度和交叉阻尼均几乎不变;下径向轴承的主刚度大于交叉刚度,主阻尼大于交叉阻尼;当稳态力为50~200 N时,转子下端y向偏移均随动态扰动力频率的增加呈现先增大后减小的趋势;系统的共振频率随稳态力的增大而增大。     

水蒸气润滑螺旋槽干气密封性能分析

水蒸气润滑干气密封是一类特殊的干气密封,端面的润滑气体为水蒸气。为了研究水蒸气润滑干气密封的性能,采用无限窄槽理论,并采用RK方程来表达水蒸气的实际气体的行为。对螺旋槽的气膜压力控制方程进行了修正,分析水蒸气润滑干气密封的开启力、气膜刚度、泄漏率、气膜摩擦力矩和热平衡气膜厚度。结果表明:低压时,泄漏率随膜厚增加先减小再增加,中高压时,泄漏率随膜厚增加而增加,实际气体行为对泄漏率的影响较大;摩擦力矩随膜厚增加而减小,实际气体行为对摩擦力矩无影响;当温度为300℃,压力为0.5 MPa时,在常见的工作膜厚范围内,剪切发热速率始终大于膨胀吸热速率,不能获得热量平衡膜厚,压力为2和5 MPa时,实际气体的热量平衡膜厚均小于理想气体,两者相差分别为0.886%和2.932%。