等离子熔射快速制模中熔射层沉积过程的数值模拟

采用数值计算方法模拟了熔射层的生长以及孔隙的形成。针对实际应用中熔射角不为90°的工况,采用空间粒子轨迹模型处理飞行过程中的粒子。根据所建立的熔射粒子堆积规则,开发了数值计算程序,模拟了熔射层生长过程及孔隙率,所得结果与实验规律吻合。     

镍涂层复合板拉延过程的数值模拟

采用有限元动力显式算法模拟了电沉积镍涂层复合板的拉延成形过程,得到了涂层与基体的应力应变场,计算结果和其他方法及试验进行了一定的比较。涂层与基体采用Belytschko-W ong-Ch iang四节点壳单元,模具与压边圈采用刚体壳单元。基体采用随动强化模型,涂层与基体结合界面采用固连断开接触。对该材料的拉延模拟计算表明,该涂层与基体在拉延成形过程中不会出现界面失效,但涂层在拉延过程中的应力变化比基体复杂,且涂层的等效塑性应变与基体相差较大,说明涂层的拉延过程比基体复杂。计算出的冲压力曲线可供拉延工艺参考。     

电热爆炸喷涂层温度场的数值模拟

涂层／基体的结合强度取决于涂层与基体间的热接触作用,尤其是第一层涂层与基体的相互作用。分析电热爆炸喷涂层的温度场特点,建立温度场模型,并对不锈钢基体上电热爆炸喷涂Al涂层进行了温度场的有限元数值模拟。给出了涂层和基体温度场随时间的变化规律。分析不同界面热阻对温度分布以及凝固过程的影响。结果表明涂层组织将在基体表面由于快速凝固而得到细化,仿真结果对于试验具有一定的指导意义。     

板材多点分段成形工艺的数值模拟研

利用有限元法对板材多点分段成形工艺进行了多工步成形的模拟分析,对多点分段成形过程中金属流动规律及过渡区的变形特点进行了研究,就不同重叠区面积对成形结果的影响进行了对比,并模拟了采用变形协调区的多点分段成形过程。模拟结果表明板料中心曲率值偏低以及强制变形区和过渡区交界处的曲率突变是限制多点分段成形的主要因素。有重叠区的多点分段成形可减缓强制变形区与过渡区交界处的曲率突变现象,但未完全消除剧烈的塑性变形。采用变形协调多点分段成形方法可减缓曲率变化速率,避免局部剧烈塑性变形的发生,并且得到表面质量良好、变形均匀的制品,实现利用小设备成形大型件的目的。     

基于材料性质转换的金属粉末直接选区激光烧结温度场数值模拟

基于MSC.Marc非线性有限元分析软件,建立金属粉末直接选区激光烧结过程的温度场有限元分析模型。模型中考虑了粉体—实体转化过程中热导率等物理性质随温度的非线性变化规律。对于表面对流和辐射散热条件,采用修正系数的方法,考虑激光冲击加热作用引起的极大温度梯度的影响。同时还采用在不同载荷步之间转换单元材料物理性质,以考虑激光烧结过程中的局部热源输入作用。对采用在不同载荷步之间转换单元材料物理性质的方法和不采用此方法进行模拟对比研究,结果表明：前者在烧结开始时在光斑中心附近具有极大的温度梯度,这与试验结果一致;前者热传播的主要范围集中在已烧结区域,而后者热传播的范围则是整个粉床;前者进入稳态烧结后光斑中心温度变化趋于平缓,而后者的光斑中心温度一直持续上升。这主要是由于已烧结部分的材料热导率比未烧结部分的粉末高约100倍造成的。     

斜角切削过程的数值模拟

借助于通用有限元软件ANSYS模拟出斜角切削的动态过程,并在此基础上对切削变形进行了研究,提出了一种获得剪切角的新方法。通过仿真计算和快速落刀试验,验证了该方法的可行性。     

覆膜材料激光加工快速成形三维温度场数值模拟研究

系统地分析了覆膜材料激光加工的原理，通过分析各参数对温度的影响，得到了温度场的计算模型，并对覆膜材料的选择性激光烧结成形温度场的分布变化进行了数值模拟计算，分析了烧结过程及热物性参数之间的变化关系。利用有限元方法对温度场进行模拟，建立合理的有限元模型，得到了烧结件的温度变化趋势，并用热电偶测温系统实测温度验证计算结果，从而可以提高制件的精度。     

Ti（C,N）涂层刀具切削磨损数值模拟分析

模拟了在相同切削条件下Ti（C,N）涂层刀具和未涂层刀具切削温度变化情况.验证了Ti（C,N）涂层材料能降低切削力、减小切削热,保护切削刃,避免产生崩刃的作用;验证了刀具前刀面靠近主切削刃处容易磨损是由于在高速切削加工中,切削温度高,导致粘结、氧化和扩散磨损加剧造成的.     

等离子喷涂NiCrAl涂层残余应力模拟分析

建立了模拟涂层残余应力的数学模型,对等离子喷涂不同厚度NiCrAl涂层的残余应力进行了模拟,结果表明:由于涂层与基体的热膨胀系数不匹配等原因,在界面等区域存在严重的应力集中;涂层内部的残余应力水平,随涂层厚度增加而增加;涂层中的轴向应力、径向应力和切向应力主要为拉应力,径向应力是最主要的应力.     

扭转复合微动的数值模拟

扭转复合微动是扭动和转动模式微动的复合.以实验研究为基础,在有限元软件ABAQus中建立三维球/平面接触弹塑性有限元模型,通过改变球体旋转轴与平面试样法向的倾斜角度α,实现球/平面接触的扭转复合微动.恒定法向载荷作用下,通过对角位移θ分量做量纲-化处理,建立倾斜角α与完全滑移角位移幅值θ0的函数关系,分析倾斜角对接触状态、接触压力、摩擦剪应力及滑移量的影响规律.结果表明:角位移θ0随倾斜角的增大而减小,并符合量纲-扭动转动分量平方和为一的规律;倾斜角α显著影响接触面力学参数的分布,与纯扭动和纯转动相比,损伤呈现明显的非对称性.     

方盒形件拉深成形无网格法模拟

针对板材冲压成形有限元模拟存在的不足,采用一种新的数值方法——无网格法对方盒形件拉深成形进行数值模拟研究。建立基于无网格法的板材冲压成形力学控制方程。采用材料形函数避免影响域和形函数的频繁更新。通过改造无网格形函数获得动可容形函数,该形函数具有插值性,通过对全域内的节点形函数进行重新构造,可精确施加复杂问题的本征边界条件。利用模具上分布的节点建立矩阵,利用矩阵的特性可实现接触搜索。在此基础上,为提高接触搜索效率,提出建立稀疏"矩阵"数据结构加快接触搜索。编写板材冲压成形无网格模拟程序,实现方盒形件拉深成形无网格法模拟。通过盒形件冲压成形无网格数值模拟考察压边力对盒形件冲压成形过程的影响,获得厚度分布和应力应变分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,表明采用无网格法模拟板材冲压成形是有效的。     

有限元软件SYSWELD在焊接数值模拟中的作用

本文对数值模拟技术的应用和发展作了展望。介绍了大型有限元软件 SYSW ELD 在焊接数值模拟中的应用     

超硬镀膜轴承滚动体的内应力及膜厚对其影响的有限元分析

本文应用三维有限元方法，分析计算了沉积超硬涂层的轴承滚动体的内应力及膜厚对内应力分布规律的影响；揭示了在接触区附近，涂层内应力呈局部凹凸面分布，界面附近的底材内应力呈＂礼帽＂型分布；并且当涂层厚度增大时，膜内最大应力减小，底材内最大应力却增大。涂层厚度一般不宜超过８μｍ．计算结果为超硬涂层轴承设计提供了理论参考．     

线圈径向导热系数的实验测定和数值模拟

研究线圈的导热系数,对于线圈的浇注、固化等过程有着重要的指导作用.基于稳态传热法基本原理,通过自设实验装置对模拟线圈径向导热系数进行了测定和计算,得出线圈(不含导线)的导热系数λ为0.3W/(m·K),并用数值模拟验证了其正确性.     

滚动轴承动态接触特性数值模拟中若干问题

滚动轴承运转过程中的动态接触特性与轴承使用寿命密切相关,目前主要是利用各种数值模拟技术开展轴承动态接触行为研究。通过在ANSYS/LS-DYNA研究平台上开展不同模型设计参数下滚动轴承动态接触特性的数值模拟研究,考察材料模型的设计、边界约束模式的选择和单元大小的定义等因素对数值模拟结果的影响情况。研究结果表明,由刚性体内外圈模型计算得到的滚子组最大应力仿真结果明显大于由弹性体内外圈模型得到的结果,且载荷方向上轴心位移变化起伏较大;采用外圈转动、内圈固定的边界约束模式时,轴承各组件上的最大动态接触应力值以及轴心在载荷方向的位移均高于采用内圈转动、外圈固定约束模式时的求解结果;单元大小也明显影响最终的动态模拟结果,较小单元尺寸下得到的应力结果明显大于较大单元尺寸下的模拟结果。研究结论可以为轴承动态接触特性数值模拟过程中模型构建方案的合理确定提供参考。     

钢丝绳股内钢丝应力—应变分布的计算模型及数值模拟

应用微分几何理论及利用ANSYS软件进行6×7IWS钢丝绳的几何建模和有限元建模,进行6×7IWS右同向捻和右交互捻两种钢丝绳模型对比,从几何结构上得出规律性结论,对两类钢丝绳确定相同的边界条件进行有限元计算。结果显示了两种捻向组合下钢丝绳股内钢丝应力分布及应力值的区别。对照几何模型的分析,得出相关性规律,同向捻制钢丝绳股内钢丝的应力变化幅度高于交互捻钢丝绳,应力变化周期同向捻高于交互捻,绳股中钢丝所处的位置不同,钢丝的应力也有很大差别,在一根钢丝中,应力分布与该丝所处的捻绕位置有很大相关性。通过试验验证分析结论,与模拟结果基本相符。     

真空热处理炉温度场的有限元数值模拟

提出了一个描述真空热处理炉温度场的非线性有限元模型,该模型综合考虑了辐射传热、材料热物性随温度变化等非线性因素的影响。利用有限元软件MSC.Marc对400kW立式真空热处理炉的温度场进行了模拟计算。对炉温均匀性进行了实验测量,模拟结果与实验结果吻合较好。由此提供了一种良好的真空热处理炉虚拟生产手段,为真空热处理工艺参数优化奠定了理论基础。     

三层复合结构热无损检测的建模与有限元仿真

论述三层复合结构板热无损检测(TNDT)的建模和基于有限元法的计算机仿真。在柱坐标系下建立三层复合结构板TNDT的数学模型;讨论用有限元法求解轴对称结构的瞬态热传导问题。利用有限元分析软件ANSYS模拟了热无损检测信息参数随缺陷大小和深度的变化,深入地分析缺陷参数(如大小和深度)与信息参数(如最大温差和最大对比度)的基本关系。结果显示,在缺陷深度一定时,最大温差与缺陷半径成正比,最大对比度与缺陷半径成正斜率的线性关系;而在缺陷半径一定时,最大温差和最大对比度与缺陷深度分别成一定的非线性函数关系。其研究结果为制定飞机上铝胶接结构板的热无损检测方案提供了有益的参考。     

粘贴吸声材料的结构表面声辐射数值仿真

在结构外表面敷盖吸声材料是空气或水下航行器的减振降噪的关键技术之一。本文从 Helmholtz波动方程出发 ,导出了考虑结构表面有声阻抗材料时的边界元方程形式。在此基础上 ,利用 Visual C++语言编写了复杂边界的振动结构辐射噪声的边界元程序 ,并比较了某一振动壳体当外表面分别为硬边界和吸声材料时的计算结果     

热障涂层在多次热循环作用下残余应力的模拟

采用热弹塑性有限元方法,对热障涂层多次热循环降温过程中由于热梯度和材料参数不匹配而产生的残余应力进行了数值模拟,分析了平面和曲面的界面形貌对界面残余应力的影响.结果表明,在相同材料参数情况下,陶瓷层与粘接层的界面形状对残余应力及结构稳定状态有显著的影响,凹凸不平的界面将会使界面残余应力发生突变,不利于增强界面结合强度和涂层结构的热稳定性.该结果对分析涂层寿命及失效机制有指导意义.