原生喙锁韧带及柔性重建后有限元仿真和实验测试

背景:对于以喙锁韧带断裂造成的肩锁关节脱位,单束和双束重建为常见修复方式,深化研究对比二者修复的应力分布和骨折风险具有重要意义。目的:研究喙锁韧带的生物力学性能,对比单束和双束重建肩锁关节的固定效果、应力分布和破坏形式。方法:①有限元仿真分析:利用Mimics、Wrap和SolidWorks软件分别建立正常喙锁韧带、单束重建和双束重建肩锁关节模型,利用Ansys软件分析锁骨垂向受载时各模型肩胛骨和锁骨的应力和变形情况;②标本实验:取15个完整的人体肩胛骨-锁骨标本,随机分为5组处理,每组3个:A组切断肩锁韧带,保留完整的喙锁韧带;B组切断肩锁和斜方韧带,保留完整的锥状韧带;C组切断肩锁和锥状韧带,保留完整的斜方韧带;D组切断肩锁和喙锁韧带,采用单束重建修复喙锁韧带;E组切断肩锁和喙锁韧带,采用双束重建修复喙锁韧带。利用力学试验机进行力学实验,分析肩胛骨和锁骨的生物力学状态、应力分布和破坏形式。结果与结论:①有限元仿真分析:正常喙锁韧带附着标本喙突的平均应力最小,其相对于单束和双束重建模型喙突骨折的风险较小;单束和双束重建模型的喙突平均应力相当,二者骨折风险接近;②标本实验:A-E组标本的刚度分别为(26.4±3.5),(19.8±2.8),(21.3±3.2),(57.7±4.1),(46.2±2.8)N/mm,极限载荷分别为(545.5±53.7),(360.1±42.1),(250.9±44.4),(643.5±39.1),(511.9±31.7)N,D、E组标本的整体刚度高于A组(P=0.00006,0.0003),D组极限承载高于A组(P<0.05),E组极限承载和A组无差异(P>0.05);A-C组为韧带断裂,D、E组为喙突骨折;③结果显示:从生物力学角度分析,对于肩锁关节脱位中的喙锁韧带断裂,单束和双束重建均为有效的治疗技术,但均增加了骨折风险,其中双束重建分散了钢板应力、减小了钢板和骨质的接触力,但稍微降低了极限承载力,应根据临床实际情况选用单束或双束重建。

热等静压FGH95粉末涡轮盘

采用氩气雾化和等离子旋转电极雾化两种制粉工艺制备的ＦＧＨ９５ 粉末和双韧化（颗粒界面韧化＋热处理强韧化） 热等静压近尺寸成形盘件制备工艺， 制备了ＦＧＨ９５ 粉末涡轮盘。性能达到国外同类合金的Ａ 级水平并装机通过了发动机的盘件结构试验与试车。

制备超细金属粉末的新型电解法

以超细铜粉为例介绍了用一种新型的电解法制备超细金属粉末的工艺路线 ,其特点是将制粉过程和表面包覆同步完成 ,从而获得纯度高、粒度均匀、表面包覆、高弥散、抗氧化的超细金属粉末。

FGH95粉末盘材料热/机械疲劳和等温低周疲劳断裂行为研究

对粉末冶金盘材料 FGH95进行了同相位 ,温度循环为 3 5 0℃到 60 0℃的热 /机械疲劳试验和 60 0℃的等温低周疲劳试验。考察了两种载荷波形下材料的循环应力响应行为和高温疲劳断裂机理以及载荷波形对疲劳寿命的影响。研究结果表明 :同相位热 /机械疲劳寿命比上限温度的等温低周疲劳寿命短。该材料在高温应变疲劳的循环应力响应行为与应变水平的大小以及循环载荷波形有关。试样的微观断口分析显示了在高温应变疲劳试验中同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤。在同相位热 /机械疲劳载荷下 ,穿晶 +沿晶断裂为疲劳断裂的主要特征 ;在等温低周疲劳载荷下 。

淬火工艺对FGH95合金组织结构与蠕变性能的影响

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究固溶及淬火工艺对FGH95镍基合金蠕变行为及变形特征的影响。结果表明:固溶后经油浴冷却的合金的组织结构由不均匀的颗粒及γ′相组成,粗大γ′相在边界区域呈不连续分布,边界区域为γ′相贫化区;经盐浴热处理后合金中无粗大γ′相,晶粒略微长大,晶内细小的γ′相弥散分布,粒状(Ni,Ti)C相沿晶界不连续析出;在650℃和1034MPa条件下,经盐浴热处理后合金的蠕变寿命较长,测定出该合金的蠕变激活能为542.07kJ/mol;固溶后经油浴冷却的合金在蠕变期间的变形机制是位错发生双取向滑移,而固溶后经盐浴冷却合金在蠕变期间可形成位错缠结和层错等位错组态,晶界及晶界处不连续析出的粒状碳化物可有效阻碍位错滑移,这是合金具有较高蠕变抗力和较长蠕变寿命的主要原因。

新型材料一电流变液

本文介绍了电流变液的现象及基本概念 ,详细说明了电流变液的组成 ,影响电流变效应的各因素 ,并且介绍了电流变现象的机理 ,总结了电流变液的应用前景 ,指出了应用研究中的不足及今后的发展方向 ,以期引起大家的关注。

Ni基粉末冶金高温合金平衡析出相的热力学研究

为了对Ni基高温合金进行优化设计,采用热力学计算软件Jmatpro与相应的Ni基高温合金数据库,对3代粉末高温合金René95、René88DT和René104合金的平衡相析出行为进行了热力学计算与比较研究。结果表明:3种合金的平衡相种类基本相同,主要平衡相为γ、γ'、碳化物M23C6和MC以及硼化物M3B2,但析出量、析出温度及范围存在差别。René104合金有较高的γ'相析出温度和较多的γ'相析出量,而René88DT合金的γ'相析出温度最低,γ'相析出量最少;Ta的添加使Nb元素在γ'相中的含量随温度降低先增加后减少的变化规律变为随温度降低而一直减少;另外,对于碳化物而言,René95和René88DT合金中的碳化物析出规律基本一致,只是析出量和析出温度区间不同,而René104合金与它们存在一定差别。

热等静压温度对FGH95合金组织和持久性能的影响

通过对FGH95合金进行不同温度的热等静压处理、组织形貌观察及持久性能测试,研究热等静压温度对合金组织结构与持久性能的影响。结果表明:在低于γ′相溶解温度进行热等静压时,粗大γ′相沿颗粒边界区域不连续分布;随热等静压温度的升高,合金中一次粗大γ′相的数量、尺寸逐渐减小,经1 140℃固溶处理后,晶粒尺寸无明显变化;合金经1 180℃热等静压及完全热处理后,粗大γ′相完全溶解及γ′相贫化区消失,晶粒尺寸明显长大,γ′相和细小碳化物沿晶界及晶内弥散析出,因而合金具有较好的持久性能;合金在持久性能测试期间的变形机制是位错在基体中滑移及剪切γ′相。

FGH95粉末镍基合金的组织结构与蠕变特征

通过蠕变曲线的测定及组织形貌的观察,研究了FGH95粉末镍基合金的蠕变行为及变形特征。结果表明:FGH95粉末镍基合金在试验的温度和应力范围内,具有明显的施加温度和应力敏感性,并测算出合金的蠕变激活能和应力指数。合金的组织结构由一次、二次、三次γ′相及弥散分布的碳化物组成,在粉末颗粒之间具有较宽的晶界。蠕变期间,在合金晶粒内的变形以单取向或双取向滑移方式进行,并在滑移迹线附近有细小碳化物析出,而较宽的晶界由于剧烈变形可发生碎化形成细小晶粒。合金在蠕变期间的微观变形机制是位错发生双取向滑移,其中(1/2)〈110〉位错在γ基体相中运动,〈110〉超位错存在于γ′相内,而层错的形成是由于〈110〉超位错分解为(1/3)〈112〉超肖克莱不全位错所致。

粉末高温合金研究进展与应用

粉末高温合金由于特有的组织与性能已成为制造先进航空发动机涡轮盘的优选材料。为提升航空发动机的使用性能及可靠性,对粉末高温合金从材料、制造技术到涡轮盘的工程化应用进行全面和深入的研究,在粉末盘相应的关键技术上取得突破性进展,确立粉末盘制备的工艺路线,并制定工艺与检测的技术文件。为缩短研制周期,优化工艺过程。数值模拟技术也在粉末盘制备过程中得到广泛应用,并取得初步验证实验结果。

FGH95合金连续冷却条件下γ′相析出过程的研究

研究了FGH95粉末高温合金的平衡γ′相含量与温度的关系 ,得到了连续冷却条件下合金的γ′相平均粒径与冷速的关系 ,并分析了γ′相的析出规律。研究指出 ,在连续冷却条件下 ,γ′相的析出并非由扩散长大过程所控制 ,而很可能是由析出形核过程控制的。同时 ,FGH95合金淬火时 ,仅在 10 0 0℃以上需要保持较高的冷速 ,低于此温度 ,γ′相几乎不再粗化 ,并根据这一原则为FGH95合金涡轮盘的热处理过程选取了合适的淬火介质。

HIP态FGH96合金中人工加入非金属夹杂物的特征

研究了三种人工加入的非金属夹杂物在HIP态P/MFGH96合金中的不同特征。结果表明,三种类型的夹杂物各自表现出了不同的形貌特征和界面结构,并通过显微硬度测定说明了三种不同的界面结构对基体力学性能的影响。

非金属夹杂物对FGH95合金微观拉伸行为的影响

通过扫描电镜原位拉伸实验,动态跟踪观察了2种非金属夹杂物对FGH95合金裂纹萌生和扩展的影响规律。结果表明,裂纹在夹杂物处萌生,塑性莫来石类夹杂的尖角处,是裂纹萌生的择优位置。在最大正应力和最大剪应力的作用下,裂纹沿与主应力轴垂直或约45°向夹杂内部扩展。当裂纹扩展到基体中之后,呈锯齿状向基体内扩展,但主裂纹所在平面仍与主应力轴垂直,其尖端变形带内有明显的滑移线出现。夹杂物附近基体中的贫γ′相区,断口呈韧性沿晶断裂,而远离夹杂物的基体处则变为穿晶断裂。

超细粉润滑剂的稳定性

为解决超细金属粉固体润滑剂的稳定性问题，分析了单个粉末颗粒和超细金属粉末在液体中实现稳定分散和悬浮的条件．结果表明，表面未包覆的粉末在液相中很难稳定存在，而表面包覆的超细金属粉末由于粉末表面吸附层产生的空间位阻效应，且在吸附层厚度大于4．2nm时，超细金属粉末才能在润滑油中实现稳定的悬浮．

粉末高温合金中夹杂物特性及其质量控制

研究了粉末高温合金中夹杂物特性及对材料断裂行为的影响 ,包括夹杂物的性质及来源、夹杂物在材料变形过程中的形变特征、夹杂物对材料疲劳断裂行为的影响等 。

SiO_2非金属夹杂物对镍基粉末高温合金微观力学行为的影响

通过扫描电镜原位拉伸和原位疲劳实验,动态跟踪观察了S iO2类非金属夹杂物对FGH95合金裂纹萌生和扩展的影响规律。结果表明,在原位拉伸过程中,夹杂物处是裂纹萌生的择优位置,且沿与应力轴垂直或约45°向夹杂内部扩展。当主裂纹扩展到基体中之后,呈锯齿状向基体内扩展,但主裂纹所在平面仍与主应力轴垂直,其尖端变形带内有明显的滑移线出现。在原位疲劳过程中,主裂纹在夹杂物与基体界面处萌生,并在尖角应力集中处沿与主应力轴成45°向基体中扩展,随后沿垂直于主应力轴方向扩展至失稳断裂。夹杂物附近基体中的贫γ′相区,断口在两种加载条件下呈不同的断裂特征。

粉末涡轮盘力学性能的计算机预测

通过对采用直接热等静压工艺制备的粉末高温合金涡轮盘的性能与淬火冷速的关系分析 ,建立了盘件淬火计算机模拟分析的基本技术 ,可用于盘件的淬火冷速分析和组织性能预测。与实际比较 ,力学性能预测结果达到了很高的精度 。

FGH95镍基合金的组织结构与蠕变行为

通过蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了FGH95合金的蠕变特征与变形机制。结果表明:经高温固溶及"盐浴"冷却后,FGH95合金的组织结构由细小γ′相及粒状碳化物弥散分布于γ基体所组成,由于沿晶界不连续析出的粒状(Ti,Nb)C相可提高合金的晶界强度,并抑制晶界滑移,故使其在650℃、1034MPa条件下有较小的应变速率和较长的蠕变寿命。合金在蠕变期间的变形机制是位错切割γ或γ′相,其中,当(1/2)<110>位错切入γ相,或<110>超位错切入γ′相后,可分解形成(1/6)<112>肖克莱不全位错或(1/3)<112>超肖克莱不全位错+层错的位错组态;蠕变后期,合金的变形特征是晶内发生单取向和双取向滑移,随蠕变进行位错在晶界处塞积,其引起的应力集中致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制。

SiO_2在FGH96高温合金中的遗传特征

研究了SiO2颗粒在FGH96高温合金各不同工艺状态中的行为特征,结果表明:经热等静压处理后,SiO2尖角分明的特征消失,在界面处有反应过渡区生成,变成了一种“复合”非金属夹杂物。反应的驱动力为粉末和SiO2颗粒的表面能及在热等静压过程中球形粉末变形产生的应变能。在随后的各工艺状态中,SiO2在形貌、尺寸和元素分布等方面表现出了一定的行为特征。

喷射铸造复合轧辊温度场的数值模拟

喷射铸造是一种先进的可用于制造高性能复合轧辊的技术,但复合轧辊界面冶金结合困难是这种新型工艺所面临的关键问题。通过计算机数值模拟研究喷射铸造过程中复合轧辊内部温度场及各种喷射工艺参数对温度场的影响。结果表明,辊芯预热温度、辊芯平移速度和喷射速率对温度场的影响较大。