换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用有限元和有限差分法,分析了由ZrO2 和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的瞬态热应力问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明：在计算瞬态热应力场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态热应力场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数 M、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布均有明显的影响。此结果为梯度功能材料的设计和应用提供了理论计算依据。     

换热边界下梯度功能材料板稳态热应力

用有限元和辛普生法研究了由ZrO2和Ti-6Al～4V组成的梯度功能材料板的稳态热应力问题，检验了孔隙度P为零时数值模拟模型的正确性，给出了对流换热边界下的稳态热应力场分布。结果表明：材料组分的分布形状系数M、孔隙度P、对流换热系数和环境介质温度的变化对该材料板的稳态热应力场分布均有明显的影响；在设定条件下，当P=0时，该材料无限自由长板在金属和陶瓷附近板内为压应力，而在板中部为拉应力；当A=3.99时，陶瓷侧拉应力最大。     

非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分析

研究了非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布问题。并且建立了Al1100-Ti6Al4V-ZrO_2的二维功能梯度材料板的结构模型,构造了二维功能梯度板的有限元求解方法,计算得到了:1)二维功能梯度材料板在不同时刻的瞬态热应力分布规律;2)变物性(组分系数沿板长度和宽度方向变化)二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布;3)非均匀温度场下(线性温度分布、非线性温度分布及周期性温度分布)的二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布。     

扫描电子束铝合金表面处理应力场仿真与试验验证

研究扫描电子束铝合金表面处理应力场的分布规律,对了解残余应力的形成机理具有十分重要的理论及实际意义。在热弹塑性理论的基础上建立电子束表面处理应力场的有限元模型,分析高温热力学参数对电子束表面处理应力场的影响;通过仿真与试验验证相结合的方法确定材料的高温热力学参数,得到铝合金电子束表面扫描后的应力分布规律。随着弹性模量和切变模量的增加,ADC12铝合金材料表面的变形量和最大应力均成非线性增加。经电子束表面处理后试样表面扫描带附近为拉应力,而在其他位置为压应力;最大拉应力出现在扫描带的内侧边缘处,外侧边缘次之,而扫描带中间的拉应力最小;最大表面应力为127.6 MPa,变形量为1.8 mm。     

基于整机瞬态热应力场重型燃气轮机转子的寿命评估

针对某F级重型燃气轮机,根据机组的实际运行监测数据,提取得到该机组在冷态启动、热态启动两种工况下各测点温度随时间的变化曲线,分析得到转子各处的换热边界条件,采用有限元方法计算该燃气轮机转子在不同启动工况下的整机瞬态温度场及应力场,并基于该瞬态热应力分析结果对转子的低周疲劳寿命损耗进行评估。计算结果表明：最大热弹性应力值一般都出现在透平第一级轮盘的出气侧底部圆角处及压气机后三级轮盘的中间部位的圆角区域;气流参数变化的快慢对转子应力分布影响极大;冷态启动一次的寿命损耗最高达0.02%,大于热态启动的对应值。研究结果为轮盘结构设计与机组运行规程的优化提供了重要参考。     

圆柱体在普通平板间镦粗时应力场的数值模拟

圆柱体在普通平板间镦粗时应力场的数值模拟。基于平衡方程及塑性条件，应用刚塑性力学模型，以实际试件的外形作为边界条件而解决了问题，求出了原高径比Ｈ。／Ｄ０＝２．３３的圆柱体在压下率为１５％～５０％情况下的内部应力场。这与物理模拟定性试验吻会，且进一步证明与完善了刚塑性力学模型的拉应力理论     

玻璃钢化冷却过程的建模与仿真

欲实现玻璃钢化的全过程实时性控制,须弄清其冷却过程中的温度分布。有限元模拟可利用材料热物性参数的变化,全面、准确地描述其温变过程。在玻璃钢化冷却过程温度场和边界条件的数学模型基础上,结合材料变温过程热物性参数的变化,利用ANSYS对钢化过程进行三维模拟,精确计算玻璃温度分布随时间变化情况。结果表明:在淬冷的前10s,玻璃板温度迅速下降到转变范围以下,中心部位最大温差为150℃左右;随后,玻璃内部热传导速率缓慢增加,内外部温差逐渐减小,与现场实际情况相符合。     

重型燃机压气机盘淬火应力场的计算机模拟

利用有限元法研究了某重型燃机压气机盘在淬火过程中的应力场分布。模拟计算中，采用等效热容法处理相变潜热对淬火温度场的影响，采用等效线胀系数法处理相变引起的组织应力，同时考虑了材料热物性参数和力学性能参数的温度相关性。模拟结果表明，在淬火初期，由于热应力的作用使工件表面受拉而心部受压，随着相变的发生，应力发生了多次转向，最后形成了表面受压心部受拉的残余应力分布。在油淬过程中，工件内持续承受较高的拉应力，而空冷时承受的内应力较小，从而避免了工件的变形和开裂。     

厚板埋弧焊接头焊后感应热处理应力场的数值分析

使用ANSYS软件建立厚板埋弧焊接头的热-力数值分析模型,计算焊接过程中接头的瞬态温度场和应力场分布,分析焊后感应热处理对残余应力的影响.将模拟计算所得的熔池轮廓和残余应力数据与实测厚板焊后值进行对比,验证模型的可靠性.结果表明:焊后厚板埋弧焊接头处的残余应力以拉应力为主,最大残余应力存在于焊缝处,数值为233 MPa...     

反应堆压力容器内壁环形锻件焊接残余应力三维有限元数值模拟

某新型反应堆压力容器内壁设计了环形锻件与筒体内壁焊接的环形焊接结构。该种结构形式的焊缝首次在反应堆压力容器中出现,无成熟经验可以借鉴。为了了解该种复杂结构形式及大厚度焊缝的焊接残余应力幅值及分布规律,基于ANSYS有限元分析软件,建立了反应堆压力容器内壁环形锻件多层多道焊接三维有限元模型。在此基础上,以带状移动温度热源作为焊接热源模型计算出多层多道焊接的瞬态温度场结果,采用热-力间接耦合法,得到了焊接应力场计算结果。模拟结果表明,焊缝区域环向应力从上表面到下表面分布趋势为拉应力-压应力-拉应力,呈现自平衡的分布形式。根部焊道区域的环向应力为拉应力。焊缝上轴向应力最大为300 MPa左右;焊缝上下表面径向应力较大,达到400～500 MPa左右;峰值等效应力出现在焊缝根部区域,幅值最大约700 MPa。     

SUBJECTIVE CERAMIC MACHINABILITY AND MATERIAL PROPERTIES

Nine different ceramic materials were subjectively evaluated, on a scale from 1 to 100, for machinability by experienced machinists. The property values of hardness, fracture toughness and elastic modulus were also obtained for the materials. Correlations were sought between the material properties and subjective machinability results. A grindability parameter and a model predicting material removal rates were included in the correlation analyses. Trends were noted between the subjective machinability evaluations and both hardness and grindability, although the grindability parameter did not correlate with either hardness or the material removal rate model.     

复合材料飞轮的设计分析

复合材料具有重量轻，强度高等优点，是储能飞轮的理想材料。文中对复合材料飞轮的储能能力及其影响因素进行分析，并对两种结构复合材料飞轮－单层与多层等厚度圆环飞轮的应力分布与结构设计进行定量分析与比较。飞轮的储能能力受飞轮转子结构及其飞轮材料强度的影响，飞轮转子内外半径比应根据实际应用要求确定，选择高强度低密度的材料可提高飞轮的轮缘线速度，从而提高飞轮的储能能力，等厚度圆环飞轮的应力分布主要受飞轮转子内外半径比和材料物理特性的影响，对于内外半径比一定的层圆环复合材料飞轮，飞轮的环向应力远大于其径向应力。与单层圆环飞轮相比，多层圆环飞轮的应力分布更为均匀，合理，飞轮的储能能力更大。     

功能材料驱动的微执行器及其关键技术

以新型功能材料为驱动元件的微执行器是精密加工、超精密加工和微机械发展的关键技术之一,对其驱动元件、结构设计、加工制造和精密测控等方面的研究具有重要的科学意义和实用价值。分析了国内外研究热点和具有代表性的压电、形状记忆合金和磁致伸缩材料等功能材料的优异性能及其微执行器的驱动原理和结构特点,阐述了功能材料驱动的微执行器技术的发展趋势,指出了功能材料驱动微执行器技术发展的关键技术。     

复合材料的疲劳寿命预测

较详细地介绍了疲劳寿命预测的剩余刚度，强度和疲劳模量模型，并且指出了这些方法的主要不足。在此基础上提出了一种基于疲劳损伤过程能量衰减的剩余能量模型，以及进行复合材料结构疲劳寿命预测的二元方法的构想。     

液固结合双金属复合材料界面研究

采用改进镶铸法制备了高碳高钒系高速钢/45钢双金属复合材料,研究了不同工艺参数下复合材料的界面组织和结构。试验结构表明,控制适当工艺参数可以获得结合良好的界面。双金属复合材料界面结合形式主要为扩散结合,镶铸比和保持时间对复合材料结合界面结构均有明显影响。     

光学材料无磨料低温抛光的试验研究

将无磨料抛光与低温抛光结合起来,首次提出一种可获得原子级超光滑表面的新方法——无磨料低温抛光。这种新工艺可使光学材料获得Ra<1nm的原子级超光滑表面,通过大量的试验,系统研究了抛光盘水质、抛光前修盘时间、抛光压力和偏心等对已加工表面粗糙度的影响规律。结果表明,这种抛光工艺能获得原子级的超光滑表面。     

粘弹性材料中裂纹增长的仿真研究

针对含裂纹的粘弹性材料结构,根据粘弹性断裂理论分析裂纹增长的条件.建立基于裂纹周围小范围滑动的计算模型,采用Laplace转换关系,可以将粘弹性边界值问题变为弹性边界值问题处理,在所得到的表达式中并不直接含有弹性常数,因此它能较好地描述粘弹性问题.得到描述含裂纹粘弹性材料在不同的时间裂纹增长情况的裂纹增长速率以及蠕变时间解析解.并按照所建立的计算模型对不同的材料性质、不同的裂纹尖端应力强度因子、不同的外载荷对裂纹增长速率及蠕变时间的影响进行探讨.     

复合材料结构振动控制方法研究

从压电材料的非线性本构关系出发,应用Hamilton原理推导含有压电材料复合材料结构的变分方程,并证明对于具有二次本构关系的压电材料可以直接由二次本构关系得到其变分方程,推导出含有二次本构关系压电材料的复合材料结构的有限元动力方程,并提出利用压电材料的非线性进行复合材料结构振动控制的一种新方法.     

DEPENDENCE OF MACHINING SIMULATION EFFECTIVENESS ON MATERIAL AND FRICTION MODELLING

Numerical simulation of cutting processes is still a very difficult matter, although some relevant geometrical simplifications and high-performance codes are used. A large number of technical papers have been focused on the predictive capability of the codes: nevertheless the prediction quality is not very satisfactory if the problem is analyzed in a wide sense. In this paper the simple orthogonal cutting process of a plain-carbon steel is investigated taking into account different process conditions (cutting speed and feed rate). Furthermore, four material constitutive equations and three friction models were implemented and a sensitivity analysis was carried out comparing the numerical predictions and the experimental evidences. The results of this wide analysis are described in the paper.