基于代表性体积单元模型的矿石组分界面破碎特征

矿物组分的界面破碎特征一般指黏结界面在外部载荷作用下产生的应力、应变等,其对研究矿物组分解离、提高矿石破碎效率具有重要意义。针对矿石内部组分矿物聚集、有用矿物非均匀分布的特点,开展了岩石内部岩相分析实验和矿物界面原位加载实验,在此基础上,利用非线性、多尺度建模平台DIGIMAT构建符合组分矿物微观结构的代表性体积单元(RVE)模型,并通过DIGIMAT-ABAQUS耦合开展矿石RVE模型原位破碎模拟。结果表明:(1)黑钨矿石中有用矿物以颗粒状分布在矿石内部,主要分布在石英矿物内及其与硅质岩矿物黏结界面处;(2)不同组分黏结界面的力学性质存在差异,且与组成矿物的物理属性、形态特征等相关,石英-硅质岩界面的最小破碎应力(界面发生破坏时的应力)范围为1.1785~1.4826 GPa,石英-钨界面的最小破碎应力范围为1.3355~1.5420 GPa;(3)加载速率为0.010或0.005 kN/s时,矿石破碎峰值应力无明显变化,但其对矿石内部形变的影响较大,且加载速率为0.010 kN/s时,强化阶段应力易突然降低并不断波动;(4)原位载荷产生的破坏主要发生在载荷作用区域边界,且两组界面中石英矿物破碎力学性能参数大于钨矿物和硅质岩矿物,即界面组成矿物中石英矿物优先形成破坏。

应用体积元模型汽车零件加工过程边部裂纹分析

边部裂纹导致的失效在汽车零件加工过程中最容易发生,这将直接影响到车辆的安全与可靠性。针对车身常用的高强钢材料加工过程进行分析,对材料断裂过程进行分析;对比分析不同材料加工间隙与断口光亮带之间关系,分析边部裂纹产生机理,并对断口形貌和组织进行对比分析;基于ABAQUS建立材料内部组织的体积元模型,选取与加工过程组织变化保持一致的单拉工况开展分析;获取在此工况下的应力、塑性应变等的分布情况;对比失效时,模型仿真与试验测试结果的裂纹方向,以验证模拟分析的准确性。分析结果表明:所研究的双相钢材料强度级别高,但由于延展性较差,光亮面所占比率较低,相比于其他材料,冲压成形性较差;裂纹走向呈阶梯状,发生了沿晶断裂与穿晶断裂,裂纹尖端存在微孔洞;单轴拉伸下材料主要以马氏体尖角处产生的微缩孔洞和剪切失效;材料基体组织铁素体的塑性应变加大,并且随着拉伸的进行而增大,表现出明显的加工硬化,与硬相组织间的硬度差缩小,材料的整体应力集中呈现减弱;有限元模拟和试验测试结果的失效过程及最终形貌保持一致,表明有限元模型的准确性,为此类研究提供参考。

高精密运动台直线电机温度模拟与实验研究

介绍了半导体装备领域高精密运动台直线电机组成,指出电机散热对运动精度的影响。通过实验验证了直线电机在180 W工况下采用代表性体积单元(RVE)模型得到的线圈等效导热系数的正确性,可以为不同工况下仿真计算直线电机的温升提供参考依据。通过直线电机表面温度的实验数据与仿真数据对比研究,二者线圈正面最大温度误差小于10%,冷却水出口温度误差为0.09‰。同时模拟了仿真模型和等效导热系数的相关性,为高精密运动台直线电机温度模拟提供了参考。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料有效弹性模量预测

为了分析碳化硅颗粒增强铝基复合材料细观结构对其宏观力学性能的影响,针对无压渗透法制备的A356/SiCp复合材料建立了表征其细观结构的2维代表性体积单元有限元模型,以建立复合材料宏观性能与细观结构之间的依赖关系。在周期性边界条件和模拟单轴拉伸边界条件下研究了颗粒的形状(圆形、椭圆形)和体积分数(10%、15%、20%)对其有效弹性模量的影响,并与无压渗透法制备的A356/SiCp复合材料试验值进行比较。结果表明:在2种条件下的预测结果相差不大,预测误差均不超过5%;碳化硅颗粒体积分数对复合材料的力学性能影响显著,对颗粒形状的影响很小,在相同边界条件及体积分数下,圆形和椭圆形颗粒的预测值相差不超过0.4%。

基于滑坡体构型特征和激光点云的灾害规模判定方法研究

地震通常引发山体滑坡造成公路阻断。为精准判定堆积在路面的滑坡体规模,提出基于滑坡体构型特征和激光点云的灾害规模判定方法。首先,分析滑坡体表面和空间特征,总结灾害规模判定方法的约束条件;其次,基于灾害规模判定方法的约束条件,采用Delaunay三角网格将灾害表面剖分并投影至路面形成最小独立单元;最后,建立不同最小独立单元体获取灾害的激光点云积求解模型,最小独立单元根据其特点选择对应模型求解体积并累加。建立理论点云模型和ISPRS点云模型验证所提出方法的正确性与准确性,分析其优缺点。验证结果表明,该方法能够正确解析理论点云模型规模,接近其理论值,误差在0.7%以内;同时,该方法也能准确解析ISPRS点云模型规模,与Compute 2.5D Volume模块的处理结果对比分析,其相对误差在0.7%以内,满足大多工况条件下的灾害规模求解。

一种高颗粒填充率丁羟推进剂二维细观模型生成方法

为了从机制上认识推进剂的宏观力学性能和试验现象,对推进剂开展细观力学研究十分必要,而代表体积单元(RVE)则是细观力学研究中的重要部分。在随机序列吸附(RSA)方法的基础上,提出将投递区域离散为背景网格,再进行二次随机投递,可以生成80vol%颗粒含量的细观模型,模型生成效率相较于传统RSA方法有所提高。采用Python语言编程,利用ABAQUS的二次开发接口,实现了推进剂RVE模型的快捷生成,并加载周期性边界条件。采用模型生成实例说明了本文方法的有效性,为开展推进剂的细观分析提供了参考依据。

固体推进剂黏弹性泊松比分步等效细观预示方法

在细观尺度上对固体推进剂的黏弹性泊松比等宏观力学性能参数进行可靠预示可加速高力学性能固体推进剂的研制进程,具有重要的军事价值和可观的经济效益。根据某四组元端羟基聚丁二烯(hydroxyl terminated polybutadiene,HTPB)推进剂的组分配比特点,提出一种分步等效的推进剂力学性能细观预示方法,基于改进的随机投放算法,将不同尺寸类型的填充颗粒分开建模,生成反映该推进剂细观结构的分步等效代表性体积单元(representative volume element,RVE)模型,同时利用两点概率函数检验了RVE模型的各向同性和均匀性,通过构建含小尺寸颗粒有限元预示模型获取等效基体的黏弹性参数,通过构建含大尺寸颗粒有限元预示模型实现对推进剂在不同载荷情况下的泊松比预示,将预示结果与试验结果进行对比分析,验证模型和方法的可行性,所得结果和结论可支撑导弹武器装备安全性和贮存寿命的精细评估。