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。

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。

基于CSO-LSSVM模型的选择性激光烧结成型工艺参数优化

成型收缩是影响选择性激光烧结技术(selective laser sintering,SLS)制件精度的关键因素,而工艺参数对材料烧结情况和收缩变形程度有着明显影响,因此选择合理的参数组合对减小精度误差和改善成型性能质量有着重要意义。为降低SLS成型件工艺参数优化试验成本,文章开发了一种名为CSO-LSSVM成型精度预测模型用于工艺参数的预测。该模型的设计思路是:首先,通过Sine映射、非线性切换因子和针孔成像反向学习等3种改进策略全方面协调增强了蛇优化器(snake optimizer,SO)的收敛精度和寻优速度,接着,将改进后的蛇优化器(chaotic multi-strategy enhanced snake optimizer,CSO)与最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LSSVM)结合,整定关键核函数参数,提高模型预测精度和泛化能力。为验证CSO-LSSVM模型的有效性和优越性,利用Matlab软件在真实数据集基础上将其与LSSVM、BP(back propagation)神经网络以及极限学习机(extreme learning machine,ELM)模型进行对比。结果表明:文中所提方法具有更高的预测精度,其误差评价指标均方根误差、平均绝对百分比误差和平均绝对误差分别为0.5462、9.4877、0.4017。该模型可为SLS成型加工提供最优工艺参数,有效指导加工。

简单立方点阵结构静态平压性能分析

为了提高简单立方(SC)点阵结构的平压力学性能,在ABAQUS中对SC单胞建立了周期边界约束方程,并通过ESO算法对周期边界条件下的SC单胞进行了拓扑优化设计。随后对优化SC单胞的等效弹性模量进行了求解,发现优化SC单胞的等效弹性模量明显优于传统SC单胞,从外部去除单胞材料可使优化单胞等效压缩模量提高27.14%,从内部去除单胞材料可使单胞等效剪切模量提高46.18%。最后将优化SC单胞从单胞层面扩展到宏观结构中,探究了三类SC点阵结构的静态平压性能。研究表明,周期边界条件与ESO相结合的拓扑优化方法,可使SC结构静态平压时的抵抗力得到明显提升。相比传统SC点阵结构,优化后的SC点阵结构抵抗力提高了20%以上。

长石质陶瓷磨损研究及有限元数值模拟

利用高速环-块摩擦磨损实验机在10、20、30、40 N载荷下对Sirona CEREC Blocks长石质瓷块进行3.5×105周次磨损实验,得到磨损质量、磨损速率等参数与载荷、磨损周次的变化关系,根据所得变化关系将长石质陶瓷的磨损过程分为3个阶段,观察了各阶段的磨损表面形貌。对Archard磨损模型进行修正改进并通过ABAQUS中UMESHMOTION子程序开展有限元仿真研究。在ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)自适应网格区域选取两种节点路径,于3.0×10^(5)周次磨损工况下对4种不同载荷下的磨损深度进行仿真分析,并与实验值对比验证,结果表明10 N载荷工况下磨损深度的最大误差为12.18%,30 N载荷工况下磨损深度的最小误差为8.64%。

多线摇摆往复式线锯切割蓝宝石法向力试验研究

多线摇摆往复式线锯切割加工是目前将蓝宝石晶棒切割成晶圆衬底的主要加工方法,加工过程中法向切割力是反映加工过程稳定性的重要指标。测量了多线摇摆往复式线锯切割蓝宝石晶棒过程中产生的法向力F_(n),跟踪了晶棒不同位置和不同切割深度下法向力的变化规律,以法向力变化幅值ΔF_(n)为指标,探究各种工艺参数对加工过程稳定性的影响。试验结果表明:法向力F_(n)与线锯的往复运动、工件的摇摆运动有明确的对应关系,晶棒前端的ΔF_(n)与中后端的有明显的不同。线速度V_(s)、最大摇摆角度θ_(max)、单片耗线量M_(d)、张紧力F_(w)、总切割时间T等工艺参数对ΔF_(n)有着不同的影响。ΔF_(n)的波动程度与线锯磨损有着密切的关系。

基于临界剪应变势差的复合材料层间失效参数标定及冲击模型建立

提出了一种应用于校准和验证碳纤维增强复合材料(CFRP)层压板分层相关的层间参数标定方法及基于*MAT_58的冲击模型。层间参数标定方面,主要利用短梁剪切试验面外剪应变与正应变云图提取层间失效条件下的临界剪应变势差计算复合材料层间剪切强度。进一步对材料进行10J和200J能量水平的落锤冲击试验和叠层壳及细化网格尺寸模拟,以验证层间参数的有效性和建模实用性。结果表明,P16M2模型分层阈值载荷误差为5.09%,峰值力误差为8.99%,证明了层间参数的有效性,同时根据各模型在仿真精度及计算成本方面表现,增加叠层壳的层数较细化网格尺寸更为有效。

基于内聚力模型的气波机振荡管304对接钎焊接头拉伸强度研究

气波机核心部件振荡管采用钎焊连接,钎焊接头拉伸性能对气波机结构强度具有重要影响。为了对钎焊接头界面裂纹扩展过程进行探究,笔者针对气波机振荡管钎焊结构,制备304对接钎焊接头试样进行拉伸试验,并对拉伸断口进行形貌分析,断口处表现为韧性断裂;基于内聚力模型,开发了VUMAT子程序,进行了有限元模拟分析。模拟断裂载荷为5 039 N,试验值为5 242 N,2者误差为3.9%,验证了模拟的准确性,结果表明内聚力模型可以较好地模拟气波机振荡管钎焊接头的裂纹萌生与扩展过程。在此基础上研究焊缝缺陷对钎焊接头断裂载荷的影响,发现缺陷处内聚力单元损伤速率加快,引起断裂载荷显著下降。

激光熔化沉积Al-12Si合金成形工艺研究

为了满足结构件的一体式、轻量级以及专属定制的要求,笔者对激光熔化沉积(laser metal deposition,LMD)成形Al-12Si合金激光工艺参数进行了摸索,优化激光成形参数;在此基础之上,开展激光熔化沉积成形实验,通过金相分析、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)等表征手段对激光熔化沉积制备Al-12Si合金显微组织进行表征。结果表明:在激光功率700~800 W、激光扫描速度为300~360 mm/min的工艺参数下能够获得高度致密的Al-12Si合金。激光熔化沉积Al-12Si合金成形工艺的研究旨在克服传统制造方式的局限性,通过科学的方法优化工艺参数并改善成形质量,最终获得高质量且性能优异的Al-12Si合金部件。

面向快速重组制造的机械模具数控自动化加工工艺研究

针对市场需求越来越多样化,加工零件类别较多,传统制造系统无法快速适应,成本较高等问题,本文提出以快速重组制造为基础依据的机械磨具自动化加工工艺,通过系统随机模型以及贪婪算法制造布局进行优化,并搭建相应的使能系统框架。经过实例验证,基于快速重组制造的自动化加工工艺满足实际市场需求,同时节约成本,零件加工更为柔性,能够更好起到降本增效的作用。

受感组件密封失效分析及改进

受感组件在压力信号器高低温试验后出现密封失效。通过故障模式分析、仿真计算和试验等方法,探究受感组件密封失效的原因,并进行改进。结果表明,螺纹预紧力衰减是导致受感组件密封失效的直接原因。由于受感组件壳体材料硬度不足,在试验中发生微观屈服变形,使螺纹无法有效配合而导致预紧力衰减,同时壳体与盖体积相对变化量不一致,加剧受感组件在试验中的预紧力衰减。改进壳体材料后,有效缓解受感组件的预紧力衰减,解决该型受感组件密封失效的问题。

应用型本科机械类专业工程材料课程教学改革研究

工程材料是机械类专业重要的专业基础课,文章针对该课程课时少、概念多、系统性差等现状,结合教学过程中遇到的实际问题,对课程的教学内容、教学方法、考核形式等进行改革研究,以期改善教学效果,提升教学质量。

新型反应堆压力容器主螺栓螺纹副性能试验研究

以国内某新型号压水反应堆压力容器主螺栓螺纹副为研究对象,对其进行了各安装工况下的旋拧模拟试验和拉伸标定试验。结果表明:新型主螺栓螺纹副的各安装参数推荐值可为主螺栓安装偏心度应不大于0.5 mm,主螺栓旋转速度应不大于30 rad/min,主螺栓剩余平衡配重应不大于40 kg,主螺栓允许的最大旋转力矩可不超过90 N·m;新型主螺栓剩余拉伸量计算值与拉伸标定值几乎一致,新型主螺栓绝对拉伸载荷与剩余拉伸载荷比值约为1.22,在工程经验范围值内,证明了新型主螺栓螺纹副结构设计的合理性,且新堆型主螺栓在所有工况下拉伸过程中的最大允许绝对拉伸量为4.13 mm。

钌粉粒度对硬质合金性能的影响研究

分别添加不同粒度钌粉制备硬质合金,采用光学金相显微镜、洛氏硬度计、抗弯强度检测仪、扫描电镜及能谱分析等方法对比研究了添加不同粒度钌粉硬质合金的性能和钌在钴中的固溶量。结果表明:随着钌粉粒度的降低,合金的抗弯强度、洛氏硬度和断裂韧性均有所提高,钌粉越细,增幅越大;随着钌粉粒度的降低,钌在β相中的固溶量有明显提高;添加不同粒度钌粉制备的硬质合金显微组织无明显差异,金相无异常。

X12转子钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的研究

在600℃条件下进行蠕变疲劳裂纹扩展速率实验,施加不同的载荷和保载时间,研究力值和保载时间对蠕变疲劳裂纹扩展速率的影响,并通过金相检测观察裂纹扩展路径。结果表明:在低应力条件下,蠕变疲劳裂纹扩展速率随着保载时间缩短而增大;在高应力条件下,蠕变疲劳裂纹扩展速率随保载时间延长而减小;相对含有疲劳成分裂纹而言,蠕变裂纹的扩展路径显得更加圆滑。

矿用刮板输送机中部槽磨损性能研究

通过EDEM软件构建刮板输送机中部槽离散元模型,为刮板输送机中部槽磨损提高仿真分析方法支持。具体模型构建后分别从煤的物理性质和不同工况条件两个角度分析刮板输送机中部槽磨损影响因素。另外,将刮板输送机中部槽磨损模型仿真分析方法应用于工程实际,检验模型仿真方法应用价值。

某飞机液压柱塞泵异常磨损故障分析

针对某飞机定检时因柱塞泵磨损导致的液压系统污染问题,对发生故障的柱塞泵分解检查,围绕产品工作机理,开展失效分析,得出磨损初步结论。结合初步结果,对装机使用后的轴承滚柱滚动接触区分布情况与故障泵进行对比接触应力分析,验证剥落区域应力集中问题。后续针对应力集中区域展开基体组织结构研究,发现锈蚀后的滚柱表面存在腐蚀凹坑,严重时甚至可见龟裂现象。基于上述分析,通过有限元仿真方法模拟腐蚀凹坑对轴承滚柱质量的影响,并进行实验验证结论的准确性。根据磨损结论,制定一系列措施提高修理深度,从而规避此类风险。

原位聚合法制备石墨烯/聚合物复合材料作为润滑添加剂的摩擦学研究

石墨烯具有优异的润滑性能、导电性能以及保护摩擦界面的能力,被广泛应用于摩擦学领域。聚合物复合材料具有优异的摩擦学性能和独特的自润滑能力,为聚合物与石墨烯复合材料在润滑制备方面提供了可行性。石墨烯增强高分子聚合物的摩擦学性能关键在于石墨烯在基体中的分散性和它们之间的界面强度,以及选择合适的材料进行多元添加产生多种材料之间的协同作用。鉴于此,在石墨烯复合材料作为润滑添加剂的基础上,采用原位聚合的方法合成了聚吡咯/石墨烯复合材料和聚苯并咪唑/石墨烯复合材料,得到均匀分散的复合材料,并且作为导电润滑剂加入基础脂,制备出导电润滑脂,并通过载流摩擦试验证明了石墨烯/聚合物复合材料作为润滑添加剂达到了减摩抗磨的效果。