机械结构模拟试验中原型与模型的力学关系分析

针对机械结构设计中模拟试验的需要,定义了模拟试验中的原型和模型.在模型与原型材料不同的情况下,建立了原型与模型间的应力场、应变场及位移场的相互转化关系,利用所得的转化关系将模拟试验中得到模型的力学参量直接转化到原型上,以液压缸的模拟为例进行了转化计算.     

模拟试验中原型与模型力学关系的探讨

针对机械结构设计中模拟实验的需要,定义了模拟试验中的原型和模型。在模型与原型材料不同的情况下,建立了原型与模型间的应力场、应变场及位移场的相互转化关系,利用所得的转化关系将模拟试验中得到模型的力学参量直接转化到原型上,以液压缸的模拟为例进行了转化计算。     

基于有限差分法的铸件凝固过程热应力场数值模拟的研究

基于有限差分法（FDM）对铸件凝固过程执应力场进行了三维数值模拟研究，开发了基于微机和Windows平台的通用FDM／FDM铸件热应力场数值模拟原型系统。并采用典型应力框试件和实际铸件对所开发的系统进行了验证同叶进行了涤注试验。并测量了试件的残余应力。结果表明该系统可以用来模拟铸件残余应力的形成和预测热裂产生的倾向。对铸造应力应变分析与传热分析使用同一FD离散模型，避免了采用不同模型进行热—力耦合分析时的结点匹配问题，减小由此产生的单元温度载荷传递误差；同时使得流动场、温度场、应力场数值模拟统一于差分格式下。     

三流连铸中间包钢水流场的数学物理模拟

应用商业软件CFX及水力学模型,对三流连铸中间包钢水流场进行了模拟研究,分析比较了原型中间包和改造后中间包内钢水的流动状态。结果表明:数值模拟与水力学模型结果相符;原型中间包内存在明显的短路流,死区比例大,均超过了50%;通过改造中间包控流装置后,中间包内钢水流动状态得到了明显改善,死区体积比例大大降低,死区比例均控制在20%以内,最低的仅为9.41%。通过现场试验发现:中部水口出口与边部水口出口的钢水温差最大值由改造前的5℃减小到2℃;事故率明显降低,达到了预期的冶金效果。     

金属熔体凝固微观组织模拟的相场方法研究

全面阐述了现有的金属熔体凝固微观组织模拟的相场模型:纯物质、二元合金理想溶液或正规溶液和稀溶液相场模型,指出构造适合于具有复杂溶液模型的金属熔体凝固微观组织模拟相场模型的必要性.提出采用相图计算热力学模型构造相场模型中的体系自由能,并对相场参数做出相应修正,建立了能对具有复杂溶液模型的金属熔体凝固微观组织进行准确模拟的相场模型.利用该相场模型对Ti-Al金属熔体中晶体的自由生长和定向生长进行了模拟,得到许多与试验观察和理论分析相一致的结果.     

干涉配合铆接镦头尺寸与干涉量关系

基于塑性成形原理和等体积变形法建立了铆接镦头尺寸与干涉量关系的理论模型，采用ABAQUS有限元软件建立了铆接过程的数值模拟模型，设计了3组与仿真模型参数相同的铆接试验，根据建立的镦头尺寸与干涉量的关系模型，对仿真和试验结果的干涉量进行了对比分析。结果表明，仿真和试验干涉量分布规律一致，数值模拟得到的相对干涉量与考虑上板变形时得到的相对干涉量误差为9.54%,比不考虑上板发生塑性变形时的误差小近20%;3组压铆试验测得平均干涉量与压铆仿真模拟的理论计算值误差小于10%,进一步验证了镦头尺寸与干涉量关系模型的正确性和有效性。     

对铸件三维充型模拟的计算速度研究

现在基于计算机模拟的铸造过程流场研究主要是利用SOLA—VOF法进行流场计算，传统的求解方法在求解的过程中因迭代次数过多，导致求解速度过慢。在模拟计算过程中首先利用已知速度求出压力场，再利用压力场求出速度场，避免了压力与速度同时迭代，提高了计算速度。为了验证方程的正确性，进行了水力模拟试验，试验结果与数值模拟结果吻合很好。     

基于序参量梯度的改进相场模型及对大尺度体系马氏体相变的模拟研究

基于序参量变化在界面区域远大于非界面区域的特性,构造了全局修正函数,建立了适用于可调尺度体系马氏体相变模拟的相场模型。在不改变界面能密度的情况下,通过调整界面区域的体积自由能密度差与梯度能系数,有效增大了原相场模型中的界面宽度,实现了大尺度下的高效模拟,并能很好地表征马氏体相变。结果表明,改进后的相场模型能很好地解决原相场模型在大尺度体系模拟时存在的如生长速率过快、位向关系不合理及组织形貌杂乱无序等问题,模拟结果与实验结果符合较好。     

铍/不锈钢热等静压浓度场的计算机模拟

为了优化热等静压扩散连接的工艺参数 ,应用有限元计算法建立了合理的数学模型 ,对 930℃ / 6 5MPa热等静压条件下不同时刻的铍 /不锈钢扩散连接的浓度场进行了计算机模拟。然后将 2 .5h热等静压扩散焊浓度场的模拟结果与试验测定结果作了分析比较 ,在此基础上进一步探讨了扩散宽度与扩散时间的关系。结果表明 ,模拟的浓度曲线与试验测定结果基本吻合 ,扩散宽度与扩散时间成抛物线关系     

铝液负压渗流过程的模拟试验

根据相似原理,采用模拟试验的方法研究了与铝液相似的模拟液在负压作用下渗流动力学规律。实验得到了控制铝液渗流过程的相似准则为：对直径１．５～３．５ｍｍ的颗凿介质为Ｆｒｏｕｄｅ准则,对直径０．５ｍｍ的颗粒介质为Ｒｅｙｎｏｌｄｓ准则。在相似准则指导下,原型铝液和模型中模拟液的渗流过程是相似的。     

二元合金等轴枝晶生长相场模拟

在传统纯物质相场模型的基础上，对其中的体系自由能进行重新构造，得到一个紧密联系相图且综合考虑了传热、溶质扩散、界面能各向异性和界面动力学各向异性等适用于二元合金枝晶生长的新相场模型，并利用该模型结合一种能显著提高计算效率的“临界面点相场大梯度计算域控制法”，对AJ-7Si合金在初始过冷度分别为35K和50K的过冷熔体中等轴枝晶生长进行了模拟，得到许多与试验观察相符合的结果；同时在枝晶生长过程中跟踪枝晶主轴尖端，获得其尖端半径和尖端速率，发现随着凝固时间的增加，逐渐收敛，直到枝晶达到稳定生长，而且通过简化KGT模型计算的枝晶尖端的生长速率与模拟值相近。另外，就过冷度对等轴枝晶生长的影响进行了分析。     

扩散界面场变量模型模拟晶粒长大过程

采用扩散界面场变量模型模拟二维晶粒长大的动力学过程，利用该模型可以避免常规方法中由于格点离散化带来的晶粒长大各向异性，并通过建立晶界能与梯度能量系数间的关系模拟得到了异常晶粒长大过程的微观组织演化图模拟结果得出的晶粒形态、动力学和拓扑学结构特征等与已有的实验结果和理论分析一致．     

过冷熔体定向凝固过程枝晶生长的相场法模拟

利用二元合金相场模型与溶质场进行耦合计算，以Al-4．5％Cu合金为例模拟了二元合金定向凝固的枝晶生长过程。研究了不同过冷度下二元合金过冷熔体定向凝固时枝晶的演化过程及其溶质场的分布情况。结果表明：利用相场模型可以逼真地模拟枝晶的生长过程，以及界面形貌从平界面向柱状晶生长的转变，可再现枝晶演变过程中相互之间的竞争生长和熔合现象。     

钛合金筒形件真空热胀形壁厚效应的数值模拟

建立了钛合金筒形件真空热胀形的二维非线性热力耦合有限元模型。使用有限元软件MSC-Marc对钛合金简形件真空热胀形过程进行数值模拟。计算了钛合金筒形件真空热胀形过程的温度场和变形场，并进行了相应的实验验证。模拟结果与实验结果吻合较好。用建立的模型对真空热胀形过程中钛合金筒形件壁厚效应进行数值模拟，讨论了一定工艺条件下钛合金筒形件壁厚与弯曲角度、胀形量和残余应力之间的关系，为实际生产中制定和优化钛合金筒形件真空热胀形工艺参数提供理论与实践依据。     

基于Projection VOF方法的熔模铸造蜡模充型过程数值模拟

针对熔模铸造蜡模充型过程数值模拟软件自主开发，建立了流动场和温度场数学模型，采用Cross-WLF粘度模型描述蜡料的流变性能，基于Projection VOF方法进行蜡料流动过程速度场、压力场以及自由表面的求解。通过试验测量获取了K512型蜡料的热物理性能和流变性能的相关数据，拟合得到粘度模型参数。分别在蜡料常粘度和变粘度模型两种条件下对扳机铸件蜡模充型过程进行模拟，结果表明，所建立蜡模充型过程数学模型能较好地描述蜡料的动态流变特性和传热行为。     

摩擦焊接过程数值模拟技术研究进展

根据摩擦焊接过程数值模拟存在的主要难点,重点介绍了摩擦焊接热输入、焊合区金属塑性变形、以及焊接过程主要参量场,如温度场、应力应变场有限元热力耦合分析的几种模型及其研究进展。文献研究表明,目前摩擦焊接过程物理参量场的数值模拟主要采用二维、非稳态、变物性模型。一般忽视辐射及对流换热。焊接界面上热流量可以根据扭矩曲线或摩擦系数分布曲线计算,热流分布采用均布或线性假设,近年来有关学者直接根据焊接材料的性能数据和设定的焊接规范参数进行摩擦焊接过程特征参量及相应物理参量场的模拟研究工作,并模拟了摩擦焊接过程的两种产热模型及其转化规律（摩擦初期的摩擦产热与摩擦后期的塑性变形产热）。     

场变量模型在材料微观结构演化中的应用

采用场变量模型来模拟材料微观结构的演变过程取得了非常大的进展，已成为描述材料微观结构演化的非常成功的模型之一。通过定义一系列高阶可微的保守场和非保守场变量来表述微观组织的空间分布，采用计算机模拟来描述这些场变量的变化路径，从而很好地预测及控制微观组织演化过程。本文详细介绍了场变量模型的基本原理及其在材料科学与工程各领域应用的最新进展。     

薄铝板淬火换热系数求解

针对薄铝板淬火过程，本文采用不同函数形式描述淬火换热系数，并借助ABAQUS有限元软件进行温度场和位移场模拟，得到换热系数和位移场的关系。基于试验所得翘曲位移反求换热系数，并对所选取的函数形式进行了优选。     

球形电极电阻点焊过程的热力耦合分析

基于有限元理论建立了球形电极电阻点焊过程的电热力耦合模型，以ANSYS软件为平台分析了点焊的预压以及熔核的形成、长大及断电冷却过程。模拟得到了焊接过程中温度场、应力应变场的分布以及接触面积的变化，经过试验验证了所建电热力耦合模型的正确性。     

凝固过程小晶面枝晶生长的相场法模拟研究进展

基于Eggleston等人提出的小晶面枝晶生长的相场模型,阐述了国内外采用相场法模拟小晶面枝晶生长的研究现状,对不同的模拟结果进行了分析讨论。结果认为,相场模型的取值还存在较大的人为因素,需要设计相对理想、简单并且可以控制的试验,确定相场参数和实际材料及环境参数的精确联系,避免计算的人为因素,保证模拟结果的精确性。