基于类等势场和响应面法的复杂锻件预成形优化设计

为实现复杂锻件的预成形设计,以连杆的热锻预成形设计为研究对象,建立基于类等势场和响应面分析的三维复杂锻件的预成形设计方法。在分析毛坯与终锻件间等势场分布规律与特点的基础上,采用逆向拟合法提取等势面及线面光顺处理,实现等势面的高效精确重构。针对长轴类锻件的预成形设计要求,提出沿零件的长、宽、高分别设置合理的缩放因子的非均匀缩放方法。实现了预成形件材料分布的合理调控,获得了优化的预锻件和辊锻毛坯,最终获得了充填完整、无任何成形缺陷且飞边小的连杆终锻件。数值模拟结果表明,所建立的方法能较好实现复杂锻件的预成形优化设计。     

中小尺寸高温合金件的无接触电磁成形

介绍了一种新型金属熔体无接触电磁成形技术及其原理,该技术将电磁铸造技术与高梯度定向凝固技术融为一体,对于熔化和成形活泼金属、高温合金难熔金属和高纯金属等中小尺寸构件具有重要的研究与应用价值。另外,从电磁场和凝固过程角度讨论了中小尺寸高温合金样件的电磁成形过程,探讨了工艺参数对成形过程的影响规律,并获得了表面质量较好的高温合金样法。     

热等静压对喷射成形高温合金组织和性能的影响

研究了热等静压工艺对喷射成形Ｋ１７和ＧＨ７４２两种高温合金显微疏松和室温拉伸性能的影响。结果表明，热等静压处理可以闭合坯件内的疏松孔洞，提高合金致密度，进而提高合金的强度和塑性。     

工艺参数对Rene‘95粉末高温合金盘件等温锻造过程影响的模拟分析

采用大变形刚粘塑性有限元法模拟Ｒｅｎｅ’９５粉末高温合金盘件等温锻造过程，分析了压机速度，摩擦对变形的影响。     

新型涡轮盘用高性能粉末高温合金的研究进展

综合分析了国外第3代粉末高温合金的化学成分、显微组织和点阵常数,总结出新型涡轮盘用高性能粉末高温合金的研发趋势,重点介绍了作者课题组与钢铁研究总院合作在国内率先进行我国新型第3代高性能粉末高温合金的初期研究工作与成果,并提出了研制高性能粉末高温合金的重点研究方向。     

高温合金薄壁W截面密封环滚压成形壁厚变化研究

目的研究滚压成形过程中环件壁厚的变化规律。方法基于ABAQUS/Explicit平台建立了GH4169薄壁W截面密封环多道次滚压成形三维弹塑性有限元模型,分析了滚压成形过程中环件壁厚沿周向及轴向的变化情况以及工艺参数对环件壁厚变化的影响规律。在此基础上,进行与模拟条件一致的试验研究,并与模拟结果进行了对比分析。结果滚压成形过程,环件壁厚沿周向分布均匀而沿轴向分布不均匀;随着变形量增大,减薄带宽度增大;进给辊进给速度增大,环件壁厚不均匀性加剧;随着驱动辊转速、进给辊与环件间摩擦因数的增大,环件壁厚减薄呈减小趋势。结论环件滚压成形过程中,应合理分配各道次变形量,适宜的工艺参数为:驱动辊转速为2 rad/s,进给速度为0.2 mm/s,摩擦因数为0.1。     

基于相场模拟对镍基高温合金制备工艺优化及设计

材料制备过程中微结构演变的定量描述是材料设计的核心。近年来基于精准热力学和扩散动力学数据库的相场模拟是对微结构演变进行定量描述一种行之有效的方法。作为航空发动机和燃气涡轮叶片等高温零部件的主要用材,高性能镍基高温合金制备工艺的优化及设计一直是各国材料学者研究的热点和难点。首先概述了相场方法及其最新研究进展,以及相场法与CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram)数据库耦合技术的发展,随后详细介绍了国内外有关镍基高温合金凝固、固溶及时效过程微结构演变定量相场模拟的报道,以及当前用于建立镍基高温合金微结构与力学性能关系的可行方法。之后给出了两个基于定量相场模拟对镍基高温合金固溶及时效热处理机制进行优化及设计的实例,进一步证明了相场模拟在高性能镍基高温合金设计中的重要作用。最后,指出了对镍基高温合金制备过程微结构演变进行定量相场模拟以及后续工艺优化和设计中存在的主要问题及发展趋势。     

FGH95粉末高温合金裂纹闭合数值模拟

夹杂、温度和远场应力是影响粉末高温合金材料断裂性能的重要因素.本文建立了考虑裂纹面接触的含夹杂裂纹体有限元模型,计算了夹杂、温度和远场应力对裂纹闭合的影响.计算结果分析表明:当夹杂与基体未脱开时,夹杂对裂纹的张开应力几乎没有影响,而裂开的夹杂可显著提高裂纹的张开应力;均匀的温度场能显著降低裂纹的张开应力;远场应力越大,裂纹张开应力越大.     

基于目标应变分布的TC17合金双性能盘预成形形状优化设计

目的 研究TC17合金双性能盘目标应变分布下的预成形形状优化设计方法.方法 采用拉丁超立方试验设计方法对预成形形状设计变量抽样选取样本点,并通过Deform有限元数值模拟获得样本设计变量下的局部应变分布.以局部应变分布与目标应变分布之间的方差最小为目标函数,采用Kriging方程建立近似替代模型预测响应应变误差,并结合...     

航空用GH625镍基高温合金带材的成形极限研究

目的 通过理论预测及胀形实验建立GH625高温合金的成形极限曲线,并结合仿真手段揭示其成形性能.方法 首先,通过基本力学性能测试获取不同方向下GH625材料的基本力学参数;然后,基于颈缩理论和M-K理论模型预测GH625材料的成形极限曲线;其次,通过胀形实验建立相应的成形极限图,并与理论结果进行对比;最后,结合有限元方法进一步研究GH625材料的成形特性.结果 准确获得了GH625高温合金的塑性应变比r值、应变硬化指数n值等参数;通过理论模型及胀形实验分别获得了相应的成形极限曲线,基于颈缩理论的集中性失稳预测结果与实验结果吻合较好;建立了可靠的有限元模型,进一步分析了摩擦因数及球头直径对GH625材料成形性能的影响规律.结论 建立了准确的GH625材料成形极限曲线的理论预测模型,并通过半球胀形实验验证了理论结果的可靠性,数值仿真结果发现,较小的摩擦因数或者冲头直径有利于改善GH625材料在胀形实验中的失效位置.     

粉末高温合金中夹杂物特性及其质量控制

研究了粉末高温合金中夹杂物特性及对材料断裂行为的影响 ,研究内容包括 :夹杂物的性质及来源、夹杂物在材料变形过程中的形变特征、夹杂物对材料疲劳断裂行为的影响等 ,同时研究了盘件在生产过程中夹杂物质量控制方法 .     

新型高性能粉末高温合金的研究与发展

粉末高温合金由于在高温下表现出一系列优越的性能而成为制造高推重比航空发动机涡轮盘等部件的首选材料,本研究总结和分析了国外第三代新型高性能粉末高温合金的研究成果,重点描述了这些合金的制备工艺和力学性能,并提出研制高性能粉末高温合金的重点发展方向.     

Discussion and calculation on welding residual longitudinal stress and plastic strain by finite element method

In recent years, some researchers have put forward the new viewpoint that the weld is merely formed during the cooling process, not concerned with the heating process. According to this view, it can be concluded that it is not the compressive but the tensile plastic strain that may remain in the weld. To analyze the formation mechanism of the longitudinal residual stress and plastic strain, finite element method (FEM) is employed in this paper to model the welding longitudinal residual stress and plastic strain. The calculation results show that both the residual compressive plastic strain and the tensile stress in the longitudinal direction can be found in the weld.     

镍基粉末高温合金冶金工艺的研究与发展

叙述和分析了镍基粉末高温合金冶金工艺三十多年来在制粉末处理工艺，成型工艺，热处理工艺等方面的研究成果和存在的问题，总结了粉末高温合金冶金工艺今后的主要发展方向。     

石墨烯增强镍基粉末高温合金复合材料的力学性能

采用湿混法将石墨烯纳米片分散到高温合金粉末中,并采用热等静压+热挤压+等温锻造+热处理的方法制备出FGH96镍基粉末高温合金。结果表明:石墨烯纳米片在高温合金中分散均匀,初步发现在后续的热工艺过程中并未发生变性;添加0.1%(质量分数)的石墨烯后,室温抗拉强度和屈服强度分别提高了58MPa和43MPa,塑性从21.0%提高到37.3%;650℃条件下抗拉强度和屈服强度分别提高了58MPa和28MPa,塑性从18.5%提高到26.5%。此外对石墨烯增强FGH96镍基高温合金力学性能的作用机制也进行了进一步分析。     

Polyhedral elements by means of node/edge‐based smoothed finite element method

The node‐based or edge‐based smoothed finite element method is extended to develop polyhedral elements that are allowed to have an arbitrary number of nodes or faces, and so retain a good geometric adaptability. The strain smoothing technique and implicit shape functions based on the linear point interpolation make the element formulation simple and straightforward. The resulting polyhedral elements are free from the excessive zero‐energy modes and yield a robust solution very much insensitive to mesh distortion. Several numerical examples within the framework of linear elasticity demonstrate the accuracy and convergence behavior. The smoothed finite element method‐based polyhedral elements in general yield solutions of better accuracy and faster convergence rate than those of the conventional finite element methods. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

镍基粉末高温合金中夹杂物导致裂纹萌生和扩展行为的研究

采用扫描电镜原位拉伸和原位疲劳的方法,跟踪观察了人工植入Al2O3夹杂物的镍基粉末高温合金P/M Rene95中夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至断裂的过程,结果表明,无论是在单轴拉伸还是低周疲劳实验中,裂纹均首先萌生于脆性非金属夹杂物Al2O3处,大于一定尺寸的夹杂物,还会使该裂纹扩展成为导致合金断裂的主裂纹,从而大大降低合金的屈服强度、断裂强度及低周疲劳寿命.     

伴流声场计算的有限元方法及其应用

推导了势流中的声波方程,并运用伽辽金加权余量法建立了相应的有限元(Finite Element Method,FEM)弱形式.对于管道声学问题的计算,给出了所需边界条件的处理方法,通过离散和装配得到有限元矩阵方程.使用自行编写的有限元程序计算分析了 Herschel-Quincke(H-Q)管的消声特性.结果表明,在中...     

Theoretical aspects of the smoothed finite element method (SFEM)

This paper examines the theoretical bases for the smoothed finite element method (SFEM), which was formulated by incorporating cell‐wise strain smoothing operation into standard compatible finite element method (FEM). The weak form of SFEM can be derived from the Hu–Washizu three‐field variational principle. For elastic problems, it is proved that 1D linear element and 2D linear triangle element in SFEM are identical to their counterparts in FEM, while 2D bilinear quadrilateral elements in SFEM are different from that of FEM: when the number of smoothing cells (SCs) of the elements equals 1, the SFEM solution is proved to be ‘variationally consistent’ and has the same properties with those of FEM using reduced integration; when SC approaches infinity, the SFEM solution will approach the solution of the standard displacement compatible FEM model; when SC is a finite number larger than 1, the SFEM solutions are not ‘variationally consistent’ but ‘energy consistent’, and will change monotonously from the solution of SFEM (SC = 1) to that of SFEM (SC → ∞). It is suggested that there exists an optimal number of SC such that the SFEM solution is closest to the exact solution. The properties of SFEM are confirmed by numerical examples. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

有限元与田口实验设计中冲压加工模具参数稳健性设计

本文提出了一种稳健的对冲压模具参数设计方法,以V形件冲压过程研究对象,采用有限元仿真软件ABAQUS建立了V形件冲压加工过程仿真模型,并利用田口方法,分析了所有建模因子对仿真模型的稳健性影响,找出最有利于提高模型稳健性的建模因子及水平设置.采用正交实验设计,就模具参数的稳健设计进行了分析,并以试验对本研究方法进行了验证.确认了在现有的仿真实验和试验水平下,本文提出的方法是可行的,结论是合理的.