高超声速环境D6AC钢结构多物理场耦合模拟

为探究热防护材料在高超声速环境下的服役行为,采用风洞试验和数值模拟方法研究了D6AC钢结构在多物理场耦合作用下的失效问题.基于高超声速气动力学、结构力学基本理论,建立高超声速D6AC钢结构的多物理场耦合理论模型,利用Navier-Stokes方程模拟得到其在不同飞行环境下的气动加热和结构响应,并对数值模拟的结果进行风洞试验验证.结果表明,风洞试验结果与数值模拟结果相吻合.气动热是导致D6AC钢结构破坏的主要因素,在三组来流条件下钢结构均发生了烧蚀现象,结构烧蚀开始时间取决于来流总温的大小.     

多物理场耦合烧结超细铜粉的致密化研究

为研究多物理场耦合烧结超细铜粉的致密化过程,以平均晶粒度为0.5μm的超细铜粉为载体,利用Gleeble-1500D热模拟机进行烧结实验,并将其与平均晶粒度为30μm的粗铜粉的致密化过程进行了对比,同时研究了在0.5μm的超细铜粉加入少量30μm的粗铜粉后对其致密化过程的影响。实验发现使用0.5μm超细铜粉和混合铜粉烧结后的相对密度高于30μm粗铜粉烧结后的相对密度,其中混合粉末获得的相对密度最高为94.61%。结果表明：多物理场耦合烧结后,超细铜粉可能由于其较差的导电性而阻碍烧结的顺利进行;粗细混合铜粉烧结后的致密度高于单一粒度铜粉烧结后的致密度。     

多场耦合下微波碳热氯化回收铟的动态仿真

以实验室微波反应器为研究对象,基于有限元软件COMSOL Multiphysics,采用多场耦合方法对微波强化碳热氯化回收In Cl3的反应过程进行了动态仿真,并分析了其影响因素。结合微波加热过程、计算流体力学和物质传输过程,建立了由射频、传热、传质和流场4个物理场耦合的数学物理模型。通过考察腔室内的电场强度,得到微波加热过程的热源项与样品体的温度分布。结果表明,本研究模型能够准确描述微波输入功率、HCl通入浓度等多因素对铟化物回收过程的影响,为微波碳热氯化提铟过程的分析提供新的方法与依据。     

多物理场耦合粉末成形中电热聚焦效应

为研究多物理场耦合粉末成形技术的低温超快速致密化成形机理,采用多物理场耦合粉末成形技术制备了微型铜齿轮。对铜粉末在600℃烧结过程的动力学曲线进行了分析,观察铜粉末分别在300℃、500℃和600℃烧结时试样断口的微观形貌,同时针对铜粉末烧结过程中的电流密度分布和温度场分布进行了数值模拟。研究发现,多物理场耦合粉末成形技术快速升温过程中,电场和热场在粉末颗粒中分布极不均匀,粉末颗粒接触处的电流密度和温度均远远高于颗粒其它位置的电流密度和温度,为此首次提出了“电热聚焦效应”。结果表明,电场和热场耦合并在颗粒接触点处高度聚焦产生的电热聚焦效应是多物理场耦合粉末成形过程中粉末材料实现低温超快速致密化成形的重要原因。     

弹性管与输送介质多物理场耦合数值模拟

为了研究弹性管与输送介质的多物理场耦合作用,采用分域耦合方法,弹性管结构域离散成有限元,输送介质离散成有限体积,建立了弹性管与输送介质的多场耦合力学模型.根据界面位移协调和力平衡条件、以及温度和热流密度连续性条件,推导出流固界面信息传递方法和收敛判断准则.数值结果表明,弹性管与输送介质的多物理场耦合现象明显.     

多物理场耦合活化烧结中电热循环次数对致密化的影响

多物理场耦合活化烧结是一种快速、高效制备零件的新技术,其中零件的成型过程往往涉及到力、热、电的综合应用,因此工艺参数设计困难。为了研究电热循环次数对粉末体系致密化的影响,本文以纯Cu粉末为研究对象,采用Gleeble-1500D热模拟机,让Cu粉末在外加压力100Mpa,升温速度50℃/s的条件下,分别在400℃—600℃电热循环1,3,5次,结果成功制备出3个Φ4×4 mm微型纯铜圆柱体。通过观察试样烧结过程的轴向收缩曲线和SEM形貌,发现电热循环次数越多烧结试样的致密度越高。这是由于伴随着试样在400℃-600℃之间的热循环次数增加,粉末体体系在电流和热压的循环作用下获得的能量更多,以至于让颗粒界面发生物态转变,使颗粒界面熔节点逐渐减少,空隙逐渐缩小,快速实现致密化过程。     

电热冲击对多物理场耦合烧结收缩致密化的影响

多物理场耦合烧结是一种粉末材料低温烧结快速致密化的新方法,为研究快速升温过程中的电热冲击对多物理场耦合烧结收缩及致密化的影响,以纯Fe粉为研究对象,利用Gleeble-1500D热模拟机,将Fe粉压坯以50℃/s的升温速度快速加热至825℃,不保温,然后冷却至400℃,随后分别以相同的升温速度和冷却速度在400℃至825℃的范围内共进行5次电热冲击,并与传统真空烧结法进行了烧结致密化对比。研究发现,多物理场耦合烧结时在快速升温的电热冲击过程中压坯在较低温度时即出现急剧收缩,在825℃的最高温度下经过2分钟的电热冲击循环,粉末压坯即实现了烧结致密化,烧结体的相对密度为97.55%;而传统真空烧结时,在1125℃的烧结温度保温60分钟,烧结体的相对密度为85.70%。结果表明,与传统的高温长时间的烧结保温方式相比,多物理场耦合烧结的电热冲击方式是实现粉末材料快速烧结致密化的一条新途径。     

多场耦合的电机温度场热关键参数等效

针对复杂工况下不稳定发热时多场耦合法计算电机全域温度场中关键参数问题,以封闭式结构自冷式异步电机为研究对象,建立二维电磁场-温度场耦合场求解模型计算电机全域暂态温度场.针对模型中热关键参数的等效问题,通过等效外壳表面散热系数处理外壳端部的散热,通过等效定转子对流系数处理定转子端部的散热.针对二维模型端盖的等效问题,通过...     

瞬态耦合场的协同仿真

协同仿真是求解瞬态耦合场的一种有效途径。以电磁热三场耦合问题为例，提出了瞬态耦合场求解的协同仿真框架。该框架由建模专家、热场分析专家、电磁场分析专家、数值分析专家和系统集成专家操作各自的软件，以文件形式进行数据交换以完成瞬态多场的仿真。详细介绍了实施该框架的文件系统，并简要说明了一种集成多场软件的方法。最后给出了一个仿真实例，仿真结果表明该方法有较高的精确度，可以求解一般的瞬态多场耦合问题。     

基于Deform-3D的镍基高温合金残余应力仿真分析

GH4169镍基高温合金应用广泛,但是属于难以加工的材料,而且已加工表面的残余应力很容易导致工件变形,从而影响工件的加工质量。应用Deform 3D软件,研究了不同切削用量下残余应力的变化规律。研究结果表明,切削速度的变化对表面残余应力的影响甚小|背吃刀量和进给量增大,表面残余应力随之增大|随着切削用量的增加,工件内部残余应力亦随之增加。     

基于流固耦合分析的干式变压器温度场数值分析

壁面空气对流换热分析是影响环氧浇注干式变压器温度场数值模拟准确与否的主要因素。为了模拟对流换热过程,摆脱气道参数对变压器温升计算结果的影响,从空气质量、动量、能量守恒方程出发,建立干式变压器流固耦合场数值模型,采用有限差分法对温度场进行了计算,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验吻合较好。考虑空气流场的流固耦合模型能准确分析干式变压器工作中的温升问题,可分析变压器内部温度分布规律及影响温度分布的因素,指导变压器优化设计。     

基于有限差分法的焊接熔池中耦合场的数值模拟

针对TIG（钨极惰性气体保护电弧焊）焊接熔池中流场和温度场的耦合问题,建立了一定条件下的焊件上液体区域的温度、速度、压力等变量和固体区域的温度变量之间强耦合的三维瞬态控制方程及初始条件和边界条件,运用有限差分法与牛顿迭代法、超松弛方法相结合的数值方法对该数学模型进行了求解,并对0Cr18Ni9不锈钢薄板的TIG焊接熔池中流场和温度场进行了数值模拟.模拟结果验证了该数学模型和所采用的数值方法的有效性,为TIG焊接熔池的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供了理论依据和实验数据.     

基于有限差分法的焊接熔池中耦合场的数值模拟

针对TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接熔池中流场和温度场的耦合问题,建立了一定条件下的焊件上液体区域的温度、速度、压力等变量和固体区域的温度变量之间强耦合的三维瞬态控制方程及初始条件和边界条件,运用有限差分法与牛顿迭代法、超松弛方法相结合的数值方法对该数学模型进行了求解,并对0Cr18Ni9不锈钢薄板的TIG焊接熔池中流场和温度场进行了数值模拟.模拟结果验证了该数学模型和所采用的数值方法的有效性,为TIG焊接熔池的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供了理论依据和实验数据.     

基于场路耦合的直流接地极暂态温度场分析

采用三维有限元法,在考虑地表和空气之间的对流换热情况下,对垂直型直流接地极的暂态温度场进行了计算,得出了垂直型直流接地极暂态温度场的分布规律以及温升曲线.垂直型直流接地极暂态温升值和温升速率与深度正相关,接地极底端温升最高,温升速率最大;垂直型直流接地极的温升速率在初始阶段最大,随着运行时间的增加逐渐减小,直至达到稳态;填充焦炭能有效减小垂直型直流接地极暂态温升值和温升速率.与此同时,还通过大型模拟试验对垂直型直流接地极的温升进行了测量,排除外界因素的干扰,试验值与仿真计算值有较高的吻合程度,这表明了所提出的的仿真计算以及模拟试验都具有较高的准确性.     

喷管内雾状气液两相流场计算分析

基于双流体模型,考虑两相间动量和热量传递,采用变步长的Runge-Kutta法,对喷管内雾状气液两相流场进行了数值模拟.分析了亚声速及超声速流场特性,重点研究了液滴尺寸及初始含气率对两相流动的影响.计算结果表明:液相速度增长相对缓慢,喷管出口处两相速度差异最大;液相出口速度随液滴尺寸减小而增大,气相出口速度随其减小而减小;液相、气相出口速度均随着初始含气率的增大而增大;在超声速流动中,喉部马赫数小于1,喉部面积随初始含气率及液滴尺寸的增大而减小.这将为喷雾发动机性能的研究分析奠定基础.     

基于ANSYS的异种材料堆焊温度场动态模拟

针对大多数堆焊温度场的数值模拟都是应用于同种材料的现状,对异种材料的堆焊温度场进行了研究.建立适当的有限元模型,对异种材料堆焊过程中温度场的瞬态变化进行了动态模拟.利用三维有限元网格划分技术,对工件进行网格划分,并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成,为缩短焊接过程数值模拟创造了条件.在此基础上,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现施加移动焊接热源,得到了异种材料温度场的分布规律.计算结果与焊接温度测试结果很接近,表明该计算方法能够准确地计算焊接温度场,是一种实用的工程计算方法.     

高压除鳞喷嘴内部流场数值模拟与仿真分析

针对目前工厂广泛使用的高压除鳞喷嘴，应用前处理软件Gambit建立其内部流场的三维模型，采用Fluent软件提供的Laminar层流模型对不同结构参数的喷嘴内部不可压缩、稳态、层流流场进行了数值模拟，并分析了各参数对其流场速度分布、压力分布和出口轴心速度的影响。仿真值与理论计算值十分接近，数值模拟结果表明，喷嘴收缩角和直径对其内部流场影响较大，而扩张角对其内部流场影响相对较小，但各参数都存在最优值，且各参数之间也存在着最优搭配使射流打击效果最好。     

高温法兰连接系统温度场的有限元分析

利用有限元软件ANSYS创建法兰连接系统的三维温度场模型,建立螺栓、法兰、垫片间的接触对.设置边界条件及对流传热系数,研究了500 ℃高温条件下炼化装置中法兰连接系统的温度场及热流,并分析了法兰、螺栓、螺纹、螺母、垫片、空气柱的温度分布规律及具体温度值.结果表明:法兰温度从内壁面到外壁面逐渐降低,靠近螺母端外侧温度最低为334.952 ℃;螺栓温度从两端到中间呈现为先增大后减小的规律,螺栓内外侧温差最大值在螺栓的两端;垫片温度沿周向变化很小,垫片温度沿径向由内到外呈线性减小;上、下两段空气柱的温度关于垫片中面对称分布,靠近垫片端内侧温度最高.     

Chemo-mechanical coupling effect on high temperature oxidation: A review

The rapid development in the field of chemo-mechanical coupling has drawn increasing attention in recent years. Chemomechanical coupling phenomena exist in many research areas, ranging from development of advanced batteries, biomechanical engineering, hydrogen embrittlement, and high temperature oxidation, etc. In this review, we attempt to provide an overview of the recent advances in chemo-mechanical coupling study on high temperature oxidation. The theoretical frameworks, computational modeling, and experimental studies on this subject are summarized and discussed. The stress-diffusion coupling effect in diffusion-controlled oxidation process, stress-induced evolution of oxide morphology in microscale experiment, and stressoxidation interaction at crack front for intergranular fracture are highlighted. In addition, potential applications and possible methods via surface engineering for improving oxidation-resistance of high temperature structural materials are briefly discussed.