保温罩传热分析及纤维毡厚度优化研究

对保温罩入口截面进行了传热分析,通过数值模拟确定了保温罩内外壁及厚度方向温度分布,并对纤维毡厚度进行参数化优化设计。结果表明,纤维毡厚度为40 mm时,保温罩内壁最高、最低温度分别为882.2℃和770.4℃,外壁最高、最低温度分别为55.8℃和40.7℃,实测外壁最高温度与计算值相吻合。随着纤维毡厚度的等值增加,保温罩外壁最高温度的差值不断减小。     

中空侧壁保温定向凝固过程温度场数值模拟

为了优化宽厚板钢锭的生产工艺,以铸造模拟软件ProCAST为平台进行不同中空间距侧壁保温下钢锭温度场数值模拟,研究中空间距对45 t大型钢锭定向凝固过程的影响。模拟结果表明,中空侧壁对钢锭定向凝固具有明显的保温作用,抑制了侧壁传热;当中空厚度为4 mm时保温效果最好,延长了全凝时间,从而提高了宽厚板钢锭的质量。     

大型铸钢件的保温补贴工艺研究

保温补贴替代金属补贴在大型铸钢件上的应用还很少。本文对文献中的保温补贴替代金属补贴情况下确定保温补贴厚度的E-δ/M关系进行了修正,使得结果更准确。并指出保温补贴的模数增强最大效果为砂型和保温补贴的蓄热系数之比,超出此范围后,增厚保温补贴也不再满足保温要求。选择了大型厚板型试件1 200 mm×1 200 mm×180 mm,设计并优化了其保温补贴工艺方案,模拟结果发现由于保温补贴厚度小于金属补贴,因此必须对冒口下部因采用保温补贴而暴露给砂型的表面采用保温补贴保温,否则补缩通道在冒口颈部易产生缩颈。分别采用金属补贴和保温补贴两种工艺方案浇注了铸件。对浇注板件的探伤和解剖表明,铸件内部无缺陷。浇注结果和数值模拟结果均表明保温补贴可以替代金属补贴。但大型铸钢件要求保温补贴具有高的耐热性能,否则容易导致铸件变形。     

Q235钢基体表面微晶玻璃功能梯度涂层的残余应力分析

运用ANSYS有限元软件对Q235钢/微晶玻璃梯度涂层复合材料在制备过程中产生的残余应力进行了数值模拟。建立了该复合材料的有限元分析模型,探讨了不同层数、层厚对该复合材料体系残余应力分布的影响。结果表明：在基体与梯度涂层的界面边缘处存在较大的应力集中;随着层数或层厚的增加,涂层表面最大径向残余压应力增大;梯度层数和涂层厚度对界面处的残余应力都有明显影响。此模拟分析结果可以为该梯度涂层复合材料的设计和制备提供理论依据和参考。     

钢包静置过程中传热现象的数值模拟

研究钢包静置过程中温度变化规律对控制钢液温度及后续连铸工艺有重要影响。利用ANSYS软件,建立三维钢包传热模型进行瞬态模拟,讨论了4%、6%和8%精炼渣厚度对钢包速度场、温度场以及钢包耐火材料壁温度分布的影响。计算过程采用两相流(钢液-精炼渣)模型,将精炼渣黏度设置为与温度有关的函数,渣-气自由表面和耐火材料表面施加对流和辐射混合边界条件。结果表明,增加渣层厚度可以有效减缓钢液速度场循环,起到保温作用,但会加剧钢液温度分层。钢液的散热功率主要集中在侧壁及钢渣界面,占总量的90%左右。渣层厚度由4%增加至6%,钢渣界面散热功率降低17.42%,继续增加至8%时,又降低了19.96%。     

Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率效应研究

通过引入与Batra及Kim类似的论点,将绝热剪切带宽度定义为绝热剪切带的中心区域的宽度(w5%),在该区域上温度比其峰值小5%,利用Johnson-Cook模型及梯度塑性理论分析Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率的影响.计算表明,在名义应变率的下限(800s-1)及上限(1400s-1)之间,当绝热剪切带的总厚度选取为0.3235及0.0705 mm时,计算结果非常接近于绝热剪切带宽度的上限(55 um)及下限(12 um).当应变率较低时,绝热剪切带较宽.随着应变率的增加,绝热剪切带宽度快速降低.在高应变率时,绝热剪切带宽度基本保持恒定.该理论结果与Dodd及Bai的理论结果有类似之处,与Weerasooriya及Beaulieu针对钨合金的实验结果非常一致,与Klepaczko及Rczaig的数值结果的前半部分相似.     

钛合金绝热剪切带的局部剪切应变估算的新方法

提出了利用梯度塑性理论计算Ti-6Al-4V绝热剪切带的局部剪切应变新方法.绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变依赖于临界塑性剪切应变、试样的标定长度、绝热剪切带总厚度、绝热剪切带的平均塑性剪切应变.计算表明,随着绝热剪切带总厚度的增加,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变以非线性方式下降.当绝热剪切带总厚度的取值接近1 mm时,尽管确定临界塑性剪切应变的方法不同,但是,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变的计算值差别很小.当绝热剪切带总厚度取值在0.335～1 mm之间时,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变的计算值位于Liao及Duffy(1998)实验结果的下限(75%)和上限(350%)之间.     

辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000

提出了利用梯度塑性理论计算Ti-6Al-4V绝热剪切带的局部剪切应变新方法.绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变依赖于临界塑性剪切应变、试样的标定长度、绝热剪切带总厚度、绝热剪切带的平均塑性剪切应变.计算表明,随着绝热剪切带总厚度的增加,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变以非线性方式下降.当绝热剪切带总厚度的取值接近1 mm时,尽管确定临界塑性剪切应变的方法不同,但是,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变的计算值差别很小.当绝热剪切带总厚度取值在0.335～1 mm之间时,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变的计算值位于Liao及Duffy(1998)实验结果的下限(75%)和上限(350%)之间.     

方管结晶器爆炸成形过程数值模拟

对方管结晶器爆炸成形过程进行了实验研究并运用ANSYS软件中的LS-DYNA模块对成形过程进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果基本一致;在应用ANSYS/LS-DYNA软件对金属爆炸成形过程进行数值模拟时,对爆炸载荷的作用形式进行适当、合理的简化,并不改变基本结论;根据数值模拟结果获得了方管结晶器爆炸成形时的理论布药结构,当圆角部位药层厚度为直边部位药层厚度的1.75倍时可以获得最佳成形效果。     

烧结工艺对梯度结构硬质合金梯度层组织和厚度的影响

本文用两步烧结方法制备了梯度结构硬质合金,用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析研究了不同的烧结工艺和基体中Co含量对梯度层元素浓度分布、梯度层厚度及显微组织的影响。实验结果表明,烧结温度和保温时间对脱β层厚度有很大影响,基体中高的Co含量有利于梯度层厚度的增加。     

C/C材料表面ZrB2-SiC功能梯度涂层残余应力分析

目的以C/C复合材料为基体,设计ZrB_2-SiC功能梯度材料。方法利用Ansys软件对等离子喷涂ZrB_2-SiC功能梯度涂层在沉积过程中产生的残余应力进行数值模拟,分析成分分布指数p和梯度层厚度t对梯度涂层残余应力的影响;并通过基于悬臂梁理论的热应力解析,计算与基体接触的涂层在涂层与基体厚度比λ不同时的残余应力值。结果模拟分析结果表明,在涂层与基体的界面,梯度层的厚度对轴向压应力影响不大,径向压应力和切向应力均随厚度的增加而增大,在边缘区域应力集中较为严重,易产生层间破坏;纯ZrB_2层为表面层,其应力主要为径向压应力,且沿径向逐渐减小至0,到边缘处又突变为拉应力,并随p的增大而减小。对比解析法分析可得两者计算的与基体接触的涂层内部的残余应力随λ的增大都是逐渐降低的,这符合涂层内部的应力分布原理。根据优化设计,获得功能梯度材料在各梯度层厚度d为0.1~0.2 mm,成分梯度指数为4时的热应力变化缓和效果较好。结论基于悬臂梁理论的解析解可以很好地评估热应力,并验证了该模拟的正确性。     

飞轮金属型覆砂铸造工艺的缺陷分析及消除

针对飞轮铸件生产中出现的缩松、缩孔等缺陷,对其金属型覆砂铸造成形过程进行了数值模拟。根据模拟结果,分析了金属型厚度和浇注温度等因素对凝固过程温度场的影响,并提出了相应的改进措施。发现减薄飞轮凸缘局部的覆砂层厚度以及增加冷铁,对消除缩松、缩孔缺陷的效果最好。     

钛合金绝热剪切的敏感性分析及环境温度的影响

通过引入与Batra及Kim类似的观点,将绝热剪切带宽度定义为绝热剪切带的中心区域的宽度(W5%),在该区域上温度比其峰值小5%,利用Johnson-cook模型及梯度塑性理论分析Ti-6A1-4V绝热剪切带的厚度随环境温度的演变规律.计算表明,随着环境温度的升高,绝热剪切带宽度增加,这与许多实验观测结果一致.当绝热剪...     

铝合金保温过程熔体温度场的数值模拟

建立保温过程熔体温度的数学模型,以能量平衡测试中得到的数据为边界条件,对柴油燃烧过程进行概率密度函数(PDF)仿真得知,当燃料和空气的体积比大约在1比9时,燃烧反应程度最剧烈,能达到的最高温度约为2400K。运用Fluent 6.3流体力学软件利用修正后的数学模型,结合边界条件对保温过程内铝合金熔体的温度场进行数值模拟,仿真结果表明熔体温度梯度较小约为0.01K/m,最高温度位于熔体中心约为1010K,模拟结果与实际情况相符。运用该模型计算出实际生产十分需要但又不方便测试的保温炉内熔体不同点的温度,且对熔体温度场进行数值模拟代替了大量的实验探索,为现场实际生产过程控制提供了重要依据。     

梯度硬质合金梯度层形成的计算机模拟及验证

结合相图热力学计算,使用DICTRA软件计算模拟Co-W-Ti-C-N、Co-W-Ti-Nb-C-N和Co-W-Ti-Ta-C-N体系梯度硬质合金梯度层形成过程,对比计算模拟和实测的梯度硬质合金中Co含量的距离变化曲线。通过分析各相体积分数及组元成分随距离的分布研究烧结时间、烧结温度、Co含量和Ti含量对梯度层厚度的影响。结果表明:计算模拟与实验数据吻合较好。延长烧结时间、升高烧结温度和增加Co含量均会促进梯度层厚度的增加,而增加Ti含量则会抑制梯度层厚度的增加。     

冒口保温条件对大型钢锭凝固过程影响的数值模拟

为了优化大型钢锭的浇注工艺,以铸造数值模拟软件为模拟平台,通过建立基于0,50,100,200,300和500mm不同的发热剂厚度的数学模型来研究冒口保温条件对175t大型钢锭凝固过程的影响.模拟结果表明:随着发热剂厚度的增加,钢锭最后凝固区域更易向冒口补缩,缩孔“V”形开口逐渐增大;发热剂加至一定厚度时,钢锭内部缩孔不再发生明显变化;300mm是最佳的发热剂厚度.     

摩擦条件对无缝异径管冷成形的影响研究

利用数值模拟研究了316L无缝不锈钢异径管成形过程中,不同轴向的等效应力和应变的分布情况.在此基础上,比较了不同的摩擦系数下,异径管件两端厚度的情况.模拟结果显示:管壁随着摩擦系数的增加而厚度增加;摩擦系数较小时,厚度均匀性也会改善.根据数值模拟结果,进行了实际的异径管冷挤压成形,得到的产品完全高于核电用异径管产品相关...     

帽口保温砖结构对大型钢锭凝固过程的影响分析

对大型钢锭冒口处的保温砖采用实验检测的保温砖物性参数进行数值模拟,对比了不同保温砖结构对钢锭冒口区凝固过程的影响,结果表明,轻质砖和WDS的使用能够延长冒口处钢液的凝固时间,有利于钢锭的补缩,提高钢锭质量,建议减薄粘土砖的厚度,以充分发挥轻质砖和WDS的保温作用.     

板材拉伸破裂厚度分布及成形极限预测

对ST14钢板单向拉伸试件断口处的厚度进行了测量,获得其厚度分布和厚度梯度分布.从厚度变化和厚度梯度分布变化的角度对分散性失稳区和集中失稳区进行划分;分析了厚度分布非对称现象的成因.采用数值模拟的方法,分别得出了以失稳减薄率和破裂减薄率作为判据的成形极限图,经过与实验成形极限图的比较,失稳减薄率判更适于预测拉-压区成形极限,破裂减薄率能够对整个成形极限图范围内的曲线变化趋势进行预测.     

一次烧结法制备两相梯度合金的研究

研究了一次烧结制备两相梯度合金的工艺,并对一次烧结和两次烧结制备的梯度合金结构进行了比较。结果表明:如工艺控制得当,一次烧结法可以制备出较理想的梯度结构,随着渗碳温度和保温时间的增加,无η相层厚度增大,一次烧结法比二次烧结法的渗碳效率更高。