铝熔体在多孔介财中的渗流过程

在流体流动相似原理的基础上，提出了铝熔体在多孔介南间隙中渗流模拟的原理和方法。设计建造了用于铝液和模拟液在外加压国下进行单向渗流的两套试验装置。     

基于ANSYS软件对SiCp/A1(ZL102)复合材料铸造渗流过程多孔介质结构的有限元处理

采用统计平均的方法描述多孔介质微观结构的影响,根据多孔介质的连续介质模型及有限元方法对多孔介质内的铝液的渗流行为进行数值模拟,给出了可视化的瞬态温度场分布,并且初步预测了不同时刻的渗流有效高度.     

粘度不同的液态铝低压渗流过程的模拟试验研究

本文根据相似原理对粘度不同的液态铝在多孔介质中的低压向上渗流过程进行了模拟试验研究。试验表明，渗流液面以平面沿铅垂方向推进，并满足次方根规律；某一时刻ｔ的雷诺数、阻力系数和沿程损失可用相应的公式计算；液态铝的温度（即粘度）在一定范围的变化对渗流速度的影响不大。实验还将模拟充填时间与原型充填时间进行了对比，两者得到了良好的一致性。     

离心渗铸工艺中铝熔体在SiC多孔介质内的渗流传热过程特征及最弱环损伤模型

针对离心力场中铝熔体在SiC多孔介质内的渗流传热现象,考虑离心力对渗流传热过程的影响,根据局部非热平衡假设建立了多孔介质渗流传热模型。采用全隐格式TDMA算法和第一类迎风差分方法对渗流过程的温度场进行了数值计算。研究分析了不同复合层厚度下离心渗透过程中的流场和温度场瞬态变化规律。计算结果表明,在渗透区域,熔体与SiC颗粒存在着一定温差,而在渗透前沿,这种温差相对较大。渗流速度变化存在两个十分明显的阶段,渗流速度较高且急剧下降的初始渗透阶段以及渗流速度相当平稳的后续阶段。渗流速度的这种瞬态变化规律主要是多孔介质内流体流动与离心压力相互作用的结果。渗透初期形成的紊流状态,是导致熔体卷吸空气、使复合材料内部形成气孔的主要原因之一。选择合适的工艺参数对于确保铸件质量是十分关键的。     

离心渗铸金属铝熔液的瞬态固化与再熔

通过分析离心力场中金属铝熔液在Al2O3短纤维多孔介质内的渗流传热，考虑了离心惯性力对铝熔液的瞬态固化与再熔的影响，建立了旋转多孔介质内的渗流传热理论模型．研究了复合管铸造工艺中不同工况下液固共融区的长度和固化率的瞬态变化规律以及流场压损的分布规律．结果表明：在Al2O3颗粒的预热温度低于铝熔化温度的条件下，当渗透前沿达到一定深度时出现液固共融，随后液固共融区随渗透过程而增长，固化率逐渐提高．随着孔隙率的减小，液固共融区的长度和固化率增大，出现共熔现象的固化率降低，复合层能达到的最大厚度减小．而随着转速的减小，液固共融区长度缩短，共熔区内的固化率水乎提高，出现共熔现象的固化率增大，复合层能达到的最大厚度减小。     

多孔金属通孔度的控制

依据多孔金属的渗流制备原理,建立了控制通孔度的理论计算模型,研究了压差△Ｐ,球状填料半径Ｒ、金属液的表面张力σ以及金属液／颗粒间澜有θ对通孔度Ｉ的影响规律,实验证实该模型与实验结果良好吻合,可用于渗流法制备多孔金属时通孔度的定量控制。     

饱和多孔介质中动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型与应变局部化有限元模拟

提出了适用于饱和多孔介质中应变局部化分析及动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型。基于饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot理论,将固体骨架看作Cosserat连续体,并考虑旋转惯性,建立了饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型。基于Galerkin加权余量法,对所发展的模型推导了以固体骨架广义位移(包含旋转)及孔隙水压力为基本未知量的有限元公式。利用所发展的数值模型,对包含压力相关弹塑性固体骨架材料的饱和多孔介质进行了动力渗流耦合分析与应变局部化有限元模拟,结果表明,所发展的两相饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型能保持饱和两相介质应变局部化问题的适定性及模拟饱和多孔介质中由应变软化引起的应变局部化现象的有效性。     

多孔介质的一种流-固耦合动态边界理论

基于Biot理论,推导了考虑渗流作用的可变形多孔介质流-固耦合问题的基本方程,建立了本问题的渗流模型,给出了所考虑问题的流体动力弥散分布概率及系数表达式,进一步建立了多孔介质中微压液体位移场模型,讨论了流体动力弥散因素对多孔介质边界的影响,建立了描述多孔介质的动态边界方程,并分别对所建立的四种边界模拟了动态结果及算例。     

铝合金熔体在多孔介质中的二维微管渗流模型

在对填料颗粒堆积简化的基础上，建立了由渗流单元组成的二维微管模型．使用该模型对渗流过程进行模拟计算，渗流时间的计算值与实验值符合良好，并获得渗流过程的如下新规律：铝熔体在流过填料颗粒时，在填料颗粒的背压区封闭一定质量的气体，封闭的气体使附加孔隙率和通孔度增大．在渗流过程中静压力的变化分两个阶段：渗流开始时，静压力先缓慢增加，在渗流结束时瞬间，压力增加到最大值；后者对高孔隙率多孔铝的制备有重要意义．这些渗流规律为控制渗流过程和孔结构提供了依据．     

孔结构周期调制通孔多孔铝合金及其吸声性能

采用铝熔体在周期多孔介质间渗流凝固方法制备了孔结构周期调制多孔铝合金,在试验范围内吸声系数的实验测量值与模型计算基本吻合,基于模型研究了调制周期数、调制顺序及同一周期单元内不同孔径层的厚度比与吸声性能的关系,表明孔径的调制分布对2 kHz以上的宽频声波吸收有较大影响,对低频吸收未发现明显改善.     

无机盐熔浸多孔陶瓷的熔浸过程分析

通过对熔融盐熔浸多孔陶瓷基体的熔浸过程和湿润过程热力学分析得出浸渍速度表达式和浸润准则,分析了影响熔浸过程的主要因素,为此后实验工作的开展提供理论依据和指导.     

用低压渗流法制备泡沫铝合金

用低压渗流法生产泡沫铝合金,研究了影响液体金属渗流高度的工艺参数。实验表明,渗流高度随着颗粒的预热温度、外加渗流压力和铝液浇注温度的升高而增加,其中颗粒预热温度的影响最为显著,其他因素的影响不大。实验还表明,颗粒尺寸对于降低渗流高度起了重要作用,颗粒尺寸越小,渗流高度越低。对于不同尺寸的颗粒,都存在一个临界预热温度。     

Processing of B4C Particulate-reinforced Magnesium-matrix Composites by Metal-assisted Melt Infiltration Technique

In fabricating magnesium-matrix composites, an easy and cost-effective route is to infiltrate the ceramic preform with molten Mg without any external pressure. However, a rather well wettability of molten Mg with ceramic reinforcement is needed for this process. In order to improve the wettability of the metal melt with ceramic preform during fabricating composites by metal melt infiltration, a simple and viable method has been proposed in this paper where a small amount of metal powder with higher melting point is added to the ceramic preform such that the surface tension of the Mg melt and the liquid-solid interfacial tension could be reduced. By using this method, boron carbide particulate-reinforced magnesium-matrix composites （B4C/Mg） have been successfully fabricated where Ti powder immiscible with magnesium melt was introduced into B4C preform as infiltration inducer. The infiltration ability of molten Mg to the ceramic preform was further studied in association with the processing conditions and the mechanism involved in this process was also analyzed.     

复合相变储能材料制备工艺对其浸渗率和相对密度的影响

本文探索了Na2SO4/SiO2无机盐/陶瓷基复合相变储能材料的自发熔融浸渗工艺制度.讨论了预制体制备工艺的四个主要影响因素:造孔剂含量、成型压力、烧成温度和颗粒粒度与复合相变储能材料的浸渗率和相对密度的关系,分析了熔融盐与预制体浸渗合成时,浸渗温度、浸渗时间以及浸渗方式对复合相变储能材料浸渗率和相对密度的影响.对复合相变储能材料的物相组成和显微结构进行分析,结果表明:制备工艺对复合储能材料的物相组成影响不大,Na2SO4与SiO2两相表现出较好的高温稳定性和相容性,且分布均匀.     

Pressure infiltration processes to synthesize metal matrix composites – A review of metal matrix composites,the technology and process simulation

Metal matrix composites (MMCs) acquire their improved physical and mechanical properties through the careful reinforcement of their matrices by a variety of light but strong and stable reinforcement materials. The pressure infiltration process (PIP) is one of the most important techniques used for making MMCs with a high reinforcement content in which a molten metal or alloy is injected and solidified in a mold packed with continuous or discontinuous reinforcement materials. Several factors affect the quality of MMCs made by this process. These include, but are not limited to, the reinforcement type, preform geometry, applied pressure and pressure control, as well as the transport phenomena of the molten metal. This paper presents a review of the various aspects of MMCs, the process in terms of the technological details, the latest developments in the reinforcement materials used and the simulation models developed for pressure infiltration manufacturing of MMCs.