夹管型橡胶真空界面阀的设计及流通性能分析

真空界面阀作为真空排污系统的核心部件,作用是在非工作状态下把真空管道内真空与外界大气阻隔开,在工作状态下阀体打开利用负压将污物抽走,设计一款可靠、实用的真空界面阀对整个真空排污系统非要重要,本文设计一款夹管型橡胶真空界面阀,利用橡胶材料的拉伸实验数据,确定橡胶材料的本构模型,导入ANSYS Workbench中对橡胶阀体进行有限元分析,确定真空界面阀主体所采用橡胶的厚度,并具体分析了该厚度阀体闭合状态下的结构强度和密封性能,开启状态下的结构强度和流通开度,通过对实验结果的拟合,表明界面阀在两种状态下的密封性能、流通开度以及结构强度都达到了设计要求。     

角座式真空排污界面阀的设计与模拟研究

真空界面阀是真空排污系统的重要组成部分。基于国内真空排污现状,设计了一种室外排污用的DN50角座式界面阀,并利用Ansys CFX软件仿真分析比较了该界面阀在接通方式、阀身倾角α、阀芯结构不同情况下的流量系数C_v和流阻系数K_v;然后利用正交试验法确定了最佳结构为:按正接方式流通、阀身倾角45°、圆弧型阀芯所设计的界面阀为最优模型;最后对该结构阀门进行了流场分析,探究了在气液比α_atm=3.2∶1时阀门的内部流动情况。该研究方法对该类型界面阀的设计分析具有普适性,为界面阀的设计提供了理论指导。     

真空熔烧涂层与母材的界面研究

采用法向拉伸法测定了真空熔烧涂层与母材的界面结合强度 ,并用电子探针分析了合金元素沿层深分布情况。结果表明 ,真空熔烧法制得的涂层与母材间形成了牢固的冶金结合 ,界面结合强度可达 3 60～40 0MPa ,提高了材料的抗热疲劳性能。合金元素在界面两侧的扩散是影响材料显微组织、显微硬度及界面结合强度的关键     

复合材料纤维/基体界面失效问题的参变量有限元数值模拟

本文利用参数拟二次规划法和非连续线弹性本构模型,构造了复合材料纤维/基体界面失效问题的细观力学模型并进行了有限元计算分析,得到了与实验相吻合的结果。     

CFRP-钢界面粘结性能试验与数值模拟

碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）与钢板的界面粘结性能为CFRP加固钢结构的关键问题之一。开展了17个CFRP板-钢板单搭接试件的拉伸剪切试验,研究了不同环氧粘结剂与CFRP材料的CFRP-钢界面力学行为和破坏模式;分析了粘结剂类型和CFRP材料对界面粘结滑移本构和界面剪切性能的影响,讨论了其承载力计算方法。结果表明：采用不同的粘结剂或CFRP材料,界面破坏形式和抗剪承载力均差异较大。采用Sika 330、Lica粘结剂的试件为CFRP板或钢板与胶层的界面破坏,采用Araldite粘结剂的试件为CFRP板浅表层离,采用Sika 30粘结剂的试件为胶层内聚破坏,采用SF（Sika S512/80）碳板的试件为CFRP板深层层离;Araldite试件的抗剪承载力为其他试件的1.7~2.9倍。Sika 330、Araldite及Lica试件粘结滑移曲线无明显下降段,属脆性破坏,而Sika 30与SF试件存在缓坡下降段,失效前有一定征兆;SF试件的粘结滑移本构可简化为三折线模型,其余试件则可简化为双线性模型。SF试件抗剪承载力需用Xia-a模型表征,其余试件则可用Xia-b模型表征。基于粘聚力模型对界面力学行为进行了数值模拟,结果表明,粘聚力模型可以较好地模拟界面的非线性力学行为,剥离应力对本单搭接试件的界面粘结强度影响很小。     

低屈服点钢材与Q345B和Q460D钢材本构关系对比研究

为进一步探讨材料本构行为对构件及结构受力性能的影响,首先,进行了LYP100低屈服点钢材的本构关系试验研究,分析此材料的单调性能、滞回性能、耗能能力及循环本构模型等。在此基础上,全面对比LYP100和LYP160低屈服点钢材、普通钢材（Q345B）及高强度钢材（Q460D）的本构关系。最后,通过对比不同钢材的循环本构模型以及理想弹塑性模型对结构构件滞回行为的预测结果,深入研究材料本构关系对构件及结构的重要影响。结果表明：低屈服点钢材单调以及循环强屈比均在2.0~3.0以上,是普通钢材以及高强度钢材的2.0倍~3.0倍。同时,低屈服点钢材具有更好的延性和耗能能力。由于低屈服点钢材具有显著的各向同性强化行为,其采用循环本构模型和理想弹塑性模型的计算结果差异更大。因此,在结构计算分析中,需要根据所采用的钢材选取适当的本构关系模型。     

钢材高温材性模型对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响研究

“9·11”事件发生后,火灾下钢结构倒塌研究得到了世界各国学者的广泛关注。钢材的物理、力学性能在高温下会显著降低,从而钢结构极易发生倒塌。因此,该文基于平面钢框架在单柱受火条件下的倒塌试验,应用大型商业有限元软件ABAQUS的显式动力分析模块,并采用梁单元对试验进行数值模拟,重点研究了钢材高温材性模型对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响,提出了适用于火灾下钢框架结构倒塌模拟的钢材高温应力-应变本构模型和热膨胀系数模型的建议。该文列举了常用的三种高温应力-应变本构模型,同时考虑应变率效应的影响,通过模拟结果与试验结果的差异对比,分析了各个模型应用于火灾下钢框架结构倒塌模拟的有效性。理想高温应力-应变本构模型,会导致临界温度与失效模式模拟不准确,应用存在一定局限性;EC3高温应力-应变本构模型可较为准确地模拟准静态失效模式,但对于动力失效模式的模拟存在一定局限性;因此,对于准静态失效模式倒塌模拟,建议采用EC3或改进的EC3高温应力-应变本构模型;对于动力失效模式的倒塌模拟,建议采用改进的EC3高温应力-应变本构模型,并采用应变率效应增大系数（DIF）的方法以考虑应变率效应的影响。此外,通过四种钢材热膨胀系数模型的对比,进一步研究了钢材“相位变换”现象对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响。结果表明,虽然欧洲规范EC3给出了精细的热膨胀系数模型,但采用GB 51249取值的计算结果与试验符合更好,建议采用中国规范GB 51249的相关规定。     

石墨烯与锗衬底界面结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理,研究石墨烯与Ge衬底之间的界面结构。计算结果表明,在3种衬底Ge(111)、Ge(100)和Ge(110)上界面结合能有相同的规律,均在平衡距离为3.3时获得最低能量,平均每个碳原子的界面结合能分别为24.3meV、21.1meV和23.3meV;通过构造0~60°之间不同的界面夹角,发现一个高对称性的界面结构;相比本征Ge衬底,石墨烯与H钝化后Ge衬底之间的界面平衡距离增大,结合能降低;H钝化能有效地屏蔽石墨烯与Ge衬底之间的相互作用,恢复了本征石墨烯的电子性质,起到缓冲层作用。     

再生混凝土与钢筋粘结滑移性能的试验研究及力学分析

良好的粘结性能是确保再生混凝土与钢筋能够共同工作的前提条件。通过120个试件的拉拔试验,并结合非平衡态热力学与损伤力学的相关理论分析再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能。提出三段式的粘结滑移本构模型,对比表明该模型对实测粘结滑移曲线具有较好的模拟效果。分析了粘结破坏过程中的能量守恒与能量耗散特性,给出了耗散能与弹性变形能代表值的计算公式,探讨了初始弹性变形能与极限弹性变形能的关系,并基于本构破坏能,对影响粘结性能的因素进行了分析。提出相对损伤变量的概念,定义了界面相对损伤变量,推导出相对损伤滑移方程,分析了界面初始损伤、界面损伤发展阶段以及界面损伤的发展速度。研究结果可为推广应用钢筋再生混凝土结构提供基础研究资料。     

SiC陶瓷与Zn界面结合特性的第一性原理研究

低温焊接SiC陶瓷是金属/陶瓷连接领域非常重要的研究方向,而与之相关的理论研究相对匮乏,同时,通过实验手段难以描述金属/陶瓷界面原子之间的相互作用。为研究低温Zn基钎料与SiC陶瓷的界面结合方式,采用第一性原理方法,计算了Zn(0001)和SiC(0001)的表面能,6种不同堆垛方式的Zn(0001)/SiC(0001)界面模型的分离功,并分析了其中最稳定两种模型的电荷密度图、电荷密度差分图和Mulliken布局。结果表明:Zn/SiC界面只形成了Zn-Si离子键,Si终端孔穴型界面的Zn-Si键结合强度高于C终端孔穴型。     

2195铝锂合金热变形流变行为与热加工图研究

目的 研究2195铝锂合金在实验温度360~510 ℃、应变速率0.01~10 s⁻¹条件下的热压缩变形行为,建立其本构模型及热加工图,获取该合金的安全加工工艺参数。方法 采用Gleeble−3500热模拟试验机进行热变形实验,分析合金的流变行为及热加工图,结合微观组织阐述其热变形机理,并对所得最优参数进行热挤压实验验证。结果 2195铝锂合金的流变应力随变形温度增加而减小,随应变速率增加而增加;其热激活能Q为203.643 9 kJ/mol、结构因子A为1.943 9×10¹⁴、应力因子α为0.013、应变硬化指数n为5.883 9。确定合金的主要失稳区工艺参数区间为379~420 ℃、0.75~10 s^–1和480~510 ℃、1～10 s⁻¹,安全加工区间为440~510 ℃、0.01~0.25 s⁻¹。铸态2195铝锂合金的屈服和抗拉强度分别仅为(179±6)MPa和(239±11)MPa,经热挤压实验后分别达到(605±6)、(633±3)MPa,分别提高了3.5和2.6倍;铸态合金的显微硬度仅为(115±1)HV,热加工后型材达到(178±4)HV,相较于铸态合金增加了54%。结论 2195铝锂合金的流变行为符合正应变速率敏感特征,其安全加工区域集中在高温低应变速率区,主要发生了动态再结晶,实验型材在此区域表现出卓越的力学性能。     

提高芳纶及其与X4502基体体系界面的耐湿热性研究

以多环氧基化合物(Ag-80)和烯丙基化合物(3-氯丙烯)分别处理芳纶(Kevlar49)表面,可显着提高芳纶及其与X4502基体体系界面粘结的耐湿热性。     

采用BNi-7的Ti（C，N）基金属陶瓷与17-4PH沉淀硬化不锈钢的真空钎焊研究

采用镍基共晶钎料BNi-7对Ti（C,N）基金属陶瓷与17—4PH沉淀硬化不锈钢行了真空钎焊连接。研究了钎焊温度和焊缝厚度对焊接接头力学性能和微观结构的影响。结果表明,BNi-7对金属陶瓷粘结相具有较强的溶解能力,这是熔降元素（磷）能够在金属陶瓷侧大范围分布、钎焊接头获得良好界面结合的主要原因。随钎焊温度升高,磷在金属...     

复合SiO2粒子涂膜表面的超疏水性研究

采用溶胶-凝胶法制备不同粒径和形状的SiO2粒子,并利用氟硅氧烷的表面自组装功能制备了具有仿生类"荷叶效应"的超疏水涂膜.通过原子力显微镜、扫描电镜和水接触角的测试对膜结构及性能进行了表征,探讨了SiO2粒子的粒径和形状对材料微观结构,表面粗糙度和疏水性能的关系.结果表明,含单一粒径涂膜表面水接触角符合Wenzel模型;而复合粒子构成了符合Cassie模型的非均相界面,单纯的粗糙度因子不能反映水接触角的变化,复合粒子在膜表面的无规则排列赋予涂膜表面不同等级的粗糙度,使得水滴与涂膜表面接触时能够形成高的空气捕捉率和较小的粗糙度因子,这与在涂膜表面能形成自组装分子膜的氟硅氧烷共同作用赋予了涂膜超疏水性能.