超过饱和固溶W-B合金力学性质的第一性原理研究

针对小原子元素在金属合金中可同时提高硬度和韧性的现象,本文采用基于第一性原理方法,研究了W-B合金的超过饱和固溶结构和力学性能.计算结果表明:无论是几何结构的晶格畸变,还是热力学上的结合能,B原子以置换形式固溶于W晶体中均优于其他固溶形式,这主要是由于置换B原子与周围W原子形成以共价型为主兼有离子型的键合作用.在合金中添加B元素虽然降低了合金材料的弹性模量,杨氏模量由414.34 GPa降低至338.36 GPa,但却显著增加了材料的韧性,B/G值由1.97提高到2.30(纯W晶体相较于B含量6.25 at.%时).并且合金的各向异性显著地减弱.另外,合金中B元素的添加,还使得材料理想剪切强度和最大应变值也得到了增加,分别由原来的19.981 GPa和0.187增加至21.814 GPa和0.209.这说明B元素在W合金中的超过饱和固溶不仅增加了合金的强度,还提高了合金的韧性.

圆盘涡轮式桨叶对搅拌槽混合特性影响的CFD研究

利用CFD技术对圆盘涡轮式搅拌槽内的浓度场进行数值模拟研究,主要考察了常见的平直桨叶(90°)、斜桨叶(60°和45°)的安装位置对混合时间θm、单位体积混合能Wr和浓度标准差σ的影响。在标准安装高度的平直桨叶下,对槽内速度进行分析,得到的数据与实验值非常吻合。研究表明:圆盘涡轮式桨叶由标准安装高度降低时,搅拌槽内的流型由径向流转变为轴向流,并且90°、60°和45°的转变为轴向流的相对安装高度(C/H)分别为0.20、0.233和0.267;混合时间是由槽内顶部和底部检测位置决定的;桨叶的标准相对安装高度(C/H=1/3)并不是混合性能最优的位置,针对90°、60°和45°三种倾角的桨叶,在相对安装高度分别为0.213、0.267和0.320时的搅拌混合性能最佳;综合考虑省时、节能和混合均匀性的因素,倾角为45°的桨叶最佳,60°的桨叶次之。

固定管板式换热器应力的有限元分析

应用ANSYS有限元软件,建立了某固定管板式换热器的结构分析模型,对3种操作工况下换热器的应力场进行了计算,并校核了其中的危险工况。结果表明:受热载荷作用的换热器,最大应力在管板与管箱内壁面的过渡圆角处;"表皮效应"使距壳程侧2 mm处管板上的应力最大;换热器的各部件安全裕度均大于2,常规设计方法过于保守。

焊制三通在面内弯矩作用下的塑性极限载荷

文中使用ANSYS软件对面内弯矩作用下的焊制管道三通进行了弹塑性有限元应力分析 ,建立了覆盖常用三通几何尺寸的塑性极限面内弯矩有限元解数据库 ,并拟合得到高精度的三通塑性极限面内弯矩计算公式 。

输油管道三通弹塑性应力分布的有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件建立三通的有限元模型,并对支主管径比不同的三通进行了弹塑性加载模拟计算,进而得到了三通在内压、面内弯矩和面外弯矩3种载荷作用下,应力沿相贯区的分布规律及危险点的位置。研究结果表明:增大支管管径并不能提高三通承受内压的能力,但可提高三通承受弯矩的能力;三通受内压时腹部向外膨胀,肩部向内收缩;大开孔支管三通所能承受的极限面外弯矩要远小于极限面内弯矩。

涡轮桨直径对锥盘底搅拌槽固液混合特性影响

利用CFD技术对锥盘底搅拌槽内的固液两相流混合浓度场进行数值模拟研究,考察了45°圆盘涡轮式搅拌桨直径d对固液混合时间数,单位体积混合能,浓度标准差,湍动能和湍动耗散率,和固相离底悬浮临界转速的影响。研究表明:随着搅拌桨直径的增大,搅拌槽内的流体由轴向流转变为径向流的流型转变高度逐渐减小。桨径比d/D大于0.3时,混合时间数显著减小;d/D小于0.4时,单位体积混合能较小;d/D达到1/3时,单位体积混合能最小。浓度标准差随搅拌桨直径的变化波动较小。d/D小于0.4时,湍动耗散率的增长率较低;d/D大于0.3时,固相离底悬浮临界转速显著减小。从提高混合效率和降低能耗的综合角度考虑,桨径比d/D应控制在0.3—0.4之间。

海洋钻机井架剩余承载能力测试和计算

运用ANSYS有限元软件建立了某海洋钻井井架的三维分析模型,计算了钩载为424 kN时的应力,与测试结果吻合。应用该模型对原设计井架和现役腐蚀减薄井架分别进行了受力计算,结果表明,由于型钢壁厚减薄,井架中轴向应力增加了22%,为保证安全作业,井架需降级使用。计算该井架的剩余承载能力,最大钩载降到4 920 kN是安全的。

推进式搅拌器桨叶参数优化

推进式桨叶参考数据少而陈旧,由此得到的外轮廓形貌欠佳。研究以桨叶宽度系数值为基础,利用Matlab对推进式桨叶的复杂外形进行分析和优化。用高次多项式代替样条插值,拟合得到光滑的曲线,并进行误差分析,发现拟合的7阶多项式曲线的精度优于其他拟合曲线。将优化后的桨叶外形数据保存为Pro/E可识别文件,导入Pro/E进行参数化建模,并对桨叶曲面进行高斯曲率分析,表明所建曲面很光顺。为搅拌器的下一步数值仿真分析奠定基础,并为复杂曲面的优化和参数化建模提供一种高效的方法。

Si原子在CeO_2(111)表面吸附与迁移的第一性原理研究

为探究Si原子在CeO_2(111)表面吸附的微观行为,采用第一性原理的方法研究了Si原子在CeO_2(111)表面的吸附作用、电子结构和迁移过程,计算了Si原子在CeO2(111)表面的吸附能,最稳定及次稳定吸附位置的电子态密度与电荷密度分布、迁移激活能。计算结果表明:Si原子最易吸附于基底表层的O原子上,其中O桥位(Obri)吸附作用最强,O顶位(Ot)和O三度位(Oh)吸附强度次之。Si原子仅对其最邻近的表层O原子结构影响较大,这与Si原子及其最邻近的O原子间电荷密度重叠程度增强的结果一致。Si原子最易围绕着Ot位从Obri位向Oh位迁移,迁移所需激活能为0.849eV。

微波辐射无皂乳液聚合法制备PS微球

采用无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯(PS)微球,以微波辐射加热方式代替传统油浴或水浴加热方式,研究了聚合体系中引发剂过硫酸钾的浓度、交联剂二乙烯苯与稳定剂α-甲基丙烯酸的体积比、微波功率大小对PS微球形貌、粒径及其分布的影响。结果表明,较传统加热方式,微波辐射加热方式极大地改善了PS微球的球形度和表面形貌。PS微球粒径随着引发剂浓度的增加呈现减小的趋势,随着交联剂与稳定剂体积比及微波功率的增加均呈现先减小后增大的趋势。当引发剂浓度为6.06×10^(-3) mol/L、交联剂与稳定剂体积比为2∶1、微波辐射功率为300 W时所制备的PS微球表面光滑、球形度高、粒径分布均匀,平均粒径约为240 nm。PS微球表面带负电荷且分散性良好,并通过Hertz接触理论计算得到PS微球的压缩弹性模量约为2.75 GPa。

管件三通塑性极限载荷估算式研究进展

三通几何结构和受载较复杂,是管系中的薄弱环节,准确预测三通的塑性极限载荷,成为管道完整性评估的关键技术。综述了国内外三通塑性极限载荷的研究现状,对今后三通塑性极限载荷的研究和安全评定标准的制定具有一定的指导意义。

底部减薄焊制三通的塑性极限面外弯矩分析

利用ANSYS有限元分析软件对含底部减薄缺陷焊制三通进行了弹塑性有限元分析 ,确定了影响三通塑性极限面外弯矩的主要因素 ,建立了覆盖常用三通几何尺寸及缺陷尺寸的塑性极限面外弯矩有限元解数据库 ,并拟合得到形式简单且具有较高精度的塑性极限面外弯矩工程估算式。

肩部减薄三通塑性极限面内弯矩的分析

三通在使用中受介质的腐蚀或冲刷会在肩部产生局部减薄,从而降低其使用的完整性。鉴于此,采用弹塑性有限元方法,分析了肩部减薄缺陷对三通极限载荷的影响。研究表明缺陷的轴向长度对三通的极限面内弯矩影响较小。在将常用三通几何尺寸简化为等径不等壁厚形式的基础上,建立了覆盖常用三通几何尺寸及缺陷尺寸的塑性极限面内弯矩有限元解数据库,最终拟合得到具有较高精度的塑性极限面内弯矩工程估算公式。

锥盘底和平底搅拌槽固液混合特性的CFD研究

利用CFD软件分别对固液混合的锥盘底搅拌槽和平底搅拌槽内的固相浓度场进行数值模拟,研究了搅拌槽底部形状对固液混合时间、搅拌功率、湍动能和固相速度的影响。研究表明:平底搅拌槽中的循环流不能到达槽底中央和槽底与槽壁的交接处,在这两个部位易产生固体颗粒的沉积,锥盘底搅拌槽的固液相混合时间比平底搅拌槽的省时22%,平底搅拌槽和锥盘底搅拌槽的功率消耗几乎相同,锥盘底搅拌槽3个监测点的湍动能都大于相应的平底搅拌槽的,锥盘底搅拌槽的监测点固相速度也比相应的平底搅拌槽的大。综合考虑锥盘底搅拌槽的各个固液混合参量都优于相应的平底搅拌槽。

压弯载荷下底部减薄三通塑性极限载荷分析

采用有限元分析软件ANSYS,对常见等径三通进行数值模拟分析,求得内压与弯矩联合作用下的塑性极限载荷有限元解;研究了不同比例内压、面外弯矩联合载荷作用下,底部减薄尺寸对三通失效模式和极限承载能力的影响。研究结果表明,无量纲化的底部减薄深度c≥0.4时,缺陷的存在才会对三通极限承载能力有显著影响。内压较大时,轴向减薄尺寸是造成底部塑性失效的主要因素。通过对大量算例的拟合,提出了压弯联合载荷作用下含底部减薄三通的塑性极限载荷工程估算公式。

Zr掺杂对CeO2（111）表面空位形成及电子结构的影响

利用VASP软件,采用第一性原理的DFT+U方法计算了Zr掺杂前后CeO 2(111)表面结构、氧空位形成能以及电子结构的变化.研究表明:Zr掺杂中心附近,表层Ce,O原子发生较大弛豫,Zr的掺杂明显降低了CeO 2(111)表面的氧空位形成能,表明对其态密度无明显的影响.Zr掺杂前后的还原体系态密度图均在靠近费密能级左侧出现1个间隙态,表明有Ce^4+被还原为Ce^3+.

Al、Cr、Fe掺杂对KDP(001)晶面力学性能影响的第一性原理研究

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对KDP(001)晶面及三价金属Al、Cr、Fe掺杂KDP(001)晶面的拉伸、剪切应力-应变曲线进行了模拟研究,并对其理想强度、径向分布函数、电子态密度、电荷密度分布进行了分析。研究结果表明,Al、Cr、Fe掺杂KDP晶体后晶格常数只略微增大,掺杂后费米能级附近主要由掺杂元素的Al-3s、Cr-3d、Fe-3d电子轨道占据,且O-2p轨道向低能级移动,结构变稳定。三种掺杂体系沿[001]向和[100]向的拉伸、剪切弹性模量、理想强度均高于KDP晶体,而三种掺杂体系的[110]向剪切弹性模量、理想强度几乎不变。在[001]向拉伸应力作用下,理想及掺杂KDP晶体始终保持四方晶系结构不变。KDP晶体的态密度分布几乎不变,Al、Cr、Fe掺杂体系的O-2p轨道由低能级向高能级移动,结构变得不稳定。[100]向和[110]向剪切作用下,理想及掺杂体系均由四方晶系转化为单斜晶系。理想及Cr掺杂KDP晶体的态密度分布几乎不变,Al、Fe掺杂体系的O-2p轨道由高能级向低能级移动,结构变稳定。KDP晶体容易沿[110]向发生剪切变形。

肩部减薄缺陷三通塑性极限面内弯矩的研究

利用ANSYS有限元分析软件对含肩部减薄缺陷焊制三通进行了弹塑性有限元分析,确定了影响三通塑性极限面内弯矩的主要因素,建立了覆盖常用三通几何尺寸及缺陷尺寸的塑性极限面内弯矩有限元解数据库,并拟合得到形式简单且具有较高精度的塑性极限面内弯矩工程估算式。

钢包回转台支座焊缝开裂研究

在冶金工业中,为使炼钢工部的钢液连续地传送到连铸机的浇注位置,采用钢包回转台进行传送。钢包回转台主要包括回转平台、提升臂、支座和推杆四大部件,各部件均由顶板、底板和筋板等构件构成。

带导流筒连续式搅拌槽固液混合特性的CFD研究

利用CFD方法对带导流筒连续式搅拌槽内的固液混合特性进行数值模拟,考察了导流筒位置、长度和直径,进料口的轴向位置和径向位置对浓度标准差(?滓)、混合时间(T)、单位体积搅拌功率(Pr)和湍动能(k)的影响。结果表明:随着导流筒位置的升高,?滓逐渐减小,T先增大后减小,Pr和k减小;随着导流筒高度的增加,?滓和T先减小后增大,Pr和k减小;随着导流筒直径的增大,?滓逐渐减小,T增大,Pr和k增大。随着进料口距液面距离的增大,?滓先减小后增大,T减小,Pr和k减小;随着进料口距搅拌轴中心距离的增大,?滓增大,T先增大后减小,Pr和k减小。?滓和T越小,Pr和k越大,混合越均匀。综合考虑各因素,导流筒位置为15 mm,筒高比为0.333,筒径比为0.567-0.6,进料口的轴向和径向距离分别为50 mm和15 mm时,固液混合性能最好。