基于ANSYS的焊接熔池传热速度对温度场影响的数值模拟

通过设定金属在熔点以上温度时不同等效导热系数,补偿ANSYS焊接温度场模拟时高斯表面热源的缺陷,研究电弧吹力和熔池液态金属对流共同作用下,熔池高温热交换速度变化对焊缝和热影响区粗晶区热循环的影响。结果表明,熔池高温传热速度对焊缝和热影响区800℃到500℃冷却时间的影响很小,用ANSYS软件模拟电弧吹力较大的焊接温度场时,若只考虑焊缝和热影响区800℃到500℃冷却时间时,采用高斯热源加载方式是可行的。     

基于ANSYS的焊接熔池传热速度对温度场影响的数值模拟

通过设定金属在熔点以上温度时不同等效导热系数，补偿ANSYS焊接温度场模拟时高斯表面热源的缺陷。研究电弧吹力和熔池液态金属对流共同作用下，熔池高温热交换速度变化对焊缝和热影响区粗晶区热循环的影响。结果表明，熔池高温传热速度对焊缝和热影响区800℃到500℃冷却时间的影响很小，用ANSYS软件模拟电弧吹力较大的焊接温度场时，若只考虑焊缝和热影响区800℃到500℃冷却时问时，采用高斯热源加载方式是可行的。     

复杂曲面硬脆材料零件磨削加工数值模拟

建立了大型复杂形面薄壁石英纤维复合材料的树脂金刚石磨削过程传热学模型,并基于有限元方法,利用工程数值模拟软件ANSYS对石英纤维材料磨削时的热传递过程进行了数值计算,得出工件的温度场分布规律及温度变化历程。研究表明：以现行磨削用量干磨削后,磨削最高温度达到316℃,热量主要分布在表层2 mm深范围内,对工件表面材料性能影响不大;同时得到了温度场分布随热源的移动而变化的规律及工件表面某位置下不同深度的温度变化历程。借助有限元方法对工件表层的温度场进行仿真,可以预测整个磨削过程,优化磨削参数,减少试验次数与成本,为解决磨削表面热损伤和热变形等问题提供了依据。     

基于SYSWELD铝合金管点焊温度场数值模拟

基于专业焊接软件SYSWELD,采用Goldak提出的双椭球热源模型,对1.5mm厚铝合金管点焊过程进行了有限元数值模拟。模拟中充分考虑了材料热物理性能参数的非线性,及对流、辐射等边界条件对焊接温度场的影响,并运用HSF校正工具对热源各项参数进行校核。将模拟结果与焊接接头相比较,结果表明:计算所得熔池形状与实验结果基本吻合,得到了焊接接头温度场的变化规律。     

非线性焊接热传导的有限元分析和计算

焊接温度场的数值计算,近年来取得不少进展,但其中大多是采用线性有限单元方程或差分方程求解的。本文对非线性的热传导问题进行了有限元分析,建立了焊接温度场的计算模型,编制了相应的计算机程序。该程序考虑了材料热物理性能随温度的变化以及表面的散热情况,并可以进行固定热源或移动热源、薄板或厚板、准稳态或非准稳态二维温度场的有限元分析。文中就固定热源或移动热源薄板对接焊等几个具体实例进行了有限元分析。结果表明,考虑热物理性能随温度的变化以及表面的散热条件能使计算精度得到提高。并且还表明,只要选取合适的计算模型尺寸,焊缝及近缝区的温度分布便可趋向于准稳定状态。     

不锈钢激光焊温度场的建模与仿真

利用有限元软件ANSYS对304不锈钢激光焊温度场的分布进行了动态模拟.分析了材料热物理参数的温度相关性、熔化潜热、对流及辐射对激光焊接温度场的影响,建立了激光焊接组合体移动热源模型.针对激光焊接过程中高度非线性、光斑面积非常小的特点,采用了过渡单元建模及逐步加载和求解的措施.为了保证节点选取的精确程度,在加载过程中采用了余量控制法.仿真结果表明,模拟得到的焊缝形状与实际焊缝形状基本吻合;等温线呈椭圆形,在移动热源的前方等温线密集,温度梯度较大,热源后方的等温线较稀疏,温度梯度小;激光焊接时熔池表面附近的金属蒸气最高温度可达13 332℃.     

激光焊接铝合金材料过程的建模与仿真

在试验基础上,利用有限元软件ANSYS对3A21铝合金材料激光焊接温度场进行了动态模拟。通过对激光焊接非线性瞬态过程的分析,分析与温度场有关的潜热、热传导、对流、辐射等材料热物理属性,建立了激光焊接的移动热源模型。仿真结果表明:激光焊接薄板铝合金的温度场梯度大,热影响区小;温度场中各点温度呈指数式升高和衰减;焊缝和近焊缝区温度升降急剧,焊缝宽度的仿真结果与试验结果相一致,从而验证了所建立的移动热源模型在激光焊接铝合金薄板温度场模拟中的适用性,在一定程度上揭示了激光焊接的成型机理。     

BFe10白铜管材热冷组合铸型水平连铸凝固温度场模拟

建立了热冷组合铸型(HCCM)水平连铸管材温度场模拟模型,采用实验与模拟相结合的方法修正界面的换热系数条件。所建立的HCCM水平连铸全尺寸模拟模型和所施加边界条件的误差小于6%,可较好地模拟实际传热过程的温度场。模拟结果表明:当拉坯速度由20 mm/min增加到110 mm/min时,两相区宽度由20 mm增加至30 mm;当热型段加热温度由1 150℃提高到1 300℃时,两相区宽度由30 mm减小至12 mm;当冷型段冷却水流量由300 L/h增加到900 L/h时,两相区宽度由30 mm减小至20 mm;当采用增加热阻的改进铸型结构时,两相区宽度由25 mm减小至12 mm。d 50 mm×5 mm BFe10管材HCCM水平连铸合理的制备参数为:熔体保温温度1 250℃,连铸拉坯速度50~80 mm/min,热型段加热温度1 200~1 300℃,冷型段冷却水流量500~700 L/h。     

基于温度匹配法的平面磨削3D有限元仿真及试验

为了准确预测工件表面及亚表面不同深度的温度场变化,基于反热源原理,以实际测量的磨削温度为基础,采用温度匹配法建立适应真实磨削加工时接触区的热源模型。运用有限元法,仿真计算工件磨削温度场的变化,并与瑞利分布热源模型预测结果对比,对工件表面及亚表面不同深度磨削弧区的磨削温度场进行测量。结果表明:基于温度匹配法建立的热源模型模拟的表面及亚表面不同深度温度场与实测值具有很好的一致性,相对误差在3.0%～7.5%,比瑞利热源模型预测的温度场分布精度提高了近2倍。      

TC4搅拌摩擦焊预热过程数值分析模型

建立4mm厚TC4钛合金搅拌摩擦焊接热输人数学模型,并将模型应用于焊接预热过程温度场仿真,通过试验及有限元模拟进行验证.结果表明,在预热过程中,由于热源固定,其温度梯度呈对称分布,此时温度从最高点向周围逐渐降低,工件在轴肩处温度变化较大,说明轴肩是最重要的热源.     

SiO2气凝胶绝热涂层隔热与耐高温性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在绝热涂层中的应用,利用SiO_2气凝胶的低导热系数、低密度、高孔隙率及低折射率等优异性质,提高涂层隔热性能和耐高温性能。方法通过筛选不同类型的水性树脂和功能填料,选择吸热较少的树脂和隔热性能优异的填料作为绝热涂层的原材料。采用自制隔热装置以及导热系数测量仪,对添加不同质量分数SiO_2气凝胶的绝热涂层的隔热性能进行研究,并采用XRD、FT-IR等多种分析手段,研究涂层加热到200、300、400℃时的物相结构和基团变化。结果水性丙烯酸树脂含吸热基团较少,在相同光照条件下,平衡温度分别比聚氨酯树脂和环氧树脂低0.8℃和1.8℃,适宜作SiO_2气凝胶绝热涂层的成膜物质。涂层隔热性能随SiO_2气凝胶质量分数的增加呈先增强后减弱的趋势,当SiO_2气凝胶质量分数为5%时,涂层的隔热性能最佳,同未添加SiO_2气凝胶的涂层相比,最大温差可达12℃。随SiO_2气凝胶质量分数的增加,涂层的耐高温性能提升,当SiO_2气凝胶的质量分数为7%时,涂层能在400℃高温下保持良好的性能。结论 SiO_2气凝胶对隔热涂层的隔热性能和耐高温性能有较大提升,对SiO_2气凝胶涂层的多领域应用奠定了一定基础。     

大型航空构件专用热氢处理炉流-热-固耦合仿真分析

采用冷壁结构设计的大型航空构件专用热氢处理炉结构复杂,多层隔热结构炉胆隔热屏板厚度极薄,导致网格划分和模拟计算十分困难。本文采用等效热阻的简化思路,在保证计算精度的前提下,将多层结构的炉胆等效为一层,节约了计算资源,实现了热氢处理炉的全尺寸流-热-固耦合仿真。评估了热氢处理炉的隔热效果,在炉温1000 ℃时,炉胆外壁面温度只有200~350 ℃,呈条纹状分布;冷壁结构设计的炉壳外层壁面温度约25 ℃,具有较好的保温隔热效果;最大热应力264 MPa,位于料台底座;拉伸性能测试表明,料台底座Q235钢经300 ℃渗氢处理后抗拉强度约为565 MPa,安全系数为2.14。本文分析了热氢处理炉的温度场、热应力场,并评估了其安全储备系数,为大型热氢处理炉全尺寸仿真提供了思路,为结构设计提供了数据支撑。     

电子设备高温环境热控制实验研究

在高温环境下工作，电子设备由于受到外部热量传递和设备运行时产生的热量，使设备内部温度将逐渐升高。为了保证高温环境下的电子设备内部系统的正常工作，本文在不考虑电子设备运行产生热量的情况下，对电子设备在300oC外部环境中持续25min，保证电子设备内部温度不超过60℃，且总加重不大于2kg，进行综合实验研究，确定15mm二氧化硅隔热纤维板和280g36#相变石蜡的复合热控制方法为最佳控温方案。     

真空炉隔热屏保温效果的数值仿真

金属炉胆的真空炉主要用于处理一些对真空气氛要求较高的金属产品,炉胆的隔热屏制造成本较高并且不易改动。通过对WZDGQ-40型真空炉的金属隔热屏保温效果进行仿真研究,得到每层隔热屏的温度场情况。结果表明,调整中间两发热带的距离为200 mm时,炉胆外层温度降低80 ℃。合理的发热带宽度和发热带间距能够较好提高炉胆的保温效果,为今后该类型装备制造提供一定的参考价值。     

H13钢热疲劳性能研究

以盐浴法为手段,对H13钢进行了热疲劳实验,探讨了淬火温度、回火温度、表面处理对其热疲劳失效裂纹的影响并确定了合理的热处理工艺。实验得出:试样热疲劳循环次数在400个周期时,裂纹形成后扩展迅速,裂纹平均生长速度约为2.51×10-3mm/周,而采用1 020℃淬火、640℃回火热处理工艺,与裂纹平均生长速度相比,热疲劳裂纹生长速度减缓了0.45×10-3mm/周,表面渗氮的试样裂纹源可推迟50个热疲劳循环周期。     

PROPERTIES OF ELECTRODEPOSITED AMORPHOUS Ni-W-P-SiC COMPOSITE COATINGS

ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳＯＦＥＬＥＣＴＲＯＤＥＰＯＳＩＴＥＤＡＭＯＲＰＨＯＵＳＮｉ－Ｗ－Ｐ－ＳｉＣＣＯＭＰＯＳＩＴＥＣＯＡＴＩＮＧＳＧＵＯＺｈｏｎｇｃｈｅｎｇ;ＬＩＵＨｏｎｇｋａｎｇ;ＷＡＮＧＺｈｉｙｉｎ;ＷＡＮＧＭｉｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｔａ...     

等离子喷涂铈酸镧热障涂层性能研究

采用固相反应在1 400℃合成了具有萤石结构的铈酸镧(LCO)粉末。考虑到等离子喷涂过程中CeO2挥发高于La2O3,通过对合成粉末原始配比进行调整,制备出的等离子喷涂LCO涂层符合La2Ce2O7化学计量比。LCO涂层在1 400℃下,热处理110h后未发生分解现象。隔热性能测试结果表明,相同厚度的双层结构LCO/YSZ涂层,在1 250℃下隔热性能约为YSZ涂层的2倍。     

SiO2气凝胶复合型隔热涂层的制备及性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在复合隔热涂料中的应用,从隔热机理出发,通过降低复合隔热涂层的导热系数,提高反射率、辐射率等方式,使涂层达到隔热降温的目的。方法首先通过单掺实验确定各填料的含量,并采用紫外/可见光/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪和自制的测试隔热装置等,分析涂层的发射率、辐射率和隔热性能,最后通过正交实验方法得到最优涂层配方。结果 SiO_2气凝胶能显著降低涂层的导热系数,在此基础上,添加钛白粉、空心玻璃微珠、红外陶瓷粉等颜填料,能有效提高涂层的反射率和辐射率,从而进一步增强了涂层的隔热效果。分别添加质量分数为5%的SiO_2气凝胶、5%的钛白粉、5%的空心玻璃微珠和10%的红外陶瓷粉时,复合隔热涂层具有最优的隔热性能。SiO_2气凝胶复合型隔热涂层的干膜厚度为60μm时,与未涂覆的空白样板对比,温度最高可降低14.8℃。结论 SiO_2气凝胶复合型隔热涂层具有优异的隔热性能,并且具有薄层、轻质、环保等优点,具有一定的实际应用价值。     

羟基硅酸镁粉体表面改性及作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

目的研究羟基硅酸镁粉体表面改性及作为润滑油添加剂的摩擦学性能,提高羟基硅酸镁粉体在设备磨损表面的成膜性能,减少磨损,延长使用寿命。方法采用同步热分析仪(SDT Q600),分析羟基硅酸镁粉体的相变过程。采用不同的表面改性剂对羟基硅酸镁进行改性,采用MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机,研究不同添加量和热处理温度对羟基硅酸镁摩擦性能的影响。结果羟基硅酸镁在常温到500℃之间,脱失吸附水;500~800℃之间,脱去层间水和结构水,生成新的物相镁橄榄石;800~860℃之间,晶体结构发生重组;860~1100℃之间,发生镁橄榄石-顽辉石物相转变。经过油酸表面改性后,羟基硅酸镁粉体表面引入了有机长链,表面改性剂改性效果为:油酸>司盘80>硬脂酸>吐温80>KH270>KH560。粉体质量分数为10%时,短时间内易于达到磨损-自修复动态平衡,具有良好的抗磨减摩效果。经过200、400℃热处理的粉体具有较高的活性、分散性能和成膜性能。结论油酸能有效改善羟基硅酸镁粉体在润滑油中的分散性能,200、400℃热处理能有效提高羟基硅酸镁粉体在润滑油中的分散性能和摩擦过程中的成膜性能。