热-机械协同活化铜尾矿水化胶凝性能研究

铜尾矿是铜矿经过一系列工艺选矿完成后剩下的颗粒直径较小的沙粒,其堆存会带来诸多环境问题。铜尾矿结晶度高、活性低,许多研究人员探究激发活性后的铜尾矿作为混凝土等材料的辅料,但利用率较低。本文通过热-机械协同活化的方式激发铜尾矿的活性,分析活性铜尾矿水化胶凝性能,依据抗压强度、粒径分布及矿相成分微观结构变化分析水化反应效果。在此基础上,采用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和电子扫描电镜(SEM)对铜尾矿胶凝性能进行分析。研究结果表明:热-机械协同活化激发铜尾矿活性的力学性能有了很大提升,即铜尾矿在600℃、机械球磨时间80 min条件下,活性由5.60%上升至89.91%,抗压强度为10.87 MPa;XRD和FT-IR进一步分析出活化铜尾矿多处产生了水化C—S—H凝胶、N—A—S—H凝胶、钙矾石等胶凝物质,其形状多呈现絮凝状、棉团状及短棒状。本文研究为铜尾矿的进一步利用提供理论支撑。

基于电-热-机械应力多物理场的IGBT焊料层健康状态研究

绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块失效将导致功率变流器故障,而IGBT主要失效模式之一——焊料层疲劳则主要是由于温度分布不均匀和材料参数不匹配引起的热应力造成。因此研究IGBT模块温度-机械应力分布特性,对变流器安全评估尤其重要。基于所建立的IGBT功率模块电-热-机械应力多物理场模型,分析了IGBT模块稳态以及瞬态下的热-机械应力分布特性规律。基于论文提出的模型,针对IGBT焊料层疲劳失效,分析了焊料层空洞位置以及大小对功率模块热-机械应力的影响规律,结果表明焊料层热应力最大值出现在焊料层边角以及空洞边缘处,相同面积下拐角空洞更容易导致IGBT模块失效,而且芯片结温随着中心空洞半径增加而升高,当空洞率达到50%时,结温温升达到5.10℃,严重时将会导致模块失效。基于能量微分以及热应力理论,本文提出了基于温度梯度评估焊料层运行状况的方法,并从理论以及仿真模拟层面,验证了该方法的准确性,并分析了不同焊料层失效程度对温度梯度的影响规律,发现温度梯度变化规律与结温变化规律一致,且灵敏度高,具有可追踪故障点位置的优点。

复杂多接触面托圈热-机械耦合三维有限元分析

转炉托圈是一个重型的复杂空间焊接结构,在使用中承受机械载荷以及长期温度载荷。托圈所承受的机械载荷经由多个复杂的接触面接触传递,所承受的热负荷是经由热辐射和接触面热传导形成的温度载荷。为了分析托圈结构的强度和变形,文中建立含多个复杂接触面的托圈三维热弹性有限元模型,利用建立的模型完成托圈温度场、应力场和变形场的计算分析,分析结果应用于实际托圈结构的优化设计和制造。实践表明,计算分析结果可以作为结构强度评估和结构优化设计的可靠依据,为大型托圈结构的安全可靠性分析提供依据。

热-机械力分离制备高品质再生骨料的研究

通过研究废弃混凝土在热与机械力作用下结构和性能的变化,指出热作用下废弃混凝土粗骨料界面和砂浆基体结构发生弱化,废弃混凝土之间的机械碰撞与磨擦作用会产生粗骨料分离。分离制备的再生粗骨料与天然集料具有相似的物理性能,并且配制的混凝土具有良好的工作性能和力学性能。

热-机械训练对Fe-20Mn-5Si-5Cr-3Ni形状记忆合金性能的影响

研究了热-机械训练对Fe-20Mn-5Si-5Cr-3Ni合金形状记忆效应(SME)的影响,对合金在HCl、NaOH和NaCl溶液中的耐腐蚀性进行了实验研究。结果表明,热-机械训练能够有效提高合金的形状回复率,在600℃进行中间退火,形状回复率较好;热-机械训练次数为3次时,形状回复率达到最大值(98%)。Fe-20Mn-5Si-5Cr-3Ni合金的耐腐蚀性在NaOH溶液中较好,在NaCl溶液中次之,在HCl溶液中较差。

基于流固耦合计算的柴油机缸盖热-机械疲劳分析研究

以一台重载车用柴油机为研究对象进行了缸内燃烧和冷却水套的三维CFD计算、缸盖温度场流固耦合计算、缸体-缸盖耦合热-机械应力分析、缸盖低周和高周疲劳预测分析,提出了完整的多场耦合进行缸盖结构强度和疲劳寿命计算分析的方法。计算结果表明:缸盖温度场的计算值与缸盖底板温度场的测量值一致,缸盖计算预测的疲劳危险区与实际缸盖裂纹产生的位置一致。针对原机存在的排气道裂纹问题,提出了两种优化方案。研究结果表明:增加壁厚之后,裂纹处的应力从245MPa降至230MPa,而将缸盖材料从灰铁更换为蠕铁后,应力也得到明显下降。

循环热-机械载荷下螺栓法兰结构的安定性分析

利用通用有限元软件ABAQUS研究了循环温度和恒定机械荷载下螺栓法兰结构的安定性,并探讨了螺栓和法兰的材料属性对安定域的影响,得到了相应的经验设计公式。结果表明,当操作压力小于泄漏压力时,安定极限载荷与操作压力无关,但与螺栓和法兰的热膨胀系数比和弹性模量比有关,并给出了相应的经验公式。本文研究对循环温度和恒定机械载荷下螺栓法兰结构的安定性分析有一定的指导意义。

热-机械载荷下U形对焊接头的安定性

结合非线性叠加法和通用有限元软件ABAQUS研究了内压和温度载荷下U形对焊接头的安定性,探讨了焊缝几何尺寸及焊接材料对压力管道安定性的影响.结果表明,当焊接材料的弹性模量、线膨胀系数和屈服应力与母材相差很大时,在焊接处产生较大的局部应力,可显著影响结构的安定性,而焊接坡口尺寸对安定域影响很小;建立了一种适于工程安定性评估的简化图解法.

岩石圈的热-机械侵蚀和化学侵蚀与岩石圈减薄

岩石圈减薄及其对区域构造岩浆演化的控制是近十几年来深部研究中所取得的重要成果。我国华北地区岩石圈的厚度、物质组成和热状态在近４００Ｍａ来有过剧烈的变化；由古生代时大于２００ｋｍ的厚度和方辉橄榄岩为主的物质组成演化为现今１００ｋｍ左右的厚度和以二辉橄...

具有分层损伤复合材料加筋与无加筋层合板热-机械力屈曲性态

基于复合材料一维剪切理论—— Mindlin理论 ,给出了材料性质与温度有关的含分层损伤复合材料加筋和无加筋层合板的线性和非线性热 -机械力耦合情况下的屈曲问题有限元分析方法 ,并研究了含分层损伤的加筋和无加筋层合板的两种不同类型的热 -机械力屈曲问题。通过典型算例分析 ,讨论了热 -机械力耦合效应和分层大小对含分层损伤结构的屈曲性态的影响关系。

摩擦热-机械碎岩钻进技术试验研究

摩擦热-机械碎岩钻进技术是利用钻头与岩石产生的摩擦热能加入弱化岩石,然后利用钻头上的切削元件切削碎岩。由于大部分岩石在高温和交变热应力作用下其强度、硬度以及磨蚀性都大幅度降低,因此提高了钻进效率。钻头摩擦元件采用了新型的耐摩擦耐高温的赛隆陶瓷材料,耐磨性是YG6硬质合金的3～5倍,而价格仅为硬质合金的1/10;对钻具和钻头的结构也进行了详细的论述;钻进试验表明:热机碎岩钻具摩擦元件能产生足够高的温度场(大于600℃);热机碎岩钻进技术是切实可行的,能提高钻进效率,降低钻进成本。

功能梯度梁在热-机械荷载作用下的几何非线性分析

基于经典梁理论,运用虚功原理和变分法推导了均匀变温场与横向均布荷载联合作用的功能梯度梁的几何非线性控制方程.考虑端部不可移夹紧边界条件,运用打靶法求解了该两点边值问题.当横向均布荷载为0时,考察了功能梯度梁的热屈曲临界升温和屈曲平衡路径.当均匀变温与横向均布荷载都不为0时,考察了功能梯度梁的荷载-挠度曲线.数值结果表明:随材料体积分数指数增加,梁的有量纲热屈曲临界升温显著减小,后屈曲变形显著增加;变温对功能梯度梁的荷载-挠度曲线影响非常显著.发现了功能梯度梁的双稳态构形及其转换现象,梁的最终平衡位形不但与变温及荷载参数有关,还与加载历程有关.

摩擦热-机械碎岩技术的研究应用现状及新进展

摩擦热 -机械碎岩是传统的热力碎岩工艺与机械碎岩工艺的有机结合。介绍了热机碎岩技术的国内外研究发展现状以及碎岩机理、测温、钻具结构、钻头 +结构、钻进工艺等方面的最新研究成果。

热-机械循环训练对Fe-15Mn-4Si-8Cr-4Ni形状记忆合金耐腐蚀性能和低温应力松弛的影响

研究了热-机械循环训练对Fe-15Mn-4Si-8Cr-4Ni形状记忆合金耐腐蚀性能以及低温松弛的影响,结果表明,随着循环次数的增加,合金在5%NaOH溶液中的耐腐蚀性能呈下降的趋势,这是因为热-机械循环处理导致了碳化物的大量析出,从而降低合金的耐腐蚀性能;经过热-机械循环处理后合金的低温应力松弛率高于未经循环处理的合金,约提高3%左右。导致合金低温应力松弛率提高的原因是回复应力的提高为应力诱发ε马氏体相变提供了大的机械驱动力以及应力诱发ε马氏体的临界应力的降低。

基于电-热-机械耦合作用机理的IGBT可靠性模型

基于IGBT的工作机理与特性,通过开关特性映射其电特性,通过结温映射其热特性,通过键丝断裂映射其机械特性,对其电-热-机械耦合作用机理进行了深入分析,得出饱和压降随键丝翘起呈线性增大规律。在此基础上,基于Saber 仿真平台建立了IGBT可靠性评估模型,并在不同机械疲劳状态下,对其动静态特性进行了验证,仿真与实验结果吻合良好,验证了模型的正确性与准确性。该研究对于IGBT器件及电力电子装置可靠性与优化设计具有一定的指导意义。

热-机械循环处理对FeMnSiCrNi合金记忆效应的影响

采用电子拉伸试验机考察了不同预变形量热-机械循环处理对FeMnSiCrNi合金形状记忆效应的影响,并利用光学及透射电子显微分析方法研究了经热-机械循环处理后母相γ及应力诱发ε马氏体的组织变化.结果表明:在预变形量为4%、5%、和6%的情况下,经2次循环训练后具有最高的应变恢复率;适当的热-机械循环处理能促进母相γ中形成大量按一定取向分布的晶体缺陷,为择优取向ε马氏体的成长打开通道,显著降低ε马氏体的几何尺寸,提高其逆相变的晶体学可逆性;若热-机械循环次数过多,母相γ中会形成位错缠结,阻碍γ→ε相变过程中层错扩展,从而不利于形状记忆效应.

热-机械载荷下表面喷丸2A12铝合金残余应力松弛特性

对2A12铝合金试样引入表面喷丸强化工艺,并进行热-机械载荷下的应力松弛试验,讨论喷丸残余应力场的演化特性。结果表明,喷丸强化可在试件表层引入合理的残余应力场,但在外部热-机械载荷下极易发生应力松弛。在短时、低周大应力加载条件下,循环应力将引起表面残余应力值与应力峰值大幅松弛;而在中、长时热-机械载荷下,热载荷成为恶化残余应力场的主要因素,各向同性材料沿各个方向发生趋势与程度一致的热应力松弛现象,机械载荷仅主要在其作用方向上加剧应力松弛。另外,纵、横向残余应力场演化趋势相同、程度不一,受热载荷或机械应力载荷的影响机制不同。

H13热作模具钢热-机械疲劳损伤和寿命的预测

采用MTS热-机械疲劳试验机测定了H13热作模具钢在200~600℃、机械应变为0.7%和0.9%的同相和反相热-机械疲劳寿命,并基于循环损伤理论采用Ostergren寿命预测模型预测了H13钢的疲劳损伤和疲劳寿命。结果表明:无论是同相还是反相热-机械疲劳,其应力-应变响应曲线均明显不对称;高温半周的应力-应变响应曲线出现明显的应力松弛,且其塑性应变高于低温半周;随着循环周次的增加,H13钢的滞回能逐渐增大,机械应变增加,损伤加剧;与反相热-机械疲劳相比,H13钢的同相热-机械疲劳寿命更高。采用Ostergren寿命预测模型获得的机械应变为0.7%和0.9%的H13钢同相和反相热-机械疲劳寿命分别为323和313周次及198和194周次,均与实测值较为吻合。

热-机械再生乳胶制品及其再生胶性能研究

采用转矩流变仪再生废乳胶制品,考察了再生温度对乳胶制品再生胶性能的影响。结果表明,随着再生温度的升高,乳胶制品再生胶的溶胶含量上升15.5%,交联密度和门尼粘度分别下降16.7%和6.3%。再生温度为145℃时制备的乳胶制品再生胶综合性能最佳,硫化胶的拉伸强度可达到15.5 MPa。衰减全反射红外光谱分析结果表明胶粉再生前后主链没有发生大的变化,-CH2-的弯曲振动明显增强可能是交联网络结构中的部分C-S键断裂导致的。微观形貌分析表明再生过程中原料的交联网络结构受到一定程度的破坏。

基于有限元的U形对焊接头在热-机械载荷下的安定性

采用ABAQUS有限元软件,在非线性叠加法的基础上,研究在温度载荷和内压下不同焊缝尺寸以及不同焊接材料对压力管道U形对焊接头安定性的影响。模拟结果表明,焊材的弹性模量、线膨胀系数以及屈服应力对接头安定性影响较大,这三项参数与母材性能有较大差距时,焊接处的局部应力较大,因此结构的焊接性受到很大影响。焊接所开坡口的尺寸对安定性的影响则较小。本研究还建立了一种针对焊接接头工程安定性的简化图解法。