非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分析

研究了非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布问题。并且建立了Al1100-Ti6Al4V-ZrO_2的二维功能梯度材料板的结构模型,构造了二维功能梯度板的有限元求解方法,计算得到了:1)二维功能梯度材料板在不同时刻的瞬态热应力分布规律;2)变物性(组分系数沿板长度和宽度方向变化)二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布;3)非均匀温度场下(线性温度分布、非线性温度分布及周期性温度分布)的二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布。     

非均匀温度场下涡旋压缩机涡旋盘数值仿真研究

基于热应力场耦合建立了汽车涡旋压缩机涡旋盘有限元模型,涡旋齿载荷边界条件设置为流场离散,在气体压力载荷单独作用、温度场载荷单独作用以及两者耦合作用这三种情况下,对涡旋盘进行受力分析和变形分析, 讨论不同主轴转角的涡旋齿的刚度和强度,最后得到涡旋齿的变形规律和应力分布。分析结果表明:当涡旋盘压缩腔运动到排气孔位置时,涡旋盘处于变形与应力最大的状态,热变形是影响涡旋盘整体变形的主要因素。     

性能梯度分布热成形技术研究进展

高强钢热成形技术对实现汽车轻量化,提高汽车的安全性能具有重要作用。传统的热成形技术所得制件具有超高强度,但塑性通常较低,综合力学性能不高。近年来,为了使热成形件兼具高强度和高塑性的力学性能指标,性能梯度分布热成形技术成为学者们的研究热点。通过分析性能梯度分布热成形技术的强化机理,对实现材料性能梯度分布热成形技术的工艺调控思路进行归纳总结;从加工工艺的角度出发,对当前实现性能梯度分布热成形技术的方法进行分析,对如何通过控制初始加热温度、模具冷却速度、改进模具材料和模具与成形件接触面积从而达到材料微观组织渐变分布、性能梯度分布的目的进行详细阐述;对国内外性能梯度分布热成形技术研究现状进行总结与分析,对性能梯度分布热成形技术的主要发展方向及其中存在的关键科学问题,包括理论基础、加热技术工艺实现、性能梯度分布模具设计等,进行深入探讨。性能梯度分布热成形技术对于精确成形、轻量化、高性能、短流程、低成本、环境友好有着重要的作用,是未来热成形技术发展的重要方向。     

非均匀温度场下涡旋压缩机动涡盘的应力及变形分析

用ANSYS有限元分析软件，分析不同温差引起涡旋压缩机动涡旋盘应力分布特点及变形的分布规律，指出有必要进行热应力及热变形分析。     

非均匀热流下功率模块微小通道热沉传热特性研究

针对飞行器大功率电动舵机伺服系统功率模块内各器件发热损耗不同引起温度不均的问题,开展非均匀热流下微小通道热沉传热特性分析。依据功率模块三相桥电路的实际构型和工作特点,在数值计算方法和网格无关性验证基础上,利用FLUENT建立多种结构微小通道热沉的数值模型,对冷却通道在高、低热流区的典型周向传热特性及热沉总体性能进行探讨。研究发现,相同通道截面下,各通道圆周方向壁温呈非均匀分布,但不同通道的相同位置处局部传热系数较为一致;对于等流通面积的变截面冷却通道,通道数量及结构对局部传热影响突出。非均匀热流分布和通道流向、通道构型相匹配有助于改善基底均温性,渐缩通道构型和小截面多通道构型强化传热优势明显,具有较低热阻和较好均温性。     

新型变极性等离子弧横焊热-力特性及成形研究

针对铝合金穿孔型等离子弧横向焊接,开展新型变极性等离子电弧热-力特性及横焊成形研究。通过设计变极性等离子弧喷嘴,控制电弧热-力特性来提高横焊穿孔稳定性。对不同热-力特性进行研究,比较三种喷嘴的电弧形态、电弧力和电弧阳极电流密度的数值与分布,分析认为新型电弧的热-力特性在横焊穿孔成形稳定性方面具有优势。依据电弧压力波形稳定性和穿孔稳定性进一步验证新型等离子电弧的作用效果,验证得出新型等离子电弧瞬间电弧压力波动较小,背面穿孔形状似圆形,且穿孔面积变化较小。通过分析穿孔熔池宏观轮廓,得到新型热-力特性对熔池行为的直接影响。利用高速摄像捕捉横焊穿孔熔池的稳定形成过程,证明较高电弧能量、较低电弧压力相配合更有利于穿孔熔池形成和稳定;同时观察到横焊熔池的稳定流动过程,并对熔池金属进行受力分析,认为新型热-力特性容易满足横焊熔池金属在流动过程中达到受力平衡,最终实现了8 mm铝合金穿孔等离子弧横焊稳定成形。     

热矿直线振动筛侧板温度均匀化的研究

利用三维造型软件对热矿直线振动筛进行建模,利用仿真分析软件对其工作过程进行模拟研究,发现侧板的温度和热应力分布非常不均匀,进而提出不均匀厚度加上铺设石棉板的优化改进方案。经过分析发现优化后侧板的温度和热应力均得到了显著的改善,能够提升侧板的使用性能和服役寿命。     

热模压成形技术中的脱模研究

通过有限元模拟热模压成形中的脱模过程,分析了一般脱模工艺造成图形缺陷的原因;通过优化脱模工艺过程,采用低表面能的聚四氟乙烯作为抗粘剂,减小脱模时的摩擦,获得了高质量的模压复制品.     

无线传感网基于梯度的非均匀分簇算法研究

为了缓解在无线传感网“多对一”的数据收集流量模式下,产生的近SINK的“热区”问题,提出一种基于梯度的非均匀分簇算法。首先,分析此种数据汇集模式的数据流量特性,给出节点至Sink跳数（梯度）与其负担的流量的关系,接着,从不同梯度的簇头负载与相同梯度的负载两方面着手,设计了负载平衡的非均匀分簇调整算法（WUC）,节点依据自身的梯度确定分簇的规模,以多权值优化的方式成簇。仿真结果表明,在本文的仿真场景设置下,网络中不同梯度的簇头的流量负载标准差降低了9倍左右。网络的负载平衡有了显著的改善。     

定量PCR仪热循环系统温度均匀性有限元仿真研究

温度均匀性是衡量定量PCR仪温度控制效果的重要指标,也是决定定量结果准确性的基本因素。通过研究PCR仪热循环系统在热循环过程中的温度场分布情况及影响温度场分布均匀性的各项因素,使用大型有限元仿真软件ABAQUS6.8分别对影响温度场分布的空气对流、导热胶、TEC匹配等因素进行了仿真分析。根据仿真结果,对改善温度均匀性提出了解决方法,分别通过实验和仿真给予验证。结果表明,通过匹配TEC,采取隔热或热补偿的措施,可有效改善96孔样品块的温度均匀性。     

非均匀介质超声铣削系统振动特性研究

采用纵扭复合超声振动铣削进行加工时,由于加工中心等空间受限场合对超声振动系统的尺寸限制,利用四分之一波长理论设计集换能器和复合变幅杆为一体的非均匀介质超声振动变幅系统,在变幅杆部分设计螺旋槽结构实现纵扭共振,并研究纵扭模态转换理论。对非均匀介质变幅系统进行有限元分析,仿真结果表明纵振系统固有频率理论值与仿真值接近,偏差仅为0.245%;对螺旋槽结构进行仿真发现槽深对其对超声变幅系统固有频率、扭纵幅值比例影响较大,螺旋角的影响次之,槽宽影响最小,振动系统测试实验表明固有频率和扭纵幅值比的仿真结果与实验结果变化趋势一致。分别对TC4钛合金和C/C碳纤维进行纵扭超声振动铣削和传统铣削实验对比,结果显示相对于传统铣削,在纵扭超声振动铣削加工中两组材料表面粗糙度值Ra分别下降78%和47%。纵扭复合非均匀介质超声振动铣削系统结构简单紧凑、振动幅值和方向可控性较好,采用纵扭超声振动铣削能有效提高工件表面加工质量。     

热冲压成形技术与数值模拟研究

随着我国经济的不断发展,对钢材的热冲压性能要求越来越高。现代冲压技术是将一种先进的高强度钢板加热到奥氏体温后进行钢板快速冲压,然后对钢板进行快速冷却得到超高强度的新型零件。首先对热冲压成形技术进行了简要概述,然后对热冲压成形技术的工艺原理进行了简要说明,其次简要叙述了影响热冲压成形的主要因素,最后针对某一成型零件进行了试验仿真并且对结果进行了分析,为实际的热冲压成形技术应用提供了参考。     

高强度硼钢热成形技术研究及其应用

从理论分析、数值模拟、试验研究上对汽车车身超高强度硼钢热成形技术进行研究.以汽车门内防撞梁热成形为例,分析高温下热成形硼钢的成形性能影响因素及其规律,指出硼钢热成形的最佳温度区间为750～800 ℃,进而用数值模拟的方法进行门内防撞梁模具工艺设计、用优化仿真的方法确定模具冷却管道设计并通过试验的方法进行确认,最后用设计的模具进行硼钢的拉延成形并对产品进行硬度测试、拉伸试验及金相分析,测试的维氏硬度均大于430,材料的屈服强度为 1 100 MPa,强度极限达到1 430 MPa,观察到的马氏体组织比较均匀,这些试验结果证明方法的可行性.从而为汽车热成形产品提供了可用于产业化生产、切实可行的一套理论分析、数值模拟及试验研究相结合的技术.     

热镦机成形输出法兰技术研究

输出法兰是轿车上的零件,锻打后经过清理直接进行精车,因此锻件的加工余量仅为1~1·5mm,最大公差为±0·5mm,表面缺陷不大于0·5mm,错差不大于0·5mm。另外,产品需求量大,每月2~3万件。如果采用传统的锻造方法进行生产,很难满足用户的要求。经过分析研究,我们决定在热镦机上采用热挤压的成形技术进行生产。1·热挤压加工的优点热挤压是金属压力加工的一种少无切削加工工艺。利用压力机的往复运动,在高温下使金属在三向应力状态下发生塑性变形,从而挤出所需尺寸、形状和性能的零件。从金属塑性变形的原理可知,当金属坯料处于三向压应力状态下…     

高速小钻头温度与热应力场特性研究

基于传热学和金属切削理论,建立了某型高速钻头温度场模型.利用有限元法,模拟该钻头在典型工况的温度场分布及变化规律,研究了切削速度等参数对温度场的影响,得到了钻头在温度载荷下的应力和变形,计算结果表明,高速钻削最高温度出现在钻头尖部,沿轴向逐渐降低,对于小直径钻头心部与表面温差不显著;最高温度随着转速升高而升高,达到一定值后上升趋势逐渐变缓进而下降;刀具热变形较小,但热变形量可能会影响加工精度,应调整刀具材料或加强冷却;切削温度基本不影响其强度.     

金属橡胶非成形方向迟滞特性力学模型研究

金属橡胶是一种各向异性材料,其非成形方向与成形方向的力学特性存在显著不同。依据金属橡胶非成形方向变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析,揭示金属橡胶非成形方向变形的细观物理机制。结合螺旋卷的弹性变形特征和金属橡胶内部摩擦力接触点分布规律,建立金属橡胶非成形方向的力学模型,实现不同预变形下金属橡胶加载和卸载过程迟滞力学特性的预测。该模型包含金属丝直径和弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数,从理论上解释金属橡胶非成形方向的弹性特性和多点接触的干摩擦特性产生的机理。通过不同相对密度的金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,发现理论计算和试验结果有较好的一致性,为分析和预测金属橡胶非成形方向的刚度和阻尼提供理论依据。     

温度引起的流体非牛顿特性研究∗

为了研究温度效应对润滑失效的影响,通过求解合理简化后的能量方程,推导出了考虑温度效应的非牛顿流体本构方程。通过实验测得黏温系数,代入工况条件后绘制函数图像。对图像以及所得数据进行分析发现:接触区的出口处为润滑过程的最危险点,随着剪应变率的增大,润滑液首先表现出牛顿流体的性质,然后慢慢出现剪切稀化现象;在剪应变率增大到一定程度时,剪应力会达到极限;此后若剪应变率继续增加,剪应力不再随之上升,将出现润滑失效现象。     

特大型零件热态成形制造技术基础研究

在中国国家自然科学基金重点项目《特大件成形制造技术基础研究》、国家科技支撑计划课题《大型轧机共性技术》、国家重点基础研究发展计划(973计划)前期研究专项《大型零件热态成形制造虚拟技术基础研究》,以及中国河北省科技攻关项目《大型轧机共性技术》和《特大件成形制造技术基础研究》共同资助下,以大型锻钢轧辊(辊身直径超过1 000 mm或质量大于100 t)为对象,通过宏观 微观强耦合建模,解决铸造缺陷信息遗传、孔洞锻合条件、形变焊合条件、材料断裂准则构建,以及热 力 微观组织耦合建模等关键技术问题,建立以淬硬层深度数值预测技术为核心的热处理工艺分析与优化系统,提出基于非均质轧辊辊间接触力学模型的轧辊强度设计方法,构建起大型锻钢轧辊热态成形制造与服役评估的多学科耦合决策支持理论体系,提出理论研究报告。针对缩孔和气孔等大型铸钢锭铸造中的孔洞缺陷控制,以大锻件内部孔洞锻造闭合过程为科学问题,以大锻件内部有效锻合区域数值预测为目标,将有限元方法与人工神经网络技术相结合,利用神经网络的非线性映射能力,描述材料变形抗力、温度、应力应变与孔洞闭合程度之间的复杂关系,将孔洞锻合过程有限元模拟结果作为神经网络训练样本,建立起温度、应力和变形等多场耦合作用下的孔洞锻合条件模型(VCCM)。针对孔洞形变焊合机理与物理模拟模型一致性问题,以消除大锻件心部残留微孔隙,实现物理闭合状态下的锻合孔洞缺陷的真正冶金结合为目标,基于临界闭合孔洞界面接触力学原型和原子高温扩散理论,以界面接触应变和高温环境作为孔洞焊合的驱动力,利用高温和大变形对闭合孔洞界面扩散焊合的有利影响,提出适用于大锻件在锻造成形阶段的内部孔洞缺陷形变的形变焊合方法,通过物理模拟实     

螺杆钻具接头热镦挤成形技术研究

概述了塑性成形的基本原理,分析了螺杆钻具接头在热镦挤成形过程中载荷随工件变形量的变化、工件表面应力以及工件在成形过程中的金属流动情况,确定了螺杆钻具接头热镦挤成形所需要的镦挤压力和成形温度,设计了热镦挤成形试验装置的基本结构,并通过试验验证了这种螺杆钻具接头加工方法的可行性。     

均匀渗碳梯度材料试样的制备研究

为实现均匀渗碳梯度材料试样的制备，提出了渗碳一脱碳复合工艺，通过工艺实验，结果表明所得试样渗层基本均匀一致，可满足实验要求。