不锈钢双极板高速冲击成形仿真分析

为探究在不均匀速度下高速冲击的不锈钢双极板变形情况及成形规律,结合箔片气化冲击成形的板料速度场分布,运用LS-DYNA建立不锈钢双极板高速冲击成形有限元仿真模型,分析了该成形工艺下不锈钢双极板的动态变形过程,研究了不均匀冲击速度对双极板流道成形质量的影响。结果表明,不锈钢双极板冲击成形的最小初始冲击速度为350 m·s^(-1),流道脊处的减薄率最大,其余部位减薄率小于30%,随着初始冲击速度的增加,双极板成形深度稳定在0.78 mm以上,填充率稳定在95%。但受限于速度场的不均匀性,单次成形有效区域有限,仿真结果表明多道次成形能够形成一致性较好的多通道不锈钢双极板,最后,通过多道次箔片气化冲击成形实验验证了仿真结果。

基于纳米压痕反向分析的Fe-32Ni超因瓦合金介观尺度弹塑性本构关系

采用纳米压痕技术和电子背散射衍射分析技术对Fe-32Ni超因瓦合金不同取向的晶粒进行了测试,得到了材料在(001)、(101)和(111)取向下的弹性模量和硬度。同时基于量纲分析提出了一种改进的反向算法,并结合有限元仿真对Fe-32Ni超因瓦合金的纳米压痕过程进行了反向分析和计算,通过纳米压痕实验曲线与仿真曲线的对比,最终获得材料在(001)、(101)和(111)取向下的应力应变关系,结果表明:(001)取向下晶粒的屈服强度最高,(101)取向下晶粒的屈服强度最低。此外,(101)和(111)取向的晶粒屈服后的应力-应变曲线变化趋势较为一致,而(001)取向下的应力-应变曲线变化较为平缓,材料在不同取向下的力学响应具有明显的各向异性。

集磁器内壁轮廓形状对磁脉冲辅助半固态钎焊接头连接质量的影响

针对磁脉冲辅助半固态钎焊工艺中使用等内径集磁器连接铜、铝管件时存在的界面氧化膜去除效果不均、扩散层深度差异较大等问题,通过数值模拟方法分析了集磁器内壁轮廓形状及其结构参数对界面冲击应力及钎料剪切流变速率的影响。为实现连接区域内界面冲击及轴向剪切流变沿轴向分布的均匀性,对集磁器形状结构参数进行了优化,并针对性地制造了相应的集磁器,在特定的工艺参数下进行了系列钎焊实验。结果表明,相较于常规等内径集磁器,优化后的集磁器能够更好地去除母材表面氧化膜,促进界面扩散反应并减少连接缺陷,扩散层厚度增加且分布更为均匀,接头性能得到有效提升。

钢铝板机械铆镦工艺研究

根据机械铆镦工艺过程的变形特点,设计了钢铝异质板材铆镦连接的简易模具,并进行了系列铆镦试验,基于Abaqus平台建立了机械镦铆过程的有限元分析模型,分析了铆镦成形各阶段的成形特征,探讨了工艺参数对相对凹凸模间隙、相对底部厚度和相对镦挤距离的影响。结果表明,所建立的有限元模型较准确,最大误差为2.46%;铆接接头的相对颈部厚度分别与相对凹凸模间隙、相对底部厚度和相对镦挤距离成正相关,铆接接头的相对互锁值与其成负相关;整形过程增大了铆接接头的颈部厚度,但互锁值有所降低,当相对镦挤距离由0增大到0.44时,铆接接头的抗剪切强度提高了18.7%,而剥离强度则降低了24%。

6063-O铝合金Y型形管接头电磁成形

基于逆向识别结合平板电磁翻边实验建立6063-O铝合金的Johnson-Cook本构和失效判据,对比分析Y型管分离工序电磁翻边与电磁冲孔翻边复合成形两种方式下的电磁力分布、成形过程及变形特征,表明复合成形能成形出更高的支管并提高成形效率,更为有效地改善壁厚周向分布。在此基础上,进行电磁冲孔翻边复合成形实验,获得成形质量良好的Y型接头,探讨放电电压及管坯厚度对支管成形高度、端部壁厚以及贴模间隙的影响,分析成形支管轴向壁厚分布特征与典型缺陷。

铜/铝磁脉冲半固态辅助钎焊界面扩散过程

结合分子动力学模拟和试验研究,对铜/铝管磁脉冲半固态辅助钎焊界面原子扩散过程进行了研究.结果表明,在铝侧扩散界面原子主要在界面的无序原子层中相互扩散,且各元素的扩散行为不均匀,铝基体原子向钎料的扩散速度远小于钎料原子向铝基体扩散的速度;铜侧界面在模拟设置的冲击速度下,扩散层很薄且厚度变化并不明显.测量不同冲击速度下铝侧界面的扩散层厚度发现,随着冲击速度增加,模拟的扩散层厚度呈线性增加,与试验结果相符.根据模拟与试验结果建立了在相同或相近的冲击速度下,模拟界面扩散层厚度与试验界面扩散层厚度之间的关系,模拟结果能够较好地预测试验界面扩散层厚度,最大误差为2.8%.

碳化硼粉末放电等离子烧结电-热-力多场耦合数值模拟与实验验证

针对碳化硼样品的放电等离子烧结,利用Drucker-Prager Cap模型描述了碳化硼粉末烧结过程中的致密化行为,从而建立了电-热-力多场耦合模型。碳化硼的热学和电学参数被定义为温度和密度的双变量函数。结果表明,模拟的电流和温度变化趋势与实验结果较吻合,最大值位于压头与模具接触位置,并且随着烧结的进行,不断向样品移动。轴向应力在样品内是主要应力,模具内周向应力为10 MPa左右,剪切应力和径向应力可以忽略不计。实验的平均相对密度为92.4%,模拟的平均相对密度为92.3%,误差为0.1%,验证了模型的准确性。

板坯电磁成形载荷计算方法及分布特性

用平面螺旋和多叠式线圈加工平板毛坯是电磁成形的一种基本方式，其理论研究包括电路分析和动态变形分析两个方面，其中电路分析的目的是确定作用在工件上的脉冲电磁力，并用于变形分析。通过分析板坯电磁成形中工作线圈在强脉冲电流激励下的动态响应过程，建立了线圈磁场、工件表面感应涡流及磁场的计算公式，给出了成形载荷的计算方法。通过数值分析讨论了载荷的分布特性，数值求解结果与相关实验研究结论一致。将成形载荷数值求解结果用于变形分析时，成功地预测了铝板毛坯的自由胀形过程。

粉末低电压电磁压制实验研究

将低电压电磁成形方法用于粉末材料压制 ,采用间接加工方式对铝、铜、锡粉进行了压制实验 ,在成功压制出高密度粉末制品的基础上 ,分析了电压、电容、摩擦、压制次数、粉末粒度等因素对制品压实密度的影响。实验结果表明 ,对不同粉末材料 ,在保证一定加载速率和放电能量的前提下 ,降低电压和增加电容 ,有利于提高粉末制品压实密度及其均匀性 ;电压越高 ,摩擦能量消耗率越大 ;当设备放电能量有限时 ,多次压制是获得致密均匀。

管件电磁成形电磁力分布特性分析

本文基于安培力定理建立了管件电磁成形时径向和轴向电磁力的计算公式 ,直观描述了线圈 -工件系统几何参数与电磁力幅值的对应关系 ,阐述了轴向电磁力对提高材料成形性能的作用 ,用数值方法分析了径向和轴向电磁力的分布特性。分析表明 ,细管较粗管成形困难 ,轴向电磁力在管端最大 ,忽略轴向电磁力会导致终态变形分析值小于实际值。

管坯电磁成形电磁力解析

电磁力计算是分析电磁成形过程的基础 ,通过解析推导建立管坯电磁成形电磁力的计算公式 ,分析各参数与电磁力幅值的对应关系 ,阐述轴向电磁力对成形性能和终态变形的影响。

内法兰环件辗扩成形尺寸控制方法

尺寸控制是辗扩工艺应用于生产实际所必须解决的一个关键问题。对内法兰环件辗扩过程中的尺寸变化规律进行了研究，指出了现有辗扩设备中尺寸控制方法的不完善之处，建立了内法兰环件精辗位置在线预测的计算公式，给出了径向辗扩成形工件尺寸的控制方法。

PZT陶瓷粉末低电压电磁压制实验研究

以PZT陶瓷粉末为研究对象,采用间接加工方式对其进行低电压电磁压制成形,在成功压制出高密度制品的基础上,分析了电压、电容、毛坯尺寸、压制次数等参数对压实密度的影响。研究结果表明,PZT陶瓷粉末低电压电磁压制存在一个可成形的放电电压范围,在此范围内,压制密度先随电压增加而增加,烧结性能也不断得到改善,最终使得烧结后陶瓷制品密度提高;但电压越高,制品密度增幅趋缓,至最佳放电电压后,压制密度开始下降,而制品密度则急剧下降;同样,增加电容也能一定程度地提高PZT陶瓷粉末压实密度并改善其烧结性能,降低最佳放电电压;其他放电参数不变的条件下,制品高径比越大,压实密度越低,且最佳放电电压提高,烧结后制品密度降低;两次压制可以有效提高压制密度,降低最佳放电电压,改善陶瓷坯体的烧结性能,并最终提高功能陶瓷制品致密度,在设备能量不足的情况下,两次压制是一种获得高致密PZT陶瓷制品的有效方法;相比静力压制,低电压电磁压制能提高PZT陶瓷坯体密度,并改善陶瓷体的烧结性能。

齿坯辗扩机微机控制系统研究

以齿坯辗扩工艺的研究成果为基础，结合齿轮毛坯辗扩机的工作原理，提出了恒速进给、精辗位置在线预测的控制方法；设计了性能／价格比高的辗扩机微机控制系统，并采用软容错方法提高了设备的可靠性和可维护性；结合所用尺寸测量装置特点，直接利用可编程控制器实现了工件尺寸信号的在线检测、处理、显示及控制功能。经生产实践检验，系统运行可靠，尺寸控制准确。

电磁成形用平面螺旋线圈磁场分布特性研究

对平板毛坯电磁成形用平面螺旋线圈在电流激励下磁场强度的分布特性进行了研究，推导出磁感强度的计算公式，并用实验验证了其正确性。通过数值分析，给出了一系列描述平面螺旋线圈磁场分布特性的曲线，讨论了线圈结构对磁场分布的影响规律。

钕对AZ91镁合金铸态组织的影响

利用光学显微镜、电子探针和X射线衍射仪研究Nd对AZ91镁合金铸态显微组织的影响,并利用Imagetool软件测量晶粒尺寸和面积。结果表明:少量Nd对-αMg晶粒有显著的细化作用,平均晶粒尺寸由108μm降至约31μm,晶粒面积也明显减小,Nd的最佳加入量为0.5%。此外,Nd的加入致使-βMg17Al12相弥散细小,组织中出现了粒状或针状Al3Nd化合物。

Ce对AZ91镁合金铸态组织细化的影响

加入少量的Ce(0．2％-0．8％,质量分数)可明显细化α-Mg基体,随Ce量增加,合金中的β-Mg17Al12相数量减少,且由连续网状形态变为非连续分布．同时, Ce与合金中的Al结合形成针状或杆状的Al4Ce化合物．能谱分析和液淬显微组织观察表明,组织细化机制主要归结为Ce加入引起结晶界面前沿的成分过冷,增加均质形核的数量．显微组织的改善导致了合金的力学性能和腐蚀性能明显提高．

铈对AZ91镁合金腐蚀性能的影响

利用静态失重法、极化曲线和金相观察研究了Ce对AZ91镁合金在3.5%NaCl（质量分数）水溶液中的腐蚀行为.结果表明,加入少量的Ce（0.2%～0.8%,质量分数）显著降低合金的腐蚀速率,提高合金的平衡电位和腐蚀电位,降低腐蚀电流密度.而且含0.8%Ce的合金具有较好的耐腐蚀性能.腐蚀性能提高的原因主要归结为： Ce加入导致α-Mg晶粒明显细化,Al元素的偏析减轻,块状的β-Mg17Al12相变为非连续网状分布.

AZ31B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系研究

对AZ31B镁合金光滑圆棒和缺口圆棒进行了系列准静态拉伸试验,采用ABAQUS对各试样拉伸过程进行了模拟分析。拟合得到了Johnson-Cook断裂失效模型的部分材料常数,建立了AZ31B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。将建立的失效模型输入到ABAQUS中进行仿真模拟,模拟结果与试验结果基本一致,验证了断裂失效模型的正确性。

锶在镁及其合金中的作用

在镁合金中添加适量的Sr,不仅可以降低过冷度,且易吸附在固/液界面的前沿形成富Sr的吸附膜,降低晶粒生长速度,从而细化晶粒。细小的晶粒有利于提高镁合金液的补缩能力,减少显微缩松,增加铸件的致密度。Sr与H2反应生成SrH2,减少氢气孔的析出。此外,在Mg-Al合金中加入Sr可以生成一些高温稳定的新相(Al10Mg13Sr),明显改善镁合金的高温蠕变性能和抗热裂性能。