单晶Cu-Al系形状记忆合金制备研究

设计单晶熔炼炉和单晶结晶器炼制单晶Cu-Al-Be和Cu-Al-Ni来减轻晶界影响。该装置的新颖性在于单晶结晶器从单晶炉的顶端自上而下通过整个炉膛完成选晶,并且保证单晶稳定生长。试验研究表明,自行设计制造的单晶定向凝固炉成功地拉制出了Cu-Al-Be形状记忆合金单晶试样。     

Ti-50.0Ni单晶形状记忆合金组织与记忆性能研究

在自制的定向凝固炉中,用带引晶器的石墨模壳制备出Ti-50.0at%Ni单晶.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及其配置的能谱(EDS)仪研究合金的铸态组织,通过X射线衍射(XRD)和极图分析确定单晶晶粒取向,利用自制模具对合金的记忆性能进行评价.结果表明:试样横截面与纵截面均呈枝状晶分布特征,枝晶生长方向与定向凝固方向基本一致,未出现晶界,单晶横截面法向与[111]取向夹角为15°.由于消除了晶界对马氏体相变的不利影响,同时[111]取向是TiNi合金能获得较大可恢复应变的择优取向,与普通铸造的TiNi多晶相比,材料的形状记忆最大可恢复应变和记忆疲劳性能都得到一定提高.     

镍基单晶合金热处理的组织演化与有限元分析

通过对一种含Re单晶镍基高温合金热处理期间及不同时效温度组织形貌的观察,结合有限元分析,研究合金中γ′相在热处理期间及蠕变期间的组织演化规律。结果表明,在固溶热处理期间,γ′相以蝶形组合从基体中析出;一次时效期间,γ′相长大为立方体形貌;二次时效期间,γ′相略有长大,排列更加规则。经不同温度的一次时效后γ′相尺寸逐渐长大,立方度增加。最后确定出该合金合理的热处理工艺。     

磁记忆检测力磁效应的有限元分析

本研究利用ANSYS软件建立了20钢小孔平板试样的三维有限元模型,结合力-磁耦合模型,利用间接法顺序耦合方式进行了金属磁记忆力磁效应的数值仿真,分析得出了带孔平板表面磁场强度法向分量出现过零点、切向分量出现峰值,当应力逐渐增大,这种现象越来越明显。本研究还对特征值磁场强度法向分量梯度K值与二维李萨如图作了分析,得出法向分量梯度K值和应力集中具有很强的相关性,二维李萨如图出现封闭区域,该区域的面积与应力大小并非简单的线性关系。     

镍基单晶超合金中孔洞长大的试验和有限元分析

在高温状态下，镍基单晶超合金的变形、损伤及断裂分析中，孔洞的长大都起着主要的作用。本研究进行了系列的蠕变、疲劳及热机械疲劳（TMF）试验。对试件的断面进行的SEM观察表明，所有的断面都是有许多小断面构成，在断面的中心，至少有一个孔洞。孔洞的尺寸与加载的条件相关。使用晶体塑性有限元程序对单胞模型进行分析，模拟孔洞的长大规律。给出了蠕变和弹塑性两种条件下的模拟结果及不同的晶体取向对孔穴长大的影响结果。对孔洞长大的有限元分析有助于对实验结果的理解。     

T2纯铜扭转挤压成形有限元数值分析

通过Deform-3D软件对T2纯铜扭转挤压成形过程进行数值分析。采用刚塑性有限元法,分析了不同模角下的挤压力行程曲线、坯料应变和温度场的变化,研究不同扭转速度对成形制品的应变和温度影响,并将扭转挤压与传统挤压成形效果进行对比。结果表明,模具模角变大,挤压力和挤压温度会变大,但坯料的变形增加,变形更均匀。与传统挤压成形相比,扭转挤压变形更加剧烈,随着扭转速度的增加,坯料的应变也增加。     

Yx形液压密封圈温度场有限元分析

应用超弹性理论和传热学原理,分析橡胶密封圈摩擦生热和机械滞后生热的机制;采用有限元法对Yx形液压密封圈热结构耦合场进行模拟,得到密封圈的温度场分布,研究工作参数对温升的影响及规律。结果表明:摩擦生热主要使密封圈与活塞杆接触部分温度升高,机械滞后生热使密封圈中心部分温度较高,其温升明显高于摩擦引起的温升,两种热源作用下,密封圈有很高的温度场;对于相同橡胶材料,油压、相对滑动速度以及油温的增大,均使密封圈温升明显增加。因此工作中限制工作压力和相对滑动速度以及提供较好的散热条件,对降低密封圈温升、提高密封性能和使用寿命有利。所建立的模型为定量分析各类密封圈温度场提供了研究基础和方法。     

Ti3Al单晶塑性变形行为的晶体塑性有限元模拟

基于晶体塑性理论,建立了滑移变形机制下Ti_3Al单晶晶体塑性的细观本构关系,并利用ABAQUS/UMAT用户子程序接口开发本构关系子程序,将其应用于不同取向Ti_3Al单晶的单向压缩模拟。分析不同取向时晶体滑移系的启动情况,以及滑移系启动与取向的相互关系。结果表明:基面滑移系(0001)1120,柱面滑移系{1010}1120和锥面滑移系{1121}1126均被激活,但由于滑移系之间临界剪切应力和施密特因子的不同,各滑移系的启动情况存在显著差异。基面和锥面滑移系的临界剪切应力较大,仅在施密特因子较大时启动;特别是锥面滑移系,其临界剪切应力最大,因而该滑移系只有在压缩轴接近[0001]方向时才被激活。柱面滑移系的启动较为容易,对塑性变形的贡献也最大。同时与实验结果相比较,模拟结果基本与之吻合。     

Symmetric and Asymmetric Rolling Pure Copper Foil: Crystal Plasticity Finite Element Simulation and Experiments

A systematic study has been conducted aiming to attain an insight into the influence of coefficient of roll speed asymmetry, crystal orientation and structure on the deformation behavior, and crystallographic orientation development during foil rolling. Simulations were successfully carried out by using crystal plasticity finite element method(CPFEM),and a novel computational framework is presented for the representation of virtual polycrystalline grain structures. It has been found that asymmetric rolling(ASR) is more efficient in producing plastic deformation since it develops additional shear strain and activity of slip system compared with symmetric rolling(SR). For ASR, increase in the length of the shear zone, and decrease in the amount of the pressure and roll force would lead to further reduction. The shear strain path in SR and ASR is strictly influenced by the misorientation of neighbor grains, and corresponding {1 1 1} pole figures offer direct evidence of the spread of crystallographic orientation around the normal direction. The activity of slip systems was examined in detail and found that the predicted results are consistent with the surface layer model. The accuracy of the developed CPFEM model is verified by the fact that the simulated results of roll force coincide well with the experimental results.     

基于有限元的电感器线圈镀铜工艺仿真分析

目的优化电感器线圈电镀工艺,研究电感线圈电镀过程中电流、电解质电势和镀层厚度分布规律。方法采用计算机仿真技术,基于电镀动力学、电化学理论、法拉第定理和移动网格理论,建立电感线圈匝数参数化的三维电感器线圈电镀模型。结果电感线圈外部的铜离子浓度较高,大约为309mol/m3。电感线圈最外圈的电镀厚度最厚,约7.3141μm。线圈外部较大的电流导致电镀线圈外侧出现较大的沉积速率。结论电解的铜离子的质量传递是影响电镀动力学的最主要因素,线圈电镀层厚度与电镀活性面上的电流分布相互作用。该电镀模型可用于分析线圈匝数对电镀工艺的影响,优化设计类似电镀工艺,研究电镀机理。     

OCC技术制备的单晶铜线材冷拔组织TEM分析

采用TEM系统分析了OCC技术制备的单晶铜线材在冷拔过程中形成的位错胞、几何必须界面以及孪晶,发现当真应变小于0.94时,冷拔单晶铜线材的微观组织为位错胞。当真应变大于0.94时,其微观组织主要包括位错胞和几何必须界面两类组织。其中位错胞沿冷拔方向拉长,横界面上为等轴状。随变形量的增加,位错胞尺寸减小,当真应变大于1.39时,位错胞尺寸不再随塑性变形量的增加而减小,其直径保持在0.28 μm左右。当变形量比较小时,两类几何必须位错界面属于晶体学界面,当变形量比较大时,几何必须位错界面与冷拔方向平行。同时,分析还发现冷拔单晶铜线材中存在少量由凝固过程形成并遗传到形变组织以及在冷拔过程直接形成的两类孪晶。     

Ni46Mn35Ga19单晶大的磁熵变和磁控形状记忆效应

采用多种测量手段,对制备出的转变温度在室温以上的Ni46Mn35Ga19单晶的物性进行表征。电阻和交流磁化率结果表明,该材料的磁转变和马氏体相变是同时发生的。定温磁化强度测量得出材料磁熵变的增长速率高达9.0J/kg·K·T,在1274kA/m(1.6T)的磁场下,磁熵变达13.8J/kg·K。此外,应变测量表明,伴随该磁熵变,材料展现出应变量分别高达–0.89%和–1.90%的自发和磁控双向形状记忆效应。     

慢走丝线切割单点放电温度场有限元分析

建立了慢走丝电火花线切割单脉冲放电模型,利用有限元分析了单脉冲放电温度场分布。计算出该条件下工件放电凹坑几何特征,与实际切割条件下的材料去除率进行了对比,并根据电火花线切割的加工特点进行了修正。讨论了不同峰值电流和脉冲宽度条件下,蚀除凹坑体积与材料去除率(MRR)的变化规律,并分析了峰值电流和脉冲宽度对MRR的交互作用。分析结果表明:考虑实际加工的相关因素,模拟的单脉冲放电的MRR经修正后可以近似表征实际连续切割时的MRR;单个凹坑的蚀除量随着电流和脉宽的增大而增大,并且电流和脉宽的交互作用随着它们取值的增大而更加明显。     

考虑微动影响的搭接结构应力强度因子有限元分析

采用ABAQUS软件建立了考虑微动影响的搭接结构有限元全局模型和子模,运用该模型计算了接触区的应力分布.最后在FRANC2D/L中把螺栓用等效的正应力和剪应力来代替,重建子模型.通过分析得到了不同直孔和沉孔孔边裂纹长度时应力强度因子(SIF)沿试件厚度方向的变化曲线.结果表明:在相同厚度的平面上,SIF随裂纹长度的增加...     

单晶铜键合丝的球键合性能研究

通过对自制单晶铜键合丝进行球键合工艺试验,并对键合后焊点分别进行键合拉力(BPT)和剪切力(BST)测试,以及对键合点的组织、界面进行观察和显微硬度测试.结果表明, 单晶铜键合丝进行球键合后,焊点所能承受的拉断力和剪切力均为近似正态分布,具有较高的可信度,50 μm的单晶铜键合丝的CPK值达到1.8以上,属于优质的过程能力指数.焊点经过可靠性试验后,界面依然清晰、较为平直,没有发现界面处形成微量弥散分布的金属间化合物和Kirkendall空洞,表现出稳定的电学和界面组织性能.     

单晶铜在不同温度下的纳米切削机理研究

目的 虽然纳米切削是21世纪超精密加工技术的重要发展方向之一,但现有的纳米切削机理仍不完善。因此,采用数值模拟方法,从晶体结构、力学和粒子运动等方面对纳米切削机理进行补全。方法 首先,基于分子动力学方法对纳米尺度下的单晶铜进行了拉伸模拟,总结其在不同温度下的韧脆性特征;其次,对纳米尺度下的单晶铜进行了切削模拟,系统性地研究了切削过程中晶体结构、切削力、应力应变分布,以及原子运动特征在不同材料韧脆性下的变化规律。结果 拉伸模拟结果表明,低温下单晶铜脆性特征显著,但仍具有一定的韧性。随着温度的升高,单晶铜脆性减弱,韧性增强。切削模拟结果表明,靠近工件自由面的材料沿主剪切方向发生持续的剪切滑移和周期性的长距离错动,形成多种晶体结构有序分布的块状切屑。靠近刀具的材料在推挤作用下由晶体结构变为非晶结构,之后持续流动形成切屑。随着切削温度的升高,块状切屑中的长距离错动频率提高,通过剪切形成的块状切屑尺寸减小,而通过推挤形成的流动状切屑厚度增加。结论 切屑的形成方式包括剪切和推挤2种类型。低温下,剪切切屑形成过程占据主导地位,切屑呈现明显的块状。随着温度升高,切屑形成机理从剪切向推挤转变。     

Actuators and Drivers Based on CuAlNi Shape Memory Single Crystals

Our research reported here is concerned with the development of physical aspects of shape memory linear actuators and drivers made from CuAlNi single crystals. Our study is focused on reactive stress generation and reversible deformation in the clamped CuAlNi single crystals due to martensitic transformations during thermal cycling. The crystals can reproduce force generation in heating to 560 K for many times, and one time in heating to 700 K with the maximal stress 350 MPa. The theoretical model and calculations of linear actuators that use shape memory single crystals is discussed and we also demonstrate real model of an actuator based on these crystals.     

柱塞泵缸体铜衬套过盈量的有限元分析

介绍柱塞泵缸体镶铜衬套的结构特点,并将其简化为厚壁圆筒模型进行装配过盈量的理论计算。在此基础上通过ABAQUS有限元分析得出了不同过盈量下的各种应力云图,并针对衬套外圆加环槽和不加环槽两种结构对装配结合力的影响进行了有限元对比分析,剖析了在衬套外圆加工环槽的作用,为柱塞泵缸体衬套的结构设计及过盈量计算提供了参考。