水凝胶紫外光固化建模仿真

利用COMSOL Multiphysics仿真软件对紫外光固化进行建模和仿真,探究了单体浓度、引发剂浓度和氧气浓度对紫外光固化反应速度的影响。仿真结果表明:随着单体浓度和引发剂浓度的增加,反应逐渐加快;而随着氧气浓度的增加,反应先加快而后减慢,即氧阻聚现象。通过PEGDA水凝胶紫外光固化实验验证了单体浓度与反应速度的关系。

高校大科学设施推动高端装备制造业创新研究——以环境与载荷耦合全尺寸试验为例

大科学设施是推动前沿基础科学发展和技术创新的重要条件支撑,越来越多的高校承担了大科学设施的建设运行任务。重大工程材料服役安全研究评价设施通过研制开发能够实现真实服役工况的、复杂环境与载荷耦合的全尺寸试验装置,积极面向高端装备制造开展复杂工况下服役性能试验,对相关学科融合发展,以及国产高端装备制造的材料选型、新材料应用、设计优化和可靠性评价等方面发挥了不可替代的推动作用,在核心技术研发与产品验证等环节中加速国产化进程,是直接面向国民经济主战场的大科学设施。该文在总结环境与载荷耦合全尺寸试验技术创新的基础上,分析了大科学设施服务高端装备制造产业的实际案例。

海水环境用泵选材浅析

受材料本身的冶炼水平、生产加工工艺与原材料价格所限,不同时期的海水环境用泵选材明显不同。结合材料本身特性、试验研究与工程实例,指出在考虑泵寿命周期的前提下,镍铝青铜、镍铬铸铁以及316型奥氏体不锈钢并不能胜任海水泵的使用环境;双相不锈钢与超级双相不锈钢在耐蚀性能、机械性能等方面远优于316型奥氏体不锈钢,适合作为海水泵的选材。API610第12版首次增加了海水泵选材指南,将316型奥氏体不锈钢与双相不锈钢、超级双相不锈钢并列作为海水的选材值得商榷。泵制造商、工程公司和用户应结合具体海水环境与设备使用寿命要求,谨慎选用316型奥氏体不锈钢。并指出双相不锈钢铸件与焊接件生产工艺的关键控制点,给出了工程案例。

温度对磁流变液材料及传力性能的影响

针对不同温度下磁流变液的性能差异巨大,造成高温环境条件下磁流变液流变效应下降、剪切力变化不可控甚至传动装置传动失效等问题,分析了温度对磁流变液及其剪切应力的影响,在此基础上建立了磁流变传动装置的有限元模型对传动装置工作时的温度场进行分析。研究结果表明,温度对磁流变液的黏度有较大影响,进而影响磁流变液的流变特性和屈服应力;温度对磁流变液的力学性能影响明显,特别是在温度高于100℃后,材料在磁场下的成链受到显著影响,造成流变效应下降、剪切力变化不可控等问题;磁流变液工作时磁性颗粒间的滑差会造成磁流变液温度的显著升高。

多晶胞填充对点阵结构力学性能影响的研究

本研究针对单一晶胞类型点阵模型力学性能无法充分发挥的问题,提出一种基于梁单元插值的多晶强化技术,探究多晶胞点阵模型排布机理,提高点阵模型力学性能。单轴压缩试验表明,多晶胞类型点阵模型可改变裂纹延展方向,阻碍滑移剪切带沿单一方向的快速传播,形成多滑移剪切带共存的模式,提高了承载的延展性。

金属材料的选择原则与方法

通过对金属材料工程专业相关的教学和实际应用的多年研究,结合参考其他专业人员的研究成果,总结了对金属材料选择的几个原则,并提出了常规金属材料的一般选择方法。

材料适用性评价指标体系构建研究

材料在装备上的适用性评价是对材料技术成熟度和使用合理性的评价,为建立材料适用性评价指标体系,通过研究确定了构建原则,分析了材料适用性的主要影响因素是材料性能、技术成熟性、保障能力和经济可承受性。在此基础上采用层次分析法构建了具有有序递阶层次结构的评价指标体系,基本概括了材料获得工程应用时必须具备的关键要素。

材料数据库系统在选材评价中的综合应用研究

基于材料数据库的选材评价,可以充分发挥数据库海量存贮能力、强大的检索功能与计算机的超级计算能力,使待评价材料的筛选和大量数据初始化处理与模型计算等评价的繁琐复杂过程变得快捷、准确、简便和智能。在构建材料数据库系统的基础上,开发出材料适用性评价方法功能模块,实现了基于材料数据库的计算机辅助选材评价,在材料数据库系统向智能化技术发展的方向上进行了有益的尝试。通过评价得到的量化结果,直观反映出性能相近或各有优劣的选材方案的差异,减少了仅凭经验甄别选材方案时的主观性或盲目性。

小口径TP2铜管爆破压力的概率分布

研究小口径TP2铜管爆破压力的概率分布是建立其可靠性设计方法的基础。应用数理统计理论与方法,基于16组爆破压力实测数据,对小口径TP2铜管爆破压力的分布规律与分布参数进行了探索。研究表明,小口径TP2铜管实测爆破压力与中径公式计算值之比,在显著度为0.05时是基本符合正态分布的随机变量;在双侧置信度为98%时,该随机变量的均值位于0.9809~1.0321之间,标准差位于0.02518~0.06538之间,变异系数位于0.02440~0.06665之间。

加载速率对汽轮机转子钢低周疲劳损伤的影响

加载速率反映了汽轮机转子启停及运行时温度变化速度与负荷变化速率。对火电厂汽轮机转子30Cr1Mo1V钢在538℃温度下的低周疲劳损伤进行试验研究,研究加载速率对实际低周疲劳损伤和预测低周疲劳损伤的影响。结果表明:在相同的寿命分数下,加载应变速率越大,低周疲劳损伤越小;在同一加载速率下,总应变幅越大对应的低周疲劳损伤也越大;在同等应变幅条件下,转子钢高温低周疲劳预测损伤比实际损伤大,加载速率较低时,转子钢高温低周疲劳预测损伤比较大;加载速率对材料损伤有显著影响的取值范围为0.1%-s-1≤ε≤0.2%-s-1。

P92钢焊接接头蠕变-疲劳交互作用下高温断裂参量表征及失效评定曲线的建立

在610℃下,对超超临界火电机组用P92钢主蒸汽管道的焊接接头进行了蠕变-疲劳交互作用裂纹扩展试验。获得了蠕变-疲劳裂纹扩展速率,并进行了高温断裂参量的表征,同时,结合P92钢焊接接头蠕变与拉伸试验,建立了P92钢焊接接头材料与时间相关的失效评定曲线(TDFAD)。研究结果表明,试样断口微观形貌特征显示出其蠕变–疲劳交互作用下的裂纹扩展主要是由蠕变因素主导的。每条蠕变裂纹扩展速率与高温断裂参量C*的关系曲线中均存在一个拐点,这个拐点的产生过程即为蠕变裂纹扩展的孕育阶段。采用修正R6中Option2的方法建立了TDFAD,该方法充分考虑了蠕变因素的影响,能够获得较安全的评定结果。

一种改进的纳米压入测试方法

利用过量纲理论和有限元模拟分析了Oliver-Pharr方法识别材料折合弹性模量的精度。结果表明:理论测试误差明显依赖于卸载后的残余深度与最大压入深度的比值(hf/hm)和材料的应变硬化指数n。当hf/hm>0.7、n=0时,Oliver-Pharr方法计算的折合弹性模量最大测试误差将近32%,其原因是由于估算得到的接触深度明显低于真实的接触深度。在此基础上,提出一种改进的计算方法,对接触深度的估算进行修正,应用改进方法确定材料折合弹性模量时,最大误差可控制在±15%以内。两种铝合金材料的压入试验也证明了此结论。

新型的轻小型化雷达接收机的研制

利用多芯片组件和多层基板技术,研制了一种新型轻小型化的雷达接收机。着重分析接收机中的结构设计、系统设计和避免干扰的措施。介绍了有源混频放大器MAX2682的功能和应用。测试结果表明,研制的轻小型化接收机可以有效降低雷达的体积和重量,提高稳定性和可靠性。

钢材拉伸试验数据的同质性判别

具有同质性的拉伸试验数据是确定钢材机械性能指标的依据,判别试验数据的同质性,剔除无效数据,是分析拉伸试验数据具有同质性的前提。应用数理统计理论,建立了试验数据同质性的判别方法。基于桥梁用Q420NHY中厚板拉伸试验数据,在双侧置信度为99%时,判别了试验数据的同质性,确定了Q420NHY钢的机械性能指标。研究表明:拉伸试验数据的同质性对钢材机械性能指标的影响不可忽视。

超(超)临界汽轮机汽缸紧固螺栓高温蠕变断裂研究

超(超)临界汽轮机汽缸以镍基超高温合金作为紧固件材料,螺栓蠕变损伤的研究对超(超)临界机组的安全运行及维修具有重要意义。对镍基合金Nimonic 80A进行了550℃不同应力下单轴及空心螺栓的蠕变实验,引入应变阈值,结合Norton-Bailey-Kachanov蠕变方程,改进了蠕变损伤模型,模型能更准确描述蠕变全过程;修改有限元软件ABAQUS子程序,模拟了空心螺栓的蠕变过程。结果表明,空心螺栓蠕变断裂并不是在应力集中的螺纹处,而是在螺杆处,有限元计算结果与实验结果吻合较好。

汽轮机进汽阀U型密封高温强度与密封性能分析

U型密封因其优越的密封性能而被广泛应用在超超临界汽轮机进汽阀门中。随着运行参数(温度,压力)不断提升,U型密封承受的蠕变越发严重。为了研究U型密封在高参数运行条件下的蠕变强度与密封性能,引用经过时间硬化修正的Norton-Bailay蠕变本构方程和基于孔洞长大理论的多轴蠕变模型,分析计算了汽轮机进气阀U型密封2 105 h工作时域内接触面位置、接触应力和蠕变多轴度因子的变化规律。结果表明:随蠕变时间增加,U型密封的接触应力下降明显;U型密封的关键部位受到较大多轴应力影响,并产生较大的Cocks-Ashby蠕变等效应变,试验结果与预测结果一致。

室温与超低温时奥氏体不锈钢S30408的屈强比

为了比较与评价钢材屈强比在不同温度条件下的变化规律,应用概率论与数理统计知识,构建了不同温度钢材屈强比的比较方法与评价体系。基于非预应变奥氏体不锈钢S30408在室温与液氮温度时的有效拉伸试验数据,在双侧置信度为99%时,比较与评价了其屈强比的变化。室温屈强比均值范围为0.397 0~0.426 0,标准差范围为0.003 3~0.027 7,变异系数范围为0.007 7~0.069 7。液氮温度屈强比均值范围为0.293 7~0.320 7,标准差范围为0.031 1~0.050 2,变异系数范围为0.096 9~0.170 7。

高温汽轮机转子的剩余寿命管理系统

汽轮机转子的寿命管理涉及到材料、结构、力学等多学科知识的交叉,是一项要求具有很强综合分析能力的专家行为。该文以Visual Basic结合数据库系统为平台,实现了时间相关断裂力学理论、材料库、工况库和知识库的有机结合,通过对多裂纹干涉与合并准则、蠕变-疲劳交互效应的合理镶嵌,减少了传统方法的保守性,提高了转子剩余寿命预测的精度,实现了转子寿命管理的智能化、专家化,为提升汽轮机组的寿命与可靠性提供了有力的工具,并通过试验数据对寿命管理系统所嵌套的计算方法进行科学性验证。

材料适用性评价模型构建研究

在初步建立材料适用性评价指标体系的基础上,组织材料研究与应用方面的资深专家,采用层次分析法对评价指标体系的合理性、评价因子的相对重要性(权重)等开展了评价。通过对专家评价结果的计算分析,确定了指标体系各级评价因子的权重,构建了材料适用性评价模型,确定了材料适用性评价的具体操作方法。通过实证案例分析,该评价模型能够比较客观、真实地概括材料适用性的主要特征,具有可操作性,评价结果与实际情况吻合。

30Cr1Mo1V钢高温低周疲劳中的软化特性

软化是高温长期运行部件的主要特征,软化意味着材料性能的降低。为了探讨软化对材料低周疲劳特性的影响,对30Cr1Mo1V转子钢进行了应变控制中断低周疲劳试验。试验温度为540℃和565℃,应变幅为0.2%～1.0%,采用拉压对称三角波。基于试验结果,建立了疲劳损伤与低周疲劳寿命之间的关系。通过对试验试样的维氏硬度进行检测,得到了带有硬度修正的低周疲劳应变-寿命修正公式,并对修正公式的有效性进行了检验。结果表明,硬度修正公式在循环寿命小于0.5倍寿命分数时有效,而在循环寿命大于0.5倍时,则存在高估剩余寿命的危险。在同一硬度下,对不同温度和应变,损伤是不同的,应变越小,损伤越大;温度越高,损伤越小。