快速凝固条件下的共晶生长理论

本文通过理论分析,导出了共晶生长条件下液相中溶质分布规律的一般表达式。理论结果表明,在快速生长条件下,λ~2V 不为常数,与生长速度 V、分配系数 K 和相体积比 f 等因素有关。Jackson—Hunt 模型中的λΔT、(ΔT~2)/V 关系在一般条件下应为λ(ΔT-ms)、(ΔT-ms)~2/V。在快速凝固条件下λ(ΔT-ms)和(ΔT-ms)~2/V 均不为常数,与 V、K、f 等因素有关。     

规则共晶初始过渡区非稳态扩散场与形态演化

通过求解时间相关的非稳态扩散方程,详细分析了共晶强制生长初始过渡过程并导出其非稳态溶质扩散场,发现生长速度 V 是初始过渡区溶质分配的最主要影响因素,其次为共晶相间距λ、溶质扩散系数 D 等系统参量,透明共晶系 CBr_4-11.1wt-%C_2Cl_6实验证实了理论分析的规律。     

Al-Si共晶相间距对生长速度突变的响应

实验考察了强制条件下 Al-Si 共晶相间距对生长速度突变的响应。实验表明这种响应是滞后和连续的,响应机制是共晶 Si 相的“成簇分枝”延伸和终止,响应过程由液相组分扩散和共晶相晶体学各向异性效应决定。实验证明了共晶稳态生长位置的唯一性。相应的理论分析引入一个描述共晶相晶体学各向异性效应的参量。计算结果同实验测量相吻合。     

探究二元共晶的生长过程:实时原位观察、数值模拟与解析解研究

由定向凝固法在一定凝固速度范围内制备得到的共晶通常为层状或棒状结构共晶。层状和棒状二元共晶合金具有优良的物理、化学和力学性能,被广泛应用于航空航天和汽车等领域,应用前景广阔。值得指出的是共晶合金已被应用于飞机发动机的涡轮叶片。近几十年来,国内外研究人员已经从共晶生长的实时原位观察实验、数值模拟和解析解计算三个方面展开了大量研究。共晶间距对共晶合金的性能具有显著影响,进而影响共晶合金在实际中的应用。在共晶生长过程中,工艺参数如凝固速度、共晶成分、固相体积分数、温度梯度、合金的初始浓度等是共晶间距的重要影响因素。此外,共晶形貌受共晶生长的稳定性和相界各向异性的影响。因此,研究人员在进行共晶生长的实时原位观察实验、数值模拟和解析解计算时主要关注工艺参数对共晶间距和共晶形貌的影响规律。大量的实时原位观察实验和数值模拟的研究结果表明,当凝固速度和合金的初始浓度增大时,层状共晶或棒状共晶间距减小。共晶成分发生变化时,共晶结构在层状和棒状之间发生转变。此外,共晶结构的转变条件依赖于α和β固相体积分数,当α和β两固相体积分数相差较大时,共晶倾向于形成棒状结构。当α和β两固相体积分数相接近时,共晶倾向于形成层状结构。同时,研究人员已经建立了共晶生长的数学模型并使用数学方法计算获得了共晶生长的解析解,进而研究了工艺参数对界面形貌和临界共晶间距的影响规律。本文从定向凝固条件下层状共晶和棒状共晶生长的实时原位观察的实验研究、数值模拟和解析解计算三方面分别阐述了工艺参数对共晶间距和共晶形貌的影响规律;重点阐述了在层状共晶和棒状共晶生长过程中,工艺参数如凝固速度、共晶成分和固相体积分数对共晶间距的影响规律;概述了相界的各向异性及共晶生长的稳定性对共晶形貌的影响规律。此外,对一种特殊的二元棒状共晶生长的实时原位观察和解析解计算进行了介绍,指出了目前该研究领域存在的一些问题,并对未来的研究工作进行了展望。     

规则共晶初始过渡区非稳态扩散场与形态演化

通过求解时间相关的非稳态扩散方程，详细分析了共晶强制生长初始过渡过程并导出其非稳态溶质扩散场，发现生长速度Ｖ是初始过渡区溶质分配的最主要影响因素，其次为共晶相间距λ，溶质扩散系数Ｄ等系统参量，透明共晶系ＣＢｒ４－１１．１ｗｔ－％Ｃ２Ｃ１６实验证实了理论分析的规律。     

铝硅共晶合金的生长—固液界面过冷共晶片间距和生长速度间的关系

本文对铝硅共晶生长过程进行了讨论,在此基础上对Jackson—Hunt公式进行了修正。在生长速度于10 m/s/～200m/s内变化时所提出的修正式同实验结果吻台得很好。对修正公式也进行了讨论。     

试样盒厚度和超声振动对共晶生长的影响

采用实时观测装置和定向凝固系统研究了SCN-Cam(Succinonitrile-wt%Camphor,wt%为质量分数)模拟合金的共晶生长过程。实验结果表明,SCN-23.6%Cam共晶模拟合金所形成的棒状共晶的相间距λ随着界面推移速度V的增大而减小,与J-H模型吻合得较好;随着试样盒厚度的增加,SCN-23.6%Cam模拟合金的棒状共晶相间距增大;施加超声振动时,SCN-Cam模拟合金相图的共晶成分点向SCN方向移动,α单相区和(L+α)两相区减小,共晶线温度升高。     

层片状共晶合金扩散边界层中的溶质分布

本文通过实验研究了金属系层片状共晶合金S—L界面前沿扩散边界层的溶质分布。实验结果表明:在液淬瞬间,S—L界面存在一瞬间凝固速度,它比稳态凝固过程中测得的数据在本实验的条件下约大一个数量级;在Jackson—Hunt的理论计算公式中的F_0项中,S_β/S_α不能仅由平衡相图 (C_β/C_α) 来决定,它还与组成共晶合金两组元的比重有关,本文推导出一个带比重因子的新的F_0表达式,即:F_0=C_αρ_A+C_Bρ_B/C_αC_β(ρ_B-ρ_A)     

氧化物／氧化物共晶复合陶瓷的生长机理与微观结构

本文基于国外定向凝固氧化物j氧化物共晶复合陶瓷的晶体生长动力学行为研究，阐述其动力学机制，分析动力学因素对微观结构形态的影响，探讨晶体生长动力学行为与微观结构形态之间的关系，同时结合以燃烧合成、快速凝固技术所制备的新型高强韧Al2O3／YSZ共晶复合陶瓷，探讨共晶复合陶瓷在快速凝固条件下的晶体生长动力学行为。结合定向凝固与快速凝固两种晶体生长机制，得出过冷度、凝固界面前沿的温度梯度是影响晶体生长方式的重要因素，且受二者决定的凝固速率（即晶体生长速率）决定了材料的最终微观结构与形态。     

压电复合材料矩形厚板弯曲的三维分析

本文从压电弹性材料的三维理论出发,利用状态空间方法分析了四边简支的压电复合材料矩形板受任意荷载作用的弯曲问题。由于不作任何简化假设,故可适用于任意厚度矩形板的精确分析。文中得到了相应传递矩阵的直接表达式,从而在计算中避免了矩阵求逆,最后给出了算例。     

陶瓷坯体烧成过程中温度场的三维有限元分析

应用三维高斯数值积分理论，研制了连续升温温度场的三维有限元计算程度和单元自动划分程度。根据面砖坯体和电瓷坯体的厚度特性，采用第一类边界条件，考虑到生坯升温过程中的反应热效庆，计算了不同条件下坯内温度场随表面温度的变化情况，并以坯体内外最大温差为标识，整理了计算的温度场。证明所设计的程序的正确性。其结果为热应力场的计算提供了可靠的数据。     

三维四向编织复合材料剪切性能的数值预报

应用三维四向编织复合材料的参数化建模技术, 在“米”字型枝状体胞计算模型基础上, 讨论了该材料在剪切变形中体胞的边界条件, 较为真实地模拟了该材料的细观结构, 进一步对该材料的剪切模量进行了数值预报;最后通过结果的分析, 总结了剪切模量随不同编织角及纤维体积含量的变化关系。     

纤维增强高分子聚合物基复合材料有效性能的三维数值分析

将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力-应变场.对旋转体和非旋转体纤维增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算.分析了纤维的排列分布和纤维的几何形状对有效模量的影响.数值结果表明,轴向杨氏模量对细观结构不敏感,而纤维的形状排列方式对横观有效性能影响是显着的.      

建筑表面风压的三维数值模拟

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ＳＩＭＰＬＥＣ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测     

立体多向编织结构对复合材料性能的影响

本文采用1×1,1×2和1×3三种不同的编织结构对轴向增强和非增强三维多向编织复合材料的性能进行了研究。对编织复合材料的拉伸强度、刚度和弯曲强度、刚度进行了实验分析。结果表明;三维编织复合材料具有良好的性能。编织结构对复合材料性能有较大的影响。纤维表面编织角和纤维体积比是影响复合材料性能的重要结构参数。通过轴向加入非编织增强纤维,使编织复合材料的拉伸强度和模量,弯曲强度和模量有了较大改善。     

用三坐标仪检测两圆柱轴线定向误差

三坐标测量仪通用测量软件可对两圆柱轴线定向误差进行检测,是一种新研制的快捷精确的测量方法,可广泛用于各类工件两圆柱轴线的平行度、垂直度及倾斜度误差检测,工件可任意摆放,对大型工件测量显得更方便。     

HISS模型在ABAQUS中的三维实现、验证和应用

分级单屈服面(HISS)模型的屈服面是单一光滑的函数,解决了“帽子”模型存在的数学不完备问题。该文介绍了HISS模型中非关联流动法则各向同性硬化的模型及其主要参数对屈服面的影响,使用MATLAB对一个高斯积分点进行加载试验,观测了在加载过程中应力路径及屈服面的变化;基于ABAQUS有限元程序提供的二次开发平台,首次编写了土体HISS模型的三维用户材料子程序。使用ABAQUS外接该文开发的用户子程序模拟了Leighton Buzzard砂土的4种三轴试验算例(静水压试验、常规三轴压缩试验、三轴压缩试验和三轴拉伸试验),并将计算得到的应力-应变关系和体积变化与实验观测结果对比,模型计算的结果与实验结果符合较好,验证了HISS模型用于砂土性质描述的适用性,并将模型用于分析分层路基的平板载荷试验。HISS模型三维子程序的实现为ABAQUS分析三维土体弹塑性问题提供了一种新的本构关系。