镍基高温合金的热机械疲劳寿命预测模型研究

针对发动机热端部件常用材料镍基高温合金GH4169进行了200~450℃及400~650℃条件下的同相位热机械疲劳(TMF)试验,考虑TMF条件下多晶材料在弹性阶段产生的微观损伤应变能,提出一种适用于多晶材料的TMF寿命预测模型,并结合试验数据确定模型参数;采用GH4169、IN718、DD8三种高温合金对该模型的TMF寿命预测能力进行评估,结果表明,提出的寿命模型预测精度高于TMF寿命预测常用的Manson-Coffin模型和Ostergren模型。

热−力耦合作用下垃圾土体积变形特性和模型研究

城市生活垃圾填埋场因有机质降解产热导致其内部温度长期高于环境温度,引发工程运维问题。垃圾土温控三轴试验结果发现,温度变化引起的垃圾土体积应变与应力水平有关,且弹性体积应变占比较大,影响以塑性体积应变为硬化参数的弹塑性本构模型研究。在前期试验基础上,采用GDS温控应力路径三轴仪,研究了排水条件下温度对垃圾土中黏土体积变形特性和压缩特性的影响,并与相同条件下垃圾土体积变形特性进行比较,揭示了温度变化对垃圾土体积变形特性的影响机制。基于垃圾土温控三轴试验结果,推导了垃圾土热弹塑性压缩指数λT和热弹性压缩指数κT的确定方法;采用等效应力原则,假设温度变化引起的弹塑性体积应变等于某一等效应力增量引起的弹塑性体积应变,建立了垃圾土在热−力耦合作用下的体变计算模型,并对模型进行了验证分析。研究结果表明,孔隙比是影响垃圾土温度体积应变的主要因素;垃圾土的λT和κT随初始固结应力的增加而减小,比黏土高一个数量级;选取常温下相应固结应力水平的回弹指数κ和压缩指数λ比例值(κ/λ)能够较好地模拟热−力耦合作用下垃圾土的体积变形特性。

地下水对CAES地下储气库气密性和围岩稳定性影响

压缩空气储能(CAES)储气库密封和稳定是保证电站安全稳定运行的基础,储气库受力影响因素众多,且特性复杂,长期运行过程中气密性和稳定性的精准预测和评估一直是热点和难点。以考虑渗漏和传热过程的压缩空气热力学模型为非稳态边界、以热流固耦合理论为核心建立了储气库多物理场耦合下气密性和稳定性联合分析模型,探讨了洞周围岩中的地下水对储气库气密性和稳定性的影响。研究成果表明:(1)地下水的存在可使储气库每个循环气体损失量降低78%;(2)衬砌结构主要受拉应力作用,顶部和底部出现了应力集中现象,需进行加密配筋;(3)岩体中存在地下水有助于强化储气库内的气体密封效果。

高强钢激光熔透焊接接头残余应力数值分析

为探究高强钢大功率激光单道熔透焊接接头中的残余应力及塑性应变分布规律,基于峰值指数递增双锥体热源模型对焊接接头进行热-弹-塑性有限元分析,发现采用该热源模型仿真计算的温度场与实际焊缝轮廓吻合较好,关键参数对比最大误差为-3.45%;焊接接头残余应力沿着焊缝中心至两边呈对称分布,沿路径L2在起焊与止焊处的应力分布波动较大,这与节点温度历程曲线相一致;焊接接头在焊缝区发生了塑性应变,而远离焊缝区范围内未发生塑性应变。沿路径L1的焊缝区最大塑性应变峰值及峰值梯度均为等效塑性应变;沿路径L2在起焊及止焊处的纵向、横向及等效塑性应变波动幅值较大,且等效塑性应变峰值最高,横向塑性应变峰值梯度最大,它们的值分别为0.064及0.079。

热氧老化对聚丁烯合金结晶性和力学性能的影响

文中研究了聚丁烯合金(PBA)的热氧老化性能,并与高等规聚丁烯-1(iPB)进行对比。随着100℃热氧老化时间的延长,PBA和iPB的熔体流动速率和相对分子质量均变化不大。氧化诱导时间(OIT)表明,PBA样品的OIT随老化时间变化不大,表明其基体的耐热氧老化性优异。差示扫描量热分析结果表明,老化144 h后,iPB的结晶度降低24%,而PBA则变化不大。iPB的拉伸强度变化不大,断裂伸长率呈下降的趋势;PBA的拉伸强度和断裂伸长率均呈现升高的趋势。随着热氧老化时间延长,PBA的应变硬化模量(G_(p))升高并趋于稳定,48 h达到最大值,约44.2 MPa。iPB的G_(p)随老化时间波动相对较大,总体G_(p)值低于PBA。

高压电缆热机械效应分析与弧幅滑移量计算研究

针对现有方法无法准确计算热机械效应下高压电缆应变和弧幅滑移量,首先分析热机械效应机理,提出高压电缆应变计算方法和基于悬链线方程的弧幅滑移量计算方法。其次以高压单芯交流XLPE电缆为研究对象,通过有限元仿真分析热机械效应下高压电缆的温度场、应力和应变、弧幅滑移量。最后进行现场应变试验与弧幅滑移量测量试验。应变试验结果表明:应变片测量结果分别为1.84、1.19、1.12、2.16 mm,高压电缆最大应变理论计算值达到2.33 mm,根据测量和计算可判断高压电缆最大应变位置。弧幅滑移量测量试验结果表明:弧幅滑移量计算结果符合试验测量值和有限元仿真值,比现行标准计算值的相对误差减小了18.65%。上述试验结果验证了应变计算方法、弧幅滑移量计算方法符合高压电缆实际工况且便捷准确,为高压电缆蛇形敷设参数提供了有效的工程计算方法。

混凝土热-水-化-干湿应变多场耦合模型

为了准确研究水工混凝土在服役环境中因湿度变化引起的应变应力特性,从基本理论出发,建立修正的热-水-化-干湿应变(THCD)多场耦合模型.在已有模型的基础上,引入优化的化学亲和力函数和吸附等温线方程,实现对水化过程和湿度多阶段演变的准确模拟,进一步建立湿度和应变之间的关系,使模型可以对湿度变化引起的应变应力特性进行描述.基于模型对不同水灰质量比及养护条件下的自干燥、自收缩、单轴扩散干燥试验进行模拟验证,并进行干湿循环试验的数值模拟.结果表明,所提模型具有较好的适应性,可以准确模拟试验中湿度和应变的演变过程,在干湿循环试验中由湿度引起的应变应力特性符合一般规律.该模型可以为水工混凝土结构的安全评估和寿命预测提供支撑.

原生质体紫外诱变选育香菇耐高温菌株

为了选育香菇耐高温新菌株,以香菇菌株沪农2号为出发菌株,紫外诱变处理其原生质体后,通过47℃处理2h初筛得到沪农2号耐高温诱变株24株。测定沪农2号及其所有诱变株在木屑培养基中的恒温长速、高温长速以及恢复长速,并进行高温出菇实验。对诱变株的生长速度及子实体性状进行综合分析发现,沪农2号的诱变株N14、N15、N21及N24的恢复长速快于出发菌株,表征子实体主要性状的单菇重量、菌盖厚度、菌盖直径也优于出发菌株,表明这4株诱变株的综合性状较好。

焊接变形预测技术研究进展

焊接变形是影响焊接结构质量和生产率的主要问题之一 ,焊接变形的存在不仅影响着焊接结构的制造过程 ,而且影响着焊接结构的使用性能。一般认为 ,焊接过程中材料的不均匀受热、板厚方向的热梯度、材料的局部非协调塑性应变以及焊接残余应力的作用是产生各种焊接变形的根本原因。焊接变形预测方法大都基于有限元分析。文中详述了国内外有关焊接变形预测技术的最新研究进展 ,具体介绍了热弹塑性有限单元法。

耐热过氧化氢酶基因工程菌的构建及其发酵条件

利用PCR扩增技术以嗜热脂肪芽孢杆菌IAM11001染色体DNA为模板,扩增得到嗜热脂肪芽孢杆菌过氧化氢酶编码基因perA。再与经EcoRⅠ酶切的温控表达载体pBV220连接,构建重组质粒,并转化宿主大肠杆菌JM109,得到耐热过氧化氢酶基因工程菌,然后对该工程菌在LB培养基和半合成培养基中的发酵条件进行了优化。结果表明:在LB培养基中,诱导时期和酶合成最佳诱导时间均为5 h,最大产酶量达到72.9 U/mL;在半合成培养基中,于30℃培养4 h,再于42℃诱导培养6 h,产酶量最高达到131 U/mL。

关节软骨冻结过程热膨胀行为的实验研究

采用热机械分析仪(TMA)研究了不同低温保护剂及其不同浓度、降温速率对猪关节软骨降温过程热膨胀行为的影响。温度范围取0℃～-100℃,低温保护剂选用二甲基亚砜、甘油和1,2丙二醇,每种保护剂设置3种浓度,分别为10%(v/v),30%(v/v),60%(v/v)。以热应变表征热膨胀行为。研究结果表明:关节软骨表面不同区域的含水量有较大差异,这会导致完整关节软骨冻结时的非均匀热膨胀现象;5℃/min时的冻结相变过程最大热应变变化值为5.39%±0.05%,是1℃/min(最大热应变变化值为3.73%±0.06%)的1.45倍,但后者达到最大热应变变化值所需时间是前者的3倍;低温保护剂能显著抑制关节软骨冻结膨胀行为,但在低浓度时(如10%(v/v)),二甲基亚砜(最大热应变变化值为3.22%±0.07%)比甘油(最大热应变变化值为4.20%±0.20%)和丙二醇(最大热应变变化值为0.045 0±0.001 0)的热膨胀要小一些;而当浓度足够高时(如60%(v/v)),3种低温保护剂均能完全抑制关节软骨冻结膨胀现象,有利于保护关节软骨的生物力学性能。

金属材料在高应变率下的热粘塑性本构模型

提出了一种考虑应变强化、应变率强化、热软化效应及材料损伤的本构模型 ,通过在Johnson Cook热粘塑性本构关系中增加一个随应变增大应力减速小的软化项 ,反映材料的损伤 .该模型可以很好地预测材料的整个变形过程 。

环件热辗扩温度场和应变场分布的研究

基于DEFORM3D平台,建立了环件辗扩三维刚-塑性热力耦合有限元模型,模拟分析了热辗扩过程中温度场和应变场的分布特征及其对成形的影响规律。结果表明:随着辗扩过程的进行,环坯等效应变呈阶梯状上升,温度呈波浪式变化;环坯外圈等效应变最大,中层最小;变形初始外圈温度变化最大,随着辗扩过程的进行,中层温度逐渐上升,内圈始终最小;随着初始辗扩温度的升高,辗扩力明显下降,但变化趋势保持一致。

钛合金叶片盘近净热流变成形的数值模拟及其应用

研究了TC11钛合金叶片盘的近净热流变成形。采用几何造型软件UG NX3对TC11钛合金第二级叶片盘的坯料和模具进行实体造型,同时基于刚粘塑性不可压缩材料的变分原理,运用体积分析软件DEFORM 3D对3种不同应变速率下的叶片盘等温近净热流变成形过程进行数值模拟,研究了工件在成形过程中的速度场、温度场和等效应变场的分布情况,以及凸模和凹模的载荷-行程曲线,为优化工艺参数提供了理论依据。同时与传统的方法进行了比较,发现用此方法生产的产品,其力学性能及微结构都有明显的改进。结果分析表明,随着变形速率的减小,金属向凹模型腔内的流动越均匀,叶型更容易充满。

变基圆渐开线涡旋体热弹性耦合分析

文章以汽车空调涡旋压缩机为研究对象,重点分析了变基圆渐开线涡旋型线的几何理论,建立了变基圆渐开线涡旋型线的方程;利用有限元分析软件ANSYS,在气体温度和压力耦合载荷工况下,对比分析了定、变基圆渐开线涡旋体的应力和应变。研究结果表明,在相同制冷量的条件下,变基圆渐开线涡旋体的结构特点优于定基圆渐开线涡旋体,能够更好地适应压缩机的复杂工况条件。

含瓦斯煤热流固耦合渗流实验研究

以晋城煤业集团赵庄矿3号煤层的无烟煤为研究对象,运用自主研发的"含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置",进行了恒定瓦斯压力和围压条件下含瓦斯煤热流固耦合全应力-应变瓦斯渗流实验。研究结果表明:随着煤样温度的升高,煤样的三轴抗压强度降低,承受变形的能力减小,弹性模量增大;在全应力-应变整个过程中,煤样的渗透率总体呈下降趋势;煤样渗透率小不利于采煤之前的瓦斯抽放,导致煤层深处与工作面之间的瓦斯压力梯度较大,并且高温煤样在屈服阶段的渗透率增长更快,使煤与瓦斯突出的危险性增大。煤体渗透率与应力之间的关系不是单调的随应力的增大而减小,而是要看煤体处于何种应力-应变状态。

冲击高压分压器高压臂用卡玛丝温度系数影响因素的研究

用于冲击高压分压器高压臂的卡玛丝,需将其均匀密绕于绝缘骨架上,然而,骨架的引入会给卡玛丝的温度系数带来影响。理论和实验证明骨架的热膨胀系数及其几何形状对卡玛丝产生的弯曲应变是改变卡玛丝温度系数的主要影响因素:当骨架的热膨胀系数大于材料本身的热膨胀系数时,温度系数的测量结果会大于电阻丝本身真实的温度系数;弯曲应变会引起K状态结构的破坏,使得电阻值减小。

船体结构焊接变形预测与控制技术研究进展

船体结构的焊接变形控制是精度造船的重要组成,对于提高舰船质量、缩短造船周期等方面具有重要意义。本文论述了船体结构焊接变形预测与控制技术的研究进展在船舶行业的应用情况,讨论了焊接变形预测的各种数值仿真方法及其特点,重点阐述了热弹塑性有限元法和固有应变法在船舶行业的应用前景,介绍了控制焊接变形的各种措施,推动精度造船技术在船厂的应用。

温度作用下岩石热弹塑性模型及其数值模拟

深入研究温度影响下的岩石受力、变形破坏机制及力学模型,对于保证岩石地下工程的安全和稳定具有十分重要的意义.从温度对岩石材料力学性质的影响出发,以修正Mohr-Coulomb准则为基础,建立了温度作用下的岩石热-弹塑性耦合本构模型,探讨了模拟岩石应变软化行为的方法;论述了隐式本构积分算法的主要内容,以ABAQUS软件为平台,编制了材料本构计算子程序.对三轴压缩试验进行了一系列数值模拟,其应力-应变曲线与已有实验规律表现出较好的一致性,所建立的模型能够较好地反映出岩石由于温度影响所表现的脆-塑性过渡,证明了模型的有效性.

轻压下参数对75Cr1高碳钢230mm连铸板坯冶金质量的影响

基于有限元法,利用ANSYS软件模拟计算了高碳钢（0.73%～0.77%C）连铸板坯轻压下过程中热-机械塑性应变分布,分析了给定扇形段的压下量2 mm＋2 mm,3 mm＋3 mm和2 mm＋2 mm＋2 mm对压下区间和位置的塑性应变的影响,并通过现场试验对模拟结果进行了验证。结果表明,塑性应变模型模拟值与实测值吻合;热变形过程中,铸坯心部的等效应变最大,表面节点次之,1/4位置等效应变最小;热-机械塑性应变随着压下量和压下速率的增加而增加,3 mm＋3 mm压下模式具有较好的压下效果。生产试验结果表明,采用2个扇形段（6^#和7^#或7^#和8^#）进行2.2 mm＋2.3 mm轻压下铸坯较优化前3个扇形段（6^#,7^#和8^#）1.5 mm＋1.5 mm＋1.5 mm轻压下铸坯中心偏析2.0级和中心疏松2.0级提高中心偏析0.5级和中心疏松0.5级,显著改善了连铸板坯的低倍质量。