恒热流加热条件下烧蚀过程的解

对恒热流加热条件下物体表面的烧蚀过程进行近似理论分析计算.烧蚀过程中的烧蚀界面位置随时间移动,其位置未知且是解的-部份,在移动的界面上须满足能量平衡条件.将烧蚀过程分为物体的预热使加热表面达到熔解温度阶段和开始烧蚀阶段,分别对两阶段的温度场进行理论分析,利用移动界面上的能量平衡条件,建立烧蚀移动界面的运动控制方程.该方程是一阶非线性常微分方程,通过数值计算得到在不同热流条件下烧蚀界面的移动规律.利用该方程可方便地确定任意时刻的烧蚀进度,可为烧蚀过程的控制提供理论依据.     

大型铸铁件的电渣焊补

一、电渣焊的实质及特点电渣焊是一种以电流通过溶渣时产生的电阻热作为热源的熔化焊接方法。其过程如图1所示,首先以石墨板型砂在缺陷的周围造型以容纳熔剂和熔化金属。工件与手把(电极)分别接焊接电源两极。焊接时,先往型内加入少量熔剂,然后以电极触及型的底部引弧,利用电弧加热熔化剂为熔渣,不断地加入熔剂并使其熔化,在建立了一定的渣池之后,电弧过程遂转变为电渣过程,在渣池电阻热的作用下,加热工件并使缺陷底部金属熔化,然后将填充金属(铁屑)分批加入渣池之中,     

直流电阻对焊接头变形和界面污物清除率研究

采用塑性变形理论和刚粘塑性材料模型研究了直流电阻对焊接头的塑性变形。建立了焊接接头变形区域内材料质点速度场和位移场的数学模型，导出了计算接头变形及接合界面污物清除率的公式。对焊接条件下接头的塑性变形和界面污物清除率进行了计算，并与实际接头外形进行了比较。结果表明，计算所得接头变形与实际接头变形基本相符，所得模型能较好描述塑性区内质点的运动规律。界面质点的运动规律也与试验研究结果相符。     

超润滑石墨表面的光谱表征研究

为探寻解决微/纳机电系统中摩擦和磨损等界面效应问题的理想新方法,研究了石墨接触界面对石墨超润滑的影响及阻力来源。首先,利用电子束曝光、反应离子束刻蚀等微加工方法制备了微米级石墨平台,并使用微纳机械手推动石墨平台获得了具有超润滑特性的石墨表面。然后使用拉曼光谱、纳米级红外光谱和原子力显微镜对获得的超润滑石墨表面进行表征。最后使用了能谱仪对石墨平台进行了微区元素分析。结果表明,超润滑石墨表面具有原子级光滑的平整度,并具有极高的有序度,而石墨表面的边缘具有多种缺陷并在加工过程中及大气环境中吸附了多种分子,边缘的氧原子含量比面内氧原子含量高出了24.2%。推动石墨平台的过程中,边缘吸附分子会阻碍超润滑石墨接触界面发生相对滑动,克服这些分子的吸附需要能量,这成为摩擦阻力的来源。     

电磁轨道炮电枢接触界面温度场仿真研究

电磁轨道炮的电枢与轨道界面热特性影响枢轨接触状况和其系统发射性能.对轨道炮枢轨界面的摩擦因数和界面间的接触电阻特性进行分析;建立由焦耳热和摩擦热引起的瞬态温度场仿真模型,并进行有限元求解;依据试验回收电枢的接触表面状况,对电枢接触面经历的温度分布及变化特性进行分析.结果表明:从电枢头部至尾部,焦耳热分布呈现梯度分布,聚集在尾部局部的热量对电枢损伤严重;摩擦热只分布在接触界面的薄层区域内,随着电枢的滑动和磨损,摩擦热耗散在铝熔层上,因而对电枢热性能影响较小.     

柴油发动机油箱锡青铜浮子接触片失效原因分析

针对柴油发动机油箱锡青铜浮子接触片失效的问题,采用SEM和EDS对该浮子接触片分别进行了表面形貌和成分分析。结果表明,浮子接触片失效的原因是由于硫化学腐蚀生成腐蚀产物,使得接触电阻增大而产生热烧蚀,同时引起接触片表面产生机械磨损。     

焊接速度对电弧增材熔池流动及焊道形貌影响的数值模拟研究

焊接速度对电弧增材成形过程中传热传质以及焊道成形有重要影响，为探究其影响机理，建立TIG电弧增材成形过程的三维瞬态数值模型，采用VOF方法追踪熔池自由界面，研究不同焊接速度下单道熔积成形过程中的传热及熔池流态，并分析焊接速度对单道焊道形貌的影响。数值模拟结果表明，随着焊接速度减小，熔池的热积累增强，体积增大，熔池表面峰值温度提高，弧坑深度也加深；同时，在电磁力和熔池表面力的共同作用下，熔池表面流速峰值随焊接速度减小而减小，熔池内部流速增大，对流更充分。此外，随着焊接速度减小，成形焊道的宽度和高度均有不同程度的增加。相同条件下的试验与数值模拟的焊道轮廓对比验证了数值模拟结果的有效性，研究结论可为电弧增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据。     

柴油发动机油箱锡青铜浮子接触片失效原因分析

针对柴油发动机油箱锡青铜浮子接触片失效的问题,采用SEM和EDS对该浮子接触片分别进行了表面形貌和成分分析.结果表明,浮子接触片失效的原因是由于硫化学腐蚀生成腐蚀产物,使得接触电阻增大而产生热烧蚀,同时引起接触片表面产生机械磨损.     

传热界面真实接触面积计算与分析

在热流通过两相互接触材料尤其是金属材料的界面时，真实接触面积是界面传热的一个主要影响因素。当承受大应力的两接触体之间具有相对滑动或相对滑动趋势时，粗糙表面在压力和粘着力及剪切力的作用下接触粗糙峰发生弹性、弹一塑性或完全塑性变形，真实接触面积与压力之间的关系随变形机制而发生变化，在力的作用下材料的变形机制由表面微观几何形貌和力学性质决定。计算表明，单个粗糙峰接触面积与载荷的关系受变形机制的影响，粘着力对接触面积的影响可以忽略，表面相对滑动将增加真实接触面积。     

过盈配合接触界面的研究

通过W-M函数建立具有分形特征的等效粗糙表面与刚性平面的接触模型,模拟压缩机叶轮与轴过盈配合下界面的接触。将接触模型导入到有限元软件Ansys中,分析接触模型接触面积、接触压力、滑移面积、粘着面积与变载荷的关系和表面路径上的应力与变形。结果表明,接触时只有个别较高的微凸体发生接触,微凸体肩部区域的应力较大,微凸体中心位置变形量最大,接触界面在一定的法向载荷下接触面积减小,粘着面积增大,配合件发生了宏观的变形。     

Effects of thermal contact resistance on film growth rate in a horizontal MOCVD reactor

Effects of thermal contact resistance between heater and susceptor, susceptor and graphite board in a MOCVD reactor on temperature distribution and film growth rate were analyzed. One-dimensional thermal resistance model considering thermal contact resistance and heat transfer area was made up at first to find the temperature drop at the surface of graphite board. This one-dimensional model predicted the temperature drop of 18K at the board surface. Temperature distribution of a reactor wall from the three-dimensional computational fluid dynamics analysis including the gap at the wafer position showed the temperature drop of 20K. Film growth rates of InP and GaAs were predicted using computational fluid dynamics technique with chemical reaction model. Temperature distribution from the three-dimensional heat transfer calculation was used as a thermal boundary condition to the film growth rate simulations. Temperature drop due to the thermal contact resistance affected to the GaAs film growth a little but not to the InP film growth.     

Ca-Ni-Ti-Bi多元微合金化铸铁同质气焊丝的焊接性能研究

采用多元微合金化铸铁同质气焊丝对HT250铸铁板材进行了气焊研究，测试和分析了焊接接头的硬度、抗裂性和机械加工性能。研究结果表明：接头颜色和硬度与母材一致，焊缝组织为珠光体加小团状石墨，抗裂性能良好，机械加工性能优良。     

石墨含量对铜基石墨自润滑复合材料摩擦过程中石墨润滑膜的影响

为研究石墨含量对铜基石墨自润滑复合材料摩擦过程中形成石墨润滑膜的影响,采用粉末冶金法制备了不同石墨含量的铜基石墨自润滑复合材料,测试了复合材料的力学性能,用自制环-块摩擦试验机测试评估了材料的耐磨性能,用光学显微镜实时原位观察了摩擦表面组织形貌的变化,用扫描电镜对磨痕进行观察和分析,通过能谱仪成分扫描分析接触面石墨润滑膜的覆盖率。结果表明:随着复合材料中石墨含量的增加,材料的力学性能逐渐降低,石墨润滑膜的覆盖率先升高后降低,磨损量先减小后增大;当石墨体积分数为14%时,石墨润滑膜的覆盖率最高,磨损量最小,耐磨性能最好。     

耗材摩擦焊中的耗材过渡与成形机理研究

以 1 Cr1 8Ni9Ti为耗材在低碳钢母材表面进行了摩擦焊敷试验。观察测量了不同工艺参数匹配下耗材金属的过渡行为和真实接触面的大小 ,阐明了耗材金属的过渡机理和真实接触面的变化规律及影响因素 ;以特征流线为依据 ,建立了过渡金属形成初始焊敷层的物理模型并分析了摩擦碾压作用对焊敷层最终成形和界面连接过程的影响。研究表明 ,耗材金属是通过真实接触面过渡到母材表面的 ,真实接触面位于旋转界面的中心区域 ,其大小随耗材转速和摩擦压力的增大而减小 ;真实接触面两侧不对称的温度分布是推动耗材金属过渡的驱动力 ;摩擦碾压作用是焊敷层最终成形和界面形成可靠连接的决定因素。     

铝合金电阻点焊中电极点蚀对焊接质量的影响

采用有限元和物理模拟方法,考察了铝合金AA5182电阻点焊过程中电极点蚀对焊接质量的影响。结果表明:当电极尖端点蚀面积增加时,电极与试件界面上的实际接触面积基本不变,而试件与试件界面上的接触面积显著增加,电流密度大大减小,形成熔核的厚度和直径都减小。物理模拟试验所得熔核的形状和尺寸与有限元法预测结果符合很好。物理模拟和数值模拟都表明,点蚀孔直径为5.0mm时,只能形成厚度十分有限的环状熔核。研究揭示:电极尖端点蚀导致被连接试件之间的接触面积增大是其影响焊接质量的主要原因之一。     

An Integrated Mechanical–Electrical Predictive Model of Electrical Contact Resistance between Two Rough Surfaces

This article introduces a novel approach for predicting the electrical contact resistance (ECR) between two rough surfaces based on a combination of contact modeling with surface topography analysis. Firstly, asperities distributed on rough surfaces are simulated as parabolas. An asperity shoulder-shoulder contact model is developed, which is similar to the well-known Kogut-Etsion (KE) model but requires extended capability regarding different degrees of contact misalignment. On the basis of such a contact model, Holm's principle is then incorporated to create a new theoretical formulation revealing the constitutive relations between the ECR and the deformation patterns of microcontacts arising at the contact interface. Then, a watershed approach is employed to get the contact surface topographies with which an iterative computational strategy is then proposed to alleviate the programming and computing efforts for implementing the calculation of the total ECR at the contact interface. To verify the feasibility of the proposed method, aiming at one case, the KE-based model is reviewed and compared numerically to the new model. The comparison shows good agreement between the two models. A slight difference is that the suggested model gives a relative lower estimation on the ECR value, which is mainly attributed to the different judgment of the deformation mechanism.     

基于TiC-VC的抗磨粒磨损堆焊焊条

用钛铁、钒铁、石墨、人造金红石等组成焊条药皮，通过高温电弧，台金反应生成TiC-VC，研制了硬度高、抗裂性好的耐磨粒磨损堆焊焊条。通过扫描电镜、工艺性能试验、磨粒磨损试验等，系统地研究了焊条药皮组分对堆焊层硬度、工艺性能、耐磨性及显微组织的影响。结果表明：随着药皮中钛铁、钒铁、石墨组分增加，堆焊层硬度提高，但焊接工艺性能恶化。堆焊层显微组织为低碳马氏体和碳化物。堆焊抗裂性优于D618、D667焊条，相对耐磨性可达D667焊条的8倍。     

表面粗糙度对金属平垫泄漏率的影响

为探究金属垫片表面形貌对泄漏率的影响,通过三维形貌仪对不同表面粗糙度的Cu、Al和316L金属垫片进行局部扫描,构建出真实法兰垫片的微观接触模型。在此基础上,进行静力学和计算流体力学分析,通过对流体域设置不同的边界条件,考察不同介质压力下,表面粗糙度和接触压力对泄漏率的影响。仿真结果表明：3种材质的垫片均呈现表面粗糙度越大,则泄漏率越大的趋势;其中,Al垫片的泄漏率对表面粗糙度最为敏感,316L垫片的泄漏率受表面粗糙度的影响最小;当表面粗糙度一定时,施加的接触压力越大,泄漏率越低,但当接触压力达到一定值后,增大接触压力对降低泄漏率的影响将越来越小。     

Wear Behavior of Al-Si Alloy Impregnated Graphite Composite

Pin-on-disk type unidirectional sliding wear experiments for an Al-Si alloy impregnated graphite composite (pin) in contact with a bearing steel (disk) were conducted at various contact loads in wet and dry air to investigate the wear behaviors in detail. The pin-lifting phenomena of the composite as observed. The height was constant at lower loads and increased with load. The entrance of wear particles into the contacting surfaces brought about the pin lifting. Mixtures of graphite powder and wear particles adhered to the sliding surface of the bearing steel, resulting in the formation of wide, compacted surface films. The mean thickness of the films increased with load to a few micrometers. The composite exhibited better wear resistance than the matrices in wet air and the wear rate decreased especially at high loads. The wide, compacted films together with the pin-lifting phenomena prevent metal-to-metal contact, achieving a good anti-wear condition. On the other hand, the surface films that adhere in a scaled fashion in dry air have little wear reduction effect.