二维A11100／Ti-6Al-4V／SiC FGM板瞬态热传导问题

引入二维A11100／Ti-6A1—4V／SiCFGM结构进行研究,根据热传导理论,从计算传热学的角度,研究第一类加热边界条件下FGM板瞬态温度场问题的有限元算法。采用变分有限元法和有限差分法推导出瞬态热传导有限元基本方程。应用有限元方法,编写计算程序,通过数值计算和分析,研究采用二维Alll00／Ti-6A1-4V／SiCFGM的热力学物性参数时二维FGM金属／金属／陶瓷平板在第一类加热边界条件下瞬态温度场随mx的变化规律．。     

对流换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析

用有限元法和有限差分法相结合的方法,分析了由 ZrO₂和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性瞬态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明:在精确计算瞬态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态温度场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态温度场分布均有明显的影响。此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据。     

双向梯度复合材料板瞬态热应力分析

该文通过编写一种8节点高阶双向梯度单元建立了结构的连续梯度有限元模型,采用细观力学方法结合混合律准则描述了双向梯度单元变化的热物理属性。分别采用有限单元-有限差分法和有限单元法分析了在循环热载荷作用下双向梯度板Al 1100/Ti-6Al-4V/ZrO2的瞬态热传导和热弹性问题,给出了温度场和瞬态热应力场的时间响应历程和空间分布形式。最后讨论了相关参数的影响规律,得到了一些重要的结论:冷却阶段更加容易萌生表面裂纹;沿x方向组分的分布形式影响了瞬态热应力的大小,但对其时间响应和分布形式影响很小;沿y方向组分的分布形式影响了瞬态热应力的时间响应和分布形式,但对其大小影响很小。     

SiC/Ti-6Al-4V复合材料界面反应的扫描电镜分析

采用扫描电镜分析了国产SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现不带C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应形成TiC和钛的硅化物,带有C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应仅形成TiC.观察表明C涂层的厚度差别较大.     

SiC/Ti-6Al-4V复合材料在横向拉伸载荷下界面失效行为的数值模拟

采用有限元模拟了SiC/Ti-6Al-4V复合材料冷却过程和横向拉伸试验过程, 横向拉伸试样采用十字形试样。分别建立了平面应力和轴对称有限元模型, 采用平面应力有限元模型计算环绕纤维圆周的界面微区应力分布, 预测界面失效机制。采用轴对称有限元模型分析复合材料界面脱粘过程以及残余应力对界面径向应力分布的影响。结果表明: 对于SiC/Ti-6Al-4V复合材料十字形试样,在横向拉伸载荷下的界面失效由径向应力导致,界面失效模式为法向失效, 剪切失效模式未发生; 十字形试样在横向拉伸载荷下界面初始脱粘位置处于界面中间; 随横向拉伸应力增加, 十字形试样的界面脱粘对称向两边扩展; 界面径向应力随残余应力降低而升高。     

超重力场反应连接制备TiB_2-TiC/1Cr18Ni9Ti和TiB_2-TiC/Ti-6Al-4V梯度复合材料

以1Cr18Ni9Ti、Ti-6Al-4V为金属基底,通过在B4C+Ti体系中引入CrO_3+Al铝热剂,调整反应体系绝热温度依次为3 193、3 282、3 290及3 473K,采用超重力场反应连接制备TiB_2-TiC/1Cr18Ni9Ti和TiB_2-TiC/Ti-6Al-4V梯度复合材料,发现随着反应绝热温度升高,陶瓷/金属界面区厚度不仅因金属熔深增加而增大,并且残存于界面上的Al_2O_3夹杂也随之增多。分别对B4C+Al体系与CrO_3+Al铝热剂进行配制、球磨活化、压制成坯并依次填料入坩埚后,发现残存于界面上的Al_2O_3夹杂完全消除,同时发现在TiB_2-TiC/1Cr18Ni9Ti界面上生成三维网络陶瓷/金属梯度复合结构,而在TiB_2-TiC/Ti-6Al-4V界面上形成跨尺度多层次梯度复合结构。     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响.结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC/C/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC/Ti-6Al-4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC/C/Ti-6Al-4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行.     

对流换热边界下梯度功能材料板瞬态热传导有限元分析

用有限元法与有限差分法相结合的方法，对处在对流换热边界条件下的梯度功能材料板的瞬态热传导问题进行了分析，并且通过对ZrO2和Ti－6Al-4V组成的梯度功能材料板对本方法的正确性进行了检验，最后给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布。数值计算结果表明：材料组成的分布形状系数M、环境介质温度和对流换热系数的变化对梯度功能材料板的瞬态温度场分布有明显的影响。本文结果为梯度功能材料的优化设计和进一步的热应力分析提供了理论计算依据。     

基于等几何有限元法的功能梯度板自由振动分析

基于一阶剪切变形板理论,建立了分析金属-陶瓷功能梯度板自由振动问题的非均匀有理B样条(NURBS)等几何有限元格式。功能梯度板材料属性沿厚度方向呈梯度连续变化。采用等几何有限元法,讨论了梯度指数、边界条件及长厚比对四种典型功能梯度材料(Al/Al2O3、Al/ZrO2、Ti-6Al-4V/Aluminum oxide和SUS304/Si3N4)板自振频率的影响。数值算例表明,等几何有限元法具有高精度和高收敛率优点,能有效求解功能梯度板的动响应。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学

SiC纤维增强Ti基复合材料(SiCf/Ti)容易发生界面反应,从而影响其力学性能.开展界面反应和动力学的研究,对于SiCf/Ti复合材料的制备和服役具有指导意义.采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应及其动力学,发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al-4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC,长期高温热处理使得界面反应加剧,TiC层加厚,当C涂层完全消耗后,界面反应层中除了TiC外,还出现了Ti3Si2.研究表明,界面反应层的加厚受元素扩散控制,服从抛物线规律,求出的动力学参数Q为268.8kJ/mol,k0为0.0057m/s1/2.     

孔隙率对金属-FGM-陶瓷复合ECBF板冷却变物性瞬态热应力的影响

功能梯度材料(简称FGM)是一种材料性质非均匀变化的特殊材料。根据热传导问题的基本方程,采用变分有限元法、有限差分法,结合算例,通过数值计算,最终得到冷却边界条件下夹FGM复合板瞬态热应力的分布规律,并主要研究孔隙率变化对FGM复合板瞬态热应力的影响。结果表明:当无限长板不能伸长、只能弯曲时,孔隙率对该变物性材料板瞬态热应力的影响比较显著。     

气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V三明治结构与性能评价

基于气体捕捉法制备泡沫钛三明治结构工艺,对以钢包套+Ti-6Al-4V板+Ti-6Al-4V粉的封装工艺制备的泡沫Ti-6Al-4V三明治结构预制坯进行了900℃下不同变形量的轧制,并进行了950℃/10h的等温发泡。通过SEM对不同状态的三明治结构芯部孔洞状态进行观察和测量,探究了轧制变形量对泡沫Ti-6Al-4V三明治结构预制坯等温发泡行为的影响。结果表明:轧制主要是以沿轧制方向拉长孔洞和增加孔洞连通的方式影响泡沫Ti-6Al-4V三明治结构芯部,且轧制变形量越大越严重,但对孔洞内壁形态及孔洞在垂直于轧向平面内的形态未产生影响。当预制坯轧制变形量为80%时,经等温发泡成功制备了面板厚度为362μm,芯部孔隙率达到40%的泡沫Ti-6Al-4V三明治结构,其在高应变速率下抗压强度达到824.8 MPa,400℃下热导率仅为致密金属的52.8%。     

梯度功能材料薄板瞬态热弹性弯曲有限元分析

用层合板有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的新型梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力问题,并对本方法的正确性进行了检验。讨论了加热、 冷却热边界条件以及两种力学边界条件(固支和简支)对梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力分布的影响。发现：(1) 在加热过程中,简支板低温金属侧出现较大压应力;在冷却过程中,简支板高温陶瓷侧出现较大拉应力; 且其拉、压应力会随着板上、下表面温差的增大而增大。(2) 无论是简支板还是固支板, 在冷却过程中,沿整个厚度板内部压应力均较大。(3) 在本文的相同条件下,固支板比简支板更适合高温、大温差的使用环境。     

TI-6Al-4V合金置氢-除氢组织与力学性能

为研究除氢处理对置氢钛合金组织与性能的影响,对Ti-6Al-4V合金在不同参数条件下进行了置氢与除氢处理,采用光学显微镜分析了置氢-除氢处理过程中Ti-6Al-4V合金微观组织的演化规律,通过室温拉伸试验研究了置氢-除氢处理后Ti-6Al-4V合金的力学性能,探讨了Ti-6Al-4V合金置氢-除氢组织与力学性能之间的相...     

梯度功能材料薄板瞬态势弹性弯曲有限元分析

用层合板有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的新型梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力问题,并对本方法的正确性进行了检验。讨论了加热、冷却热边界条件以及两种力学边界条件（固支和简支）对梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应中国科学院分布的影响,发现：（1）在加热过程中,简支板低温金属侧出现较大压应力;在冷却过程中,简支板高温陶瓷侧出现较大拉应力;且其拉、压应力会随着板上、下表面温差的增大而增大。（2）无论简支板还是固支板,在冷却过程中,沿整个厚度板内部压应力均较大。（3）在本文的相同条件下,固支板比简支板更适合高温、大温差的使用环境。     

Ti-6Al-4V钛合金细晶组织的应变疲劳行为研究

研究了Ti-6Al-4V钛合金细晶等轴组织的应变疲劳性能及其断裂行为.实验结果表明,Ti-6Al-4V铁合金的应变疲劳的过渡疲劳寿命Nt约为560个循环周次,其疲劳行为具有非常明显的循环软化特性.在不同应变幅测试条件下,均为多源疲劳萌生模式.Ti-6Al-4V合金应变疲劳断口表面大量的二次裂纹特征说明该合金具有优异的应变疲劳性能.     

对流换热边界下梯度功能材料板瞬态热传导有限元分析

用有限元法与有限差分法相结合的方法 ,对处在对流换热边界条件下的梯度功能材料板的瞬态热传导问题进行了分析 ,并且通过由ZrO2 和Ti 6A1 4V组成的梯度功能材料板对本方法的正确性进行了检验 ,最后给出了对流换热边界下的瞬态温度场分布。数值计算结果表明 :材料组分的分布形状系数M、环境介质温度和对流换热系数的变化对梯度功能材料板的瞬态温度场分布均有明显的影响。本文结果为梯度功能材料的优化设计和进一步的热应力分析提供了理论计算依据。     

基于气体捕捉法的泡沫Ti-6Al-4V等温发泡规律研究

为了确定气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V等温发泡过程中孔隙率和微观孔洞的变化规律,在不同发泡温度及发泡时间下制备了泡沫Ti-6Al-4V.运用阿基米德原理对泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率进行测量,通过OM和SEM对其微观特征进行观察.研究表明:泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率及孔径均随等温发泡温度升高而增加;但当发泡温度大于950℃时,孔隙率和孔径均减小,且孔洞形态由球形变成多边形,这是由于基体内生成大尺寸β相造成的.增加发泡时间能以促进孔洞长大的方式提高泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率,球形孔洞数量随着发泡时间的增加逐渐增多.经950℃/10 h发泡得到了孔隙率34.2%、孔径平均值156μm、孔洞为球形且分布弥散的泡沫Ti-6Al-4V.     

脉冲电流对0.27%置氢Ti-6Al-4V合金变形行为的影响

对0.27%(质量分数)置氢Ti-6Al-4V合金进行压缩试验,对断口进行观察与分析,研究了脉冲电流对其变形行为的影响。结果表明,脉冲电流使0.27%置氢和未置氢Ti-6Al-4V合金的变形抗力降低和压缩延伸率提高。脉冲电流产生的焦耳热效应,是影响0.27%置氢Ti-6Al-4V合金力学性能变化的主要原因。由于电致塑性效应的影响,Ti-6Al-4V合金的断裂形式由延性脆性沿晶断裂向准解理穿晶断裂转变,但是对于0.27%置氢Ti-6Al-4V合金,由于在低温条件下氢脆的影响其准解理断裂特征不如未置氢Ti-6Al-4V合金的明显。     

SiC/DLC过渡层对类金刚石薄膜力学性能的影响

采用等离子体浸没离子注入及沉积技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备了类金刚石薄膜和含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜。采用拉曼光谱及扫描电子显微镜分析了薄膜的成分和结构,并利用超显微硬度计、薄膜结合力测试仪和往复式摩擦实验机研究了薄膜的硬度、韧性、膜/基结合力和耐磨性。研究结果表明,SiC/DLC过渡层可以提高钛合金(Ti6Al4V)表面类金刚石薄膜的韧性及膜/基结合力,与未制备过渡层的类金刚石薄膜相比,含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜的耐磨性明显提高。