铝熔体中夹杂物形状与取向对其电磁分离的影响

采用有限元方法，对电磁场作用下铝熔体中任意形状与取向夹杂的受力进行数值计算结果表明：不同形状与取向的夹杂均仅受到一个与熔体所受电磁力方向相反的斥力作用；电磁斥力的大小不仅与夹杂的形状有关，还受其取向的影响；当夹杂的形状奇异程度愈大时，取向对电磁斥力的影响也愈大；当夹杂在磁场方向的主轴长度较大，并且在电磁力方向的主轴长度较小时，夹杂所受电磁斥力不显著．

任意形状夹杂内、外应力场表达式及其有限元验证

借助平面应变问题的Green函数,可推导出任意弱形状夹杂的Eshelby张量表达式。利用该Eshelby张量,给出了由温度本征应变在夹杂内、外产生的应变场和应力场理论解。目的是利用大型有限元软件ADINA和AN-SYS数值模拟含任意弱形状夹杂内、外部的应变场和应力场,验证我们的应力场理论解,为任意形状夹杂Eshelby张量的研究提供数值实验验证方法。计算结果表明:对于任意弱形状夹杂,我们的应力场理论解与ADINA和AN-SYS数值模拟结果吻合的很好。

任意形状热夹杂位移场的三角形单元离散算法

平面夹杂模型在纤维增强型复合材料中有广泛应用.复合材料内部通常含有不规则形状夹杂,而夹杂物的存在能严重影响材料的机械力学性能,往往导致应力集中及裂纹萌生等失效先兆.先前关于多边形夹杂的研究大多数关注受均匀本征应变下的应力/应变解,而对位移的分析较少.基于格林函数方法和围道积分,本文给出了平面热夹杂边界线单元的封闭解析解,可方便应用于受任意分布本征应变的任意形状平面热夹杂位移场的数值计算.当夹杂受均匀本征应变时,只需将该夹杂边界进行一维离散,因而本文方法可直接得出受均匀分布热本征应变的任意多边形夹杂位移场的封闭解析解.当夹杂区域存在非均匀分布本征应变时,可将该区域划分为足够小的三角形单元进行数值计算.众所周知,应力应变场在多边形夹杂顶点处具有奇异性,容易导致数值计算上的处理困难及相应的数值稳定性问题;然而本文工作表明,在多边形顶点处位移场是连续有界的,因而数值稳定性较好.本文算法可以便捷高效地通过计算机编程实现.文中给出的验证算例,均体现了本文离散方法的高精度、以及计算编程的鲁棒性.

夹杂物形状对夹杂/基体界面应力应变分布的影响

夹杂物形状对粉末高温合金裂纹萌生具有明显影响,利用有限元模拟和弹性理论复变函数方法,研究了同一尺寸、位置下,不同夹杂物形状对应力应变分布的影响,结果表明,当夹杂物为椭圆形时,随着平行于加载方向椭圆半轴增加、垂直于加载方向椭圆半轴减小,夹杂物/基体界面处的正应力明显增大,最大塑性应变位置向加载方向转移,最大塑性应变值也增大;当夹杂物为存在几何角点的非椭圆形状时,在几何角点处存在应力奇异性,此时需要用应力强度系数表征角点附近的应力场强。

基于Mori-Tanaka方法的功能梯度厚壁圆筒近似热弹性理论解

【目的】功能梯度厚壁圆筒的热弹性问题存在不考虑组分材料微观结构影响,已有文献只给出了基于Mori-Tanaka方法功能梯度厚壁圆筒受力学和热学荷载的数值解,并且只考虑了球形夹杂这一单一夹杂形状的情形。【方法】基于Mori-Tanaka方法对功能梯度厚壁圆筒的热弹性问题进行分析,给出了一种近似热弹性理论解,该理论解不仅与数值解契合度高,而且可以考虑夹杂形状对物理量的影响,最后分析了不同边界条件下夹杂形状对径向位移和各向应力的影响。【结果】结果显示,在两种边界下,夹杂形状对径向位移都有较大的影响;但在温度边界下,夹杂形状对径向应力有较大影响,对轴向应力和周向应力影响较小;在应力边界下,夹杂形状对轴向应力影响较大,对周向应力和径向应力影响较小。

非均质材料与位错交互能的数值等效夹杂算法

工程结构中的夹杂物和位错会极大地影响材料的力学性能和服役寿命。以往的解析解主要关注特定形状(如圆形、椭圆形)夹杂物与位错之间的相互作用。当采用数值方法计算时,由于位错的奇异性,即使是商用有限元软件也会面临处理上的困难。该文基于数值等效夹杂算法并结合快速傅里叶变换,求解了无穷体内夹杂物与刃型位错的交互能,有效地规避了数值奇异性问题。相对误差的范数分析结果表明,在杂质附近所产生的应力扰动对最终结果具有较大影响。该文计算方法能够更加精确地确定应力扰动场,并显示出优越的数值收敛性和稳定性。在求解任意形状杂质与位错相互作用问题中,该文提供了一种便捷且有效的计算方案。

钛铸锭VAR熔炼中的Nb夹杂

概述了VAR熔炼钛铸锭的Nb夹杂缺陷,讨论了其主要来源及形成机理,提出了防止VAR铸锭产生Nb夹杂缺陷的方法.

等参三角形热夹杂的构造及位移场数值计算

在材料制备和机械设计中,局部温升是造成材料失效和故障形成的重要因素之一.依照微观力学中,采用热夹杂模型可以定量深入地揭示与局部温升所关联的力学机理.在过往的研究中,受均匀热本征应变的夹杂模型广受关注;而相关非均匀分布的热本征应变问题,因其理论推导复杂而研究不多.论文首先给出在平面无限域中,受线性分布热本征应变作用的多边形夹杂的位移场解析解.基于格林函数法和围道积分,推导边界线单元的位移响应封闭解,该解通过叠加可直接给出线性热本征应变作用下的任意多边形夹杂的解析表达式.受到有限元分析中等参单元思想的启发,论文进一步将这种“等参元”方法扩展至求解Eshelby夹杂问题中.在该研究中,三角形单元的本征应变插值公式与位置坐标变换式均使用了相同的形函数与节点参数,因而所构建的单元模型称为等参三角形夹杂模型.论文方法可便捷地用于处理受任何分布热本征应变的任意形状二维Eshelby夹杂问题.相较于传统的有限元分析,论文所构建的数值求解方案实施方便且优势明显:只需在夹杂域上进行三角形网格剖分、而无需在无限的基体域上划分网格,因而可以极大地提高前处理便捷性及计算效率.此外,论文所给出的多边形夹杂解析解,不仅可以更准确地探究微结构附近的热物理机理,还可以有效地规避有限元在夹杂界面和边界犄角附近的致密网格划分,从而节省了大量计算机内存及成本消耗.所给出的算例验证表明,即使对于复杂的热本征应变问题,本算法仍具有良好的精度和可靠性.