Ce对Al-Zn-Mg-Cu合金亚快速凝固铸造组织的影响

通过XRD,DSC,SEM,EDS等现代分析方法,研究了稀土元素Ce在不同凝固冷却速率下对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织、凝固温度的影响,分析讨论了Ce对合金晶粒细化和熔体净化作用的原理。结果表明,合金的主要析出相为α-Al和MgZn_2型共晶相,MgZn_2固溶了Al,Cu,Mg等元素并形成了Mg(Zn,Cu,Al)_2相,在晶界上溶质元素浓度较高,与α-Al基体共晶形成层片状共晶组织。添加Ce能使合金枝晶间距减小,并减小共晶层片间距和细化共晶组织,显著细化晶粒,并抑制铝合金中的杂质相Al7Cu2Fe的出现。Ce还将合金α-Al基体和共晶相的析出温度分别降低了6.4℃和5.6℃。     

单颗CBN磨粒磨削20CrMo的微观成屑过程研究

为研究20CrMo材料的磨削去除机理与微观成屑过程,采用Johnson-Cook模型作为20CrMo的本构模型,应用有限元软件Abaqus建立了单颗CBN磨粒磨削20CrMo成屑过程的三维有限元分析模型。通过该模型探究不同磨削参数下的微观成屑过程,仿真分析结果表明:磨削速度对成屑过程中的耕犁与成屑阶段影响较大,磨削深度对滑擦与成屑阶段影响较大。设计了单颗磨粒磨削实验装置,对微观成屑进行了实验研究与分析,从磨痕沟槽和磨屑的整体特征来看,实验结果与仿真结果都较为吻合,验证了该三维仿真模型的正确性。     

多耦合拘束效应对P92钢蠕变裂纹扩展行为的影响

基于断裂力学理论,针对不同面内拘束效应下P92钢高温蠕变裂纹扩展(Creep crack growth,CCG)进行了数据模拟与分析。研究发现不同的拘束效应对CCG行为有着各异的影响,主要分析了试样几何形状、尺寸以及初始裂纹深度等对CCG行为的影响,并且着重研究比较这3种耦合拘束效应对CCG行为的影响程度。基于多种耦合拘束对CCG行为的影响程度做了横向比较,研究发现:试样几何形状对CCG行为的影响程度要大于几何尺寸,试样尺寸和初始裂纹深度对CCG行为的影响程度相似,试样形状比初始裂纹深度的影响程度更大。     

基于离散元方法的沥青混合料力链演化及分布量化分析

为了研究沥青混合料内部颗粒间力链的演化及分布规律,以AC-13沥青混合料作为研究对象,利用离散元方法重构沥青混合料数字试件,模拟简单性能试验,提取试件内部颗粒间的力链信息进行力链演化、概率分布和角度分布分析。结果表明,通过比较预测结果和实测结果,基于离散元方法重构的AC-13沥青混合料细观模型用于模拟其细观力学特性是可行的。试件内部力链空间分布具有各向异性,以垂直方向的压力力链为主,承受大部分的半正弦荷载。法向力链概率分布随加载时间的变化规律基本一致,法向接触力与平均法向接触力比值f最小时,概率分布出现最大值,f=1.75时,概率分布再次达到峰值,然后逐渐减小并趋于稳定。法向力链角度分布主要位于90°和270°附近,第一、二象限的角度分布比例远大于第三、四象限,60~120°、30~150°中法向力链角度分布比例均大于70%,最小为72.733%。     

线性弹性柔性壳非协调有限元计算模型

本文基于Ciarlet-Lods-Miara定义的柔性壳模型提出一种Galerkin非协调有限元离散格式.首先,对积分区域进行Delaunay三角剖分,并在三角网格上对位移前两个分量用一次Lagrange多项式逼近,对第三个分量(即法向位移)用非协调Morley元逼近.其次,讨论了构造的Galerkin非协调有限元离散格式解的存在性、唯一性和先验误差估计.最后对特殊边界条件下的锥壳采用该方法进行数值实验,计算出不同网格下锥壳的位移,并通过分析数值实验结果证明有限元离散格式的收敛性和有效性.     

Refining constitutive relation by integration of finite element simulations and Gleeble experiments

Thermo-mechanical coupled finite element calculations were carried out to simulate the Gleeble compression of the samples of a titanium alloy (Ti60), and the results are analyzed and compared with the actual compression tests conducted on a Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator. The changes in temperature, stress and strain distribution in the samples and the source of error on the constitutive relations from Gleeble hot compression test were analyzed in detail. Both simulations and experiments showed that the temperature distribution in the specimen is not uniform during hot compression, resulting in significant deformation inhomogeneity and non-ignorable error in the flow stress strain relation, invalidating the uniform strain assumption commonly assumed when extracting the constitutive relation from Gleeble tests. Based on the finite element simulations with iterative corrections, we propose a scheme to refine the constitutive relations from Gleeble tests.     

可伸缩复合材料悬臂梁的非线性动力学建模及分析

首先,根据Reddy给出的考虑高阶剪切效应的层合理论,气动弹性活塞理论,利用Hamilton原理,对考虑采用基于活塞理论的一阶非线性气动力和面内参数激励的联合作用下的轴向可伸缩复合材料悬臂梁进行非线性动力学进行建模,得到其偏微分动力学控制方程.然后对控制方程无量纲化,利用Galerkin方法对控制方程进行了截断,得到三个可反映可伸缩悬臂梁横向振动的无量纲形式的常微分非线性动力学方程,只要选取适合的复合材料及其相关参数,使用数值方法就对模型在外伸和回收过程中的相关振动特性进行了分析.     

提高阿基米德螺旋相控阵换能器焦点声压的仿真研究

针对阿基米德螺旋相控阵换能器焦点声压不足的问题,通过有限元仿真,分别讨论了换能器阵元形状和频率改变与声场的变化关系,从焦点声压、偏转范围、栅瓣水平、焦域大小等方面进行了研究。结果表明,相同频率下,扇形阵元阿基米德螺旋相控阵换能器的焦点声压比圆形阵元时的焦点声压提高了32.28%,偏转范围为20 mm×20 mm×40 mm;在扇形阵元形状的情况下,频率选择0.9~1.0 MHz,不仅能获得较高的焦点声压,同时还能保证改善聚焦性能。文章的仿真结果为阿基米德螺旋相控阵换能器提高焦点声压,满足深部组织消融治疗需要的高功率要求提供了有用的设计参考。     

双丝三电弧焊热源优化及数值模拟

为研究双丝三电弧焊焊接温度散布规律,根据其电弧形态和脉冲频率建立了适用于双丝三电弧焊接的体+面热源,并根据焊丝的倾角对其进行了旋转计算,利用有限元技术模拟了6 mm厚Q235碳素钢的双丝三电弧焊焊接温度场,通过遗传算法对其热源参数进行了迭代优化,提高了计算效率。计算结果表明：温度场呈长椭圆状分布,且最高温度和最大温度梯度都出现在R弧热源处,其原因是此处同时积累了R弧电弧热量和L弧焊后凝固时的热量;有限元模型温度场与实验温度场结果对比吻合度较高,其结果可为拓展双丝三电弧焊的应用和优化工艺参数提供仿真基础。     

电主轴冷却系统设计与仿真优化

为解决电主轴因内部温度场复杂而造成冷却效果差的问题,设计了一种用于电主轴冷却的水冷机系统。根据电主轴热特性分析结果,提出了水冷机冷却方案,计算了相关的传热参数,并建立了电主轴温度-流速控制模型。然后,利用ANSYS Fluent软件对电主轴进行了流体冷却有限元仿真,并通过电主轴冷却实验对仿真结果进行了验证。通过对比仿真结果和实验结果可知,冷却后电主轴电机定子最高温度约下降了60%,转轴的形变量约降低了70%。结果表明：利用水冷机系统对电主轴进行冷却具有良好的冷却效果,这可为高精密机床主动热控制技术的研究提供一定的借鉴和参考。