自然对流条件下柱状晶/等轴晶转变过程模拟

建立了耦合流场、浓度场、温度场的CA-LBM模型,采用该模型再现了合金在自然对流条件下柱状晶向等轴晶的转变过程,并与无对流条件下的凝固组织作对比,研究了自然对流对温度场和CET转变的影响。结果表明:自然对流促进了热的输运,加速了凝固进程,使柱状晶向等轴晶的转变提前,有细化晶粒的作用。     

等轴球晶凝固多相体系内热溶质对流、补缩流及晶粒运动的数值模拟Ⅱ.模型的应用

利用等轴球晶三相凝固模型模拟了A356铝合金半固态浆料冷却斜槽法制备过程,研究了晶粒密度、尺寸及固相分数的分布与工艺参数的关系．结果表明,在斜槽浇注处晶粒形核密度最大,在斜槽末端晶粒尺寸、固相分数最大,在铸型中这三者的最终分布大致均匀．适当降低浇注温度有助于提高斜槽上形核密度和固相分数及降低晶粒尺寸．此外,还模拟了热溶质对流及补缩流在Al-4％CU（质量分数）合金等轴球晶凝固过程所起的作用,以及晶粒运动及补缩流对合金自由表面和宏观偏析形成的影响．结果表明,凝固初期热对流及补缩流为主导,凝固中期热溶质对流为主导,凝固后期补缩流为主导;晶粒运动受阻程度直接影响自由表面形状,补缩流考虑与否导致完全不同的宏观偏析图．实验测得晶粒尺寸与模拟结果分布较相似,但其绝对值存在较大差异．     

等轴球晶凝固多相体系内热溶质对流、补缩流及晶粒运动的数值模拟Ⅰ.三相流模型

基于Eulerian-Eulerian方法和体积元平均技术,建立了模拟等轴球品凝固过程的液、固、气三相流模型．液、固两相处理成相互分离、相互扩散的介质,气相与液、固两相只存在热量及动量的相互作用,三相（凝固前）作为自由流体共享一个统一的压力场．分别求解三相的质量、动量、溶质、热焓守恒方程;相间的热量交换和摩擦拖拽以及液／固界面上的溶质再分配和凝固潜热释放,通过定义对应守恒方程的源项和交换项而加以考虑;另外,单独求解一个晶粒密度守恒方程．晶粒的形核生长（相变）也加以模型化并体现在对应的源项中,模型中所用的密度定义为溶质与温度的函数,因此可综合考虑热溶质对流、晶粒运动及凝固收缩所引起的补缩流动．凝固过程的体积收缩及补缩流动将体现在气／液自由表面的波动上．     

铝合金凝固过程柱状晶向等轴晶转变的研究

研究分析了不同保温温度、冷却水温等条件对铝合金等轴晶形核率、柱状晶形核率、柱状晶向等轴晶转变(CET)位置的影响规律.试验结果表明:降低保温温度、升高冷却水温,会增大等轴晶区的面积；降低冷却水温、降低保温温度会增大铸件柱状晶和等轴晶的形核率.还根据获得的CET位置实验结果,讨论了国内外文献提出的CET位置判据对本研究的适用性,并针对本文的实验条件,提出了具有更高预测精度的CET转变判据.     

钢锭中柱状晶向等轴晶区域转变的机理

<正> 本文研究开发了柱状晶区域向等轴晶区域转变的新理论。本文提出,枝晶生长的前端成长为自由晶;由于自然对流,这些结晶在熔融的液体中生长。这些自由晶迅速长大或迅速增加的话,则将会随着凝固的前沿阻止柱状晶的生产。铸型的冷却速度和凝固工艺的动力学决定了自由晶的生长速度。根据理论推定,冷却速度愈快,转变愈容易完成。本文还将上述情     

点焊电极压力对2A21铝合金微观组织中柱状晶和等轴细晶的影响

研究不同焊接电极压力对酸洗和未酸洗的2A21铝合金试样的拉剪强度和点焊接头微观组织的影响。结果表明,经过酸洗的试样焊后无表面裂纹,而未酸洗的试样焊后焊点质量较差,存在表面裂纹;焊接压力0.24MPa、焊接时间110ms、焊接电流18kA时,焊点成形状况最佳,且熔核直径随电极压力的增大而减小,此时,柱状晶及大量的等轴细晶弥散分布,拉剪屈服强度最大。     

点焊电极压力对2A21铝合金微观组织中柱状晶和等轴细晶的影响

研究不同焊接电极压力对酸洗和未酸洗的2A21铝合金试样的拉剪强度和点焊接头微观组织的影响。结果表明,经过酸洗的试样焊后无表面裂纹,而未酸洗的试样焊后焊点质量较差,存在表面裂纹;焊接压力0.24MPa、焊接时间110ms、焊接电流18kA时,焊点成形状况最佳,且熔核直径随电极压力的增大而减小,此时,柱状晶及大量的等轴细晶弥散分布,拉剪屈服强度最大。     

基于位错演化模型纳米晶块体材料晶粒的演变

利用试验及数值仿真方法研究了工业纯铝在等径角挤压变形过程中晶粒的尺寸变化。数值仿真过程引入位错演化模型,对纯铝等径角挤压过程中晶粒尺寸的演化进行了模拟。研究结果表明,基于位错演化模型,经4道次剪切变形仿真后纯铝出现纳米级晶粒。数值仿真结果与试验对比显示,两者结果一致,说明利用数值仿真可以预测等径角挤压块体材料晶粒尺寸的演变过程。     

考虑界面法向速度变化所导致的界面非等溶质特性的自由枝晶生长模型（英文）

在同时考虑溶质偏析的界面法向速度依赖性与局域非平衡溶质扩散的情况下,建立一个扩展的自由枝晶生长模型。与假设等溶质界面的枝晶生长模型的预测相比,从溶质枝晶到热枝晶的转变发生在更高的过冷度,即溶质控制生长发生在更宽的过冷度区域。在高过冷度区域,从热控制生长模式到纯热控制生长模式的转变没有等溶质模型所预测的急剧,而是发生在一定范围的过冷度区域。这是由于溶质偏析的界面法向速度依赖性与局域非平衡溶质扩散这两个因素共同作用的结果。模型测试表明:本模型能够对现有Ni-0.7%B(摩尔分数)合金的实验数据给出满意的描述。     

粉末热等静压的离散元-有限元混合模拟

为了从微观角度仿真热等静压成形过程中粉末颗粒的变形情况,提出使用离散元和有限元混合方法建立热等静压成形的仿真模型。编写了粉末颗粒的随机填充算法,完成了包套内粉末颗粒的填充。使用上述模型,对包套内不同位置的粉末颗粒的变形情况、颗粒间孔隙消失的演化过程和成形后零件表面的形貌进行了仿真,并与已有试验结果进行了对比。仿真结果表明,包套中心的颗粒变形较小,大部分孔隙是在成形达到稳定状态之前消除的,热等静压成形零件的表面形貌主要是在达到稳定状态前形成的。离散元-有限元混合模拟可以反映热等静压成形中颗粒重排和塑性变形阶段的粉末颗粒变形。     

基于元胞自动机法的等轴枝晶生长数值模拟

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个等轴枝晶的生长模型.采用元胞自动机(cellular automata)方法模拟了枝晶生长、界面扰动和分枝的竞争演化.对液相中的溶质传输进行了计算.通过模拟发现,凝同过程中溶质容易富集在枝晶臂之间,同时,随着凝固时间的延长,界面前沿的溶质浓度梯度逐渐下降.     

同时考虑界面非等温特性和对流影响的二元合金自由枝晶生长模型

在同时考虑界面非等温性质以及强制对流影响的情况下,提出二元合金的扩展自由枝晶生长模型.模型对比表明:由于溶质扩散系数通常比热扩散系数小3个数量级,当低过冷时,对流对溶质扩散的影响比其对热扩散的影响更强烈.当高过冷时,对流对枝晶生长的影响很小.此外,本模型能够对现有Cu70Ni30合金实验数据给出一致的描述,特别是在低过...     

基于等轴拉伸试验的丙烯酸橡胶的黏超弹性模型及分析

丙烯酸橡胶常用来制作电活性聚合物驱动器。基于双轴拉伸试验,提出一种丙烯酸橡胶弹性体的黏超弹性本构模型,运用应变能函数和Prony级数描述弹性体双轴拉伸状态下的大应变时变响应特性。通过拟合双轴拉伸试验数据,得出二阶Odgen超弹性模型参数及三阶Prony级数系数,并运用有限元分析软件ABAQUS对双轴拉伸松弛试验进行仿真分析,验证了该模型的有效性。     

基于人工神经网络的超细晶纯钛热变形本构模型研究

对等通道转角挤压(ECAP)制备的超细晶纯钛,在温度为250~450 ℃、应变速率为10_-5~1s_-1的条件下进行热压缩实验。基于真应力和真应变实验数据,分别使用人工神经网络(ANN)和Arrhenius方程建立超细晶纯钛的热变形本构模型,研究其热变形行为。实验结果表明：在变形初期,流变应力随应变的增大而升高,随后趋于平缓,最终流变应力达到一个稳定值。人工神经网络训练和预测结果表明：人工神经网络最佳结构为3×12×1,人工神经网络模型预测的平均相对误差(AARE)为2.1%,相关系数(R)为0.9979,Arrhenius方程模型预测的AARE为11.54%,R为0.9464。即人工神经网络模型能够更加精确的描述超细晶纯钛的本构关系。通过对比不同温度下两种模型的误差,人工神经网络模型在高温条件下具有更好的稳定性。     

基于BP神经网络的镁合金晶粒尺寸及流变应力模型

通过等温压缩试验研究了热变形条件对AZ61B镁合金再结晶晶粒尺寸及其流变应力的影响,并采用人工神经网络方法分别建立了动态再结晶晶粒尺寸及流变应力的模型。利用反向传播算法对网络进行试探性训练研究,得到了最佳参数。结果表明,所建立的网络模型具有优良的性能,能精确预测AZ61B合金热变形条件下的再结晶晶粒尺寸及流变应力。     

Al—Cu合金等轴枝晶组织形成的模拟及计算机可视化

通过解用热焓法处理结晶潜热的二维不稳定热传导方程模拟凝固温度场,利用连续形核模型和枝晶尖端生长的动力学模型,即KGT模型模拟Al-4%Cu合金等轴晶的形成,将凝固温度场的模拟和晶粒组织形成的模拟相耦合,计算了该合金的凝固等轴晶组织特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并在计算机上实现了晶粒形成过程的可视化;与实验结果进行比较表明,模拟结果与实验结果基本吻合。     

等轴组织α-β钛合金热变形微观组织的表征(英文)

研究等轴组织TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)合金在两相区980～800℃温度范围和应变速率0.001s-1,0.01s-1,0.1s-1条件下的热变形行为和微观组织演变。分析热力模拟参数对应力—应变曲线和微观组织演变的影响。并采用电子背散射衍射(EBSD)技术测试表征变形组织的晶界特征。研究结果表明:在980℃变形时,β相是主要变形相,发生了不连续动态再结晶;同时,α相经历了变形促进下的聚集粗化(低应变速率)和溶解(高应变速率)的过程,即α相含量和晶粒尺寸随着应变速率的加快而明显减小。在950～900℃,0.001s-1应变速率的条件下发生超塑性变形时,变形主要集中在软的β相,以及相界和晶界处。在850℃时,α相是主变形相,变形微观组织的演变机理是α相的连续动态再结晶,β相起晶界协调变形的作用。     

基于高斯混合-隐马尔可夫模型的特种设备敲击检测

通过设计金属构件的敲击检测试验,研究分析了敲击信号的频谱特征,并对利用语音识别技术识别金属材料内部缺陷的可能性进行了验证。结果表明,缺陷的存在会导致敲击信号的频谱向低频段移动或频率主峰发生分裂,利用敲击信号的MFCC(梅尔频率倒谱系数)特征参数构建的GMM-HMM(高斯混合-隐马尔可夫模型)可有效识别出不同类别的缺陷试件,但识别结果易受到噪声影响;经二元信息融合+噪声泛化算法改进后的GMM-HMM在强烈噪声干扰下(10 dB信噪比)仍具有较高的识别率,且在敲击声信号融合权重为0.6时识别率达到最优(99.3%)。