大型铸钢件凝固数值模拟的传热学方法

在充分考虑材料变物性的基础上,用控制体的热量衡算法得到计算凝固温度场的隐式差分模型。对气隙传热等条件做适当处理后,模拟了大型铸钢件的强制冷却凝固过程。找出了温度分布和凝固状况参数变化的规律;给出工艺参数关联图。     

陶瓷复合钢管热应力的有限元计算

用有限元方法计算了陶瓷基复合钢管的温度场及残余热应力,并分析了热应力对陶瓷裂纹形成的影响.在计算中,考虑了钢管的塑性变形和材料物理参数随温度的变化.     

液化天然气船局部热应力非线性分析

考虑材料性能随温度的变化对于研究液化天然气船结构安全问题具有重要意义.本文假定材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数随温度非线性变化,以MARC为计算工具,选定LNG船典型的空腔结构模型,对局部的温度场、温度应力进行对比分析,研究材料非线性对LNG船局部强度的敏感性.研究结果表明,考虑材料非线性和不考虑具有明显差异.考虑LNG船材料非线性影响其热应力值偏小,通常不考虑材料非线性因素是偏保守做法.     

位移边界对2D-FGM板热应力影响研究

考虑不同的位移边界条件,建立了常物性2D-FGM板研究模型,并采用有限元法,得到其冷却瞬态热应力场分布图形。位移边界条件对常物性2D-FGM平面区域冷却瞬态热应力分布影响颇大,在简支和一端固定情况下,2D-FGM板自由边界上的热应力σx=0;两端固定情况下,其左右两边界均形成上中下三个应力聚集,应力分布形状和数值都发生了巨大的变化;将四周均设置呈固定约束后,热应力数值增长幅度较两端固定情况时更为明显。此结果为该材料的设计、制备提供了准确的理论计算依据。     

金属-陶瓷梯度材料动态热应力响应变物性分析模型研究

研究了梯度材料在承受热冲击载荷作用时的动态热应力响应分析模型问题。研究的重点是分析材料的变物性特性(即材料的热学和力学性能依赖于温度的特性)对动态热应力响应的影响。分析结果表明,当梯度材料承受热冲击栽荷作用时,变物性特性对材料的动态热应力响应的影响十分明显,在对梯度材料进行评价和优化设计时,必须采用动态热应力响应变物性分析模型进行分析。     

钢筋混凝土板温度场的非线性有限元分析

为能够有效地确定钢筋混凝土板的温度场,基于经典温度场理论,提出水分修正系数以考虑其湿阻作用,编制了混凝土板温度场的非线性有限元程序;利用程序分析水分修正系数对板温度场的影响,对比表明水分修正系数取值2.0时,计算结果与试验结果吻合良好.在工程常用范围内,分析了导热系数、蒸发温度值、混凝土初始密度、对流系数和辐射系数等参数对板温度场的影响规律.结果表明:导热系数是影响板截面温度分布的主要因素,受火面辐射系数和背火面对流系数是次要因素;蒸发温度值对板背火面附近温度平台有重要影响;混凝土初始密度、受火面对流系数和背火面辐射系数对截面温度场的影响较小.     

壁面加热热流密度对微柱群内部换热特性的影响

采用实验与数值模拟相结合的方法研究去离子水在不同加热热流密度下流过叉排排列微柱群内部时工质热物性对对流换热的影响规律.实验中采用电加热棒对一体化微柱群散热元件进行加热,测得不同加热功率下微柱群内部努塞尔数(Nu);同时建立考虑粗糙度影响的三维数学模型模拟了该实验段在不同热流密度下的温度场与换热特性,并与实验结果进行了对比.研究发现:工质热物性随着温度变化对微柱群换热特性有着较为明显的影响,且数值模拟结果略高于实验值;对流换热系数均随加热热流密度增加而略有增大,且低雷诺数(Re)下该现象更为明显;定义了不同的影响因子来对各热物性参数的影响进行定量分析,发现动力黏度对微柱群内换热特性影响最大,影响因子接近10%.     

基于ABAQUS的铝/镁层状复合材料SLM热源优化

利用ABAQUS有限元软件,使用移动热源和生死单元技术对SLM成形过程的三维瞬态温度场进行动态数值模拟,有限元模型考虑了随温度变化的材料热物性参数、凝固-冷却过程中的相变潜热等因素,在不同的热源参数下,对界面附近的温度场进行了分析与计算。结果表明:采用蛇形路径,当激光热源功率为350 W,扫描速度0.25 mm/s时,能够在纯铝与AM60的界面形成冶金结合的同时获得较好的力学性能,其界面抗剪强度达到了75.5 MPa。     

超超临界汽轮机中压转子冷却效果分析

为了评价超超临界汽轮机中压转子的冷却效果及其对主蒸汽流动性能的影响,以600MW超超临界汽轮机中压缸为计算模型,采用气热偶合数值模拟方法对中压转子的蒸汽冷却进行了研究.计算结果表明,在所研究的冷却结构与冷却蒸汽初参数下,叶根最高与最低温度分别下降19K与95K,中压转子得到了充分冷却.冷却蒸汽增大了动叶温度分布的不均匀性,导致热应力上升.因此有冷却的动叶热应力校核应该是一个重点考虑的问题.     

U71Mn钢重轨轨头淬火应力场的计算机模拟

采用有限元法研究了重轨轨头在淬火过程中的应力场分布。在模拟计算过程中利用等效热容法处理相变潜热对温度场的影响,利用等效线膨胀系数法处理相变引起的组织应力,并考虑了材料非线性参数对温度场的影响。结果表明,温度模拟结果与实测结果相吻合,同时喷风淬火能产生较小的残余热应力,从而避免了钢轨的变形和开裂。     

高炉用铜－钢复合冷却壁传热及力学性能分析

采用热力耦合方法研究了铜层厚度和冷却水道间距对铜－钢复合冷却壁温度及应力分布的影响．以1：1比例铜－钢复合冷却壁进行了热态试验,测试了铜－钢复合冷却壁温度分布,计算了热态试验条件下铜－钢复合冷却壁的温度分布,计算结果与试验结果基本吻合．计算结果显示,铜－钢复合冷却壁铜层厚度增加,壁体最高温度和最大等效应力减少,铜层厚度上限值为70mm;冷却水道间距减少可以降低壁体最高温度和最大等效应力,当冷却水道间距小于220mm时,减少冷却水道间距对降低壁体最高温度和最大等效应力作用较小．铜层厚度为60mm,冷却水道间距为220mm的铜－钢复合冷却壁在高炉热负荷较高区域工作不易发生塑性变形损坏．     

连退炉导向辊热凸度对辊形及带钢应力分布的影响

为了更有效地控制连退炉内导向辊热凸度和改善带钢的跑偏及瓢曲变形,以单锥度辊为研究对象,运用MARC有限元软件,定量计算了在加热段和快冷段不同导向辊温差时的导向辊热凸度及其对导向辊辊形和带钢应力分布的影响.研究发现：导向辊热凸度随导向辊温差增大呈直线上升的趋势.在加热段,随着导向辊温差的增大,导向辊产生热凸度后的形状分别为双锥度辊、单锥度辊和“M”型辊,带钢张应力和带钢最大应力分布随着导向辊温差的增大而改变;在快冷段,导向辊产生热凸度后变为双锥度辊,导向辊热凸度会影响带钢张应力值和最大应力值,但不影响其分布.     

不同非凝析气对稠油高压物性的影响

QHD33-1南油田是一个已勘探发现但尚未动用的稠油油田,跟以往稠油油田开发不同,油田立足于以热采开发方式为主的前期开发,热采开发方案设计需要大量的室内实验数据。基于室内物理模拟,采用高温高压实验仪器,开展了多种非凝析气对稠油高温高压热物性影响的研究。结果表明,QHD33-1南油田稠油在相同温度和压力下溶解CO2与油体积比明显高于N2,溶解CO2的降黏率可达30%~90%,温度越低,压力越大,溶解CO2的降黏作用越明显;在实验温度和压力下溶解N2降黏幅度均低于20%;烟道气的溶解能力及降黏效果高于N2,低于CO2。     

涡轮叶片尾缘针肋换热及热应力耦合分析

涡轮是燃气发动机的重要部件，工作在高温燃气的环境中，产生的热应力对涡轮的强度有很大的影响。为了减小涡轮中叶片的热应力，提高其工作的可靠性，一般要用冷却装置加强散热。冷却装置的换热效果与工作温度场及装置的结构和形状等因素有关，而且冷却装置本身要承受热应力。设计冷却装置时要综合考虑这几方面的问题。多场耦合比较复杂，用有限元法模拟了针肋换热，分析了热应力和变形，对几何形状不同的2种针肋进行了对比分析，表明曲线针肋的换热性能优于圆柱针肋，并对结构设计提出了改进意见。     

热变形对冷轧工作辊用锻造高速钢CCT曲线的影响

以自行设计的冷轧工作辊用锻造高速钢为研究对象,采用膨胀仪测定了其静态CCT曲线,采用Gleeble-3500热模拟试验机测定了其高温形变后的CCT曲线（动态CCT曲线）。在金相显微镜下对不同冷速冷却后的显微组织进行了观察并测定了其维氏硬度,分析了热变形对连续冷却转变曲线的影响。结果表明：冷轧工作辊用锻造高速钢在快冷速下得到隐晶马氏体＋残奥＋碳化物,慢冷速下得到的是珠光体＋碳化物。冷速大于0．1℃／s时,均能得到马氏体组织,说明该钢具有良好的淬透性。热变形对珠光体临界转变速度影响不大,但却能减小珠光体转变的温度区间和马氏体转变开始点的温度范围。     

大跨径钢箱梁在温度影响下的振型分析

近年来,大跨径钢箱梁桥得到了飞速的发展,同时,在施工中发现温度对它的影响不容忽视．钢箱梁桥在太阳照晒下,箱梁顶部与底部会产生较大的温差,由此而产生的温度应力,会给该桥梁带来初始缺陷,并影响钢箱梁桥的振型变化．自振频率是桥梁结构动力特性的模态参数,也是评价桥梁动力性能的重要依据．以大跨度连续刚箱桥为例,进行建模分析,得出在温度荷载影响下的振型变化情况,对桥梁的设计与施工具有一定的参考价值．     

氦冷驱动电机转子端部温度场仿真

主氦风机驱动电机是高温气冷堆一回路中唯一的动力设备,其依靠氦气进行通风冷却.氦气在0~3 000℃、0.1~10 MPa时非常接近理想气体,其定压比热容和绝热指数几乎为常数.为了研究氦气的冷却性能,以驱动电机转子端部为研究对象,建立电机端部三维物理模型;根据氦气的物理特性,计算端部的通风损耗;并基于流体力学和工程热力学原理,采用流固耦合法对转子端部温度场进行数值计算.得出靠近氦气入口端转子端部温度场分布结果,计算的结果表明,氦气在冷却方面有优势,其通风损耗小,冷却效果好,安全性高,可为以后相关的氦气冷却设计提供依据.     

72A帘线钢连续冷却转变规律的分析

采用热膨胀法在Gleeble-1500热模拟实验机上测定72A帘线钢的连续冷却转变（CCT）曲线,并分析开始冷却温度为900℃时不同冷却速度下帘线钢的室温组织和连续冷却转变规律。结果表明,随着冷却速度的加快,72A帘线钢的转变开始温度降低、完成转变时间缩短、珠光体片层间距变细,但连续冷却转变条件下得到钢中珠光体组织的均匀性较差。     

逆焊接处理对不同材料抗应力腐蚀性能的影响

介绍了采用逆焊接加热处理的方法对Q235、16MnR、20g钢等不同材料在酸性和碱性溶液中抗应力腐蚀性能的影响及机理。将每种材料的试件进行加热处理,再用冷却介质只对焊缝处进行快速冷却,从而获得与焊接温度场相反的负温差,降低焊接过程中产生的残余应力。经过350℃处理后的Q235和16MnR钢,在酸性溶液中的腐蚀速率比未处理时分别降低了66.1%和67.9%。实验结果表明,逆焊接加热处理有效的降低了焊接残余应力,并且减缓了应力腐蚀速率,适用于有防止应力腐蚀要求的焊接结构使用。     

高强度钢柱高温下承载力数值计算方法

为了对建筑结构中的高强度钢柱进行抗火设计和验算,研究了高强度钢柱在高温下的极限承载力数值计算方法。考虑温度对高强度钢材力学性能的影响,对常温下钢柱极限承载力计算的逆算单元长度法进行了延伸,编制了高温下高强度钢柱极限承载力计算程序。采用编制的程序对高强度钢柱在高温下的极限承载力进行了计算,将计算结果与有限元分析结果进行了比较,发现吻合较好。分析了高强度钢柱截面上残余应力的分布模式,残余应力大小和柱的初始几何缺陷对极限承载力的影响。研究表明：延伸的逆算单元长度法可以用于高强度钢柱高温下极限承载力计算,残余应力的分布模式和大小对高温下高强度钢柱的极限承载力影响很小,而初始几何缺陷对极限承载力的影响较大。