膨胀土-混凝土界面剪切特性研究及界面系数修正

为对不同含水率下与不同法向应力下的膨胀性土的界面抗剪强度-界面剪切位移曲线进行分析,通过设计室内膨胀土-混凝土界面直剪试验,研究各含水率对膨胀土-混凝土界面各力学性质的影响。结果表明:不同含水率条件下的应力应变曲线均无应变软化现象,基本符合应变硬化模型;含水率的增长,对界面抗剪强度有较为明显的劣化影响,应力应变曲线的峰值也随之愈发滞后;同一含水率的界面抗剪强度与法向应力较好地符合摩尔-库伦强度准则,随着含水率的逐渐增长,界面抗剪强度也呈现递减态势;界面黏聚力先呈增长态势,后呈逐渐减小态势;界面等效剪切模量呈现下降趋势,同时通过微观角度对界面黏聚力和界面内摩擦角引起的界面强度变化规律进行了机理性的分析。界面内摩擦角则随着含水率增加逐渐地呈现反比例函数降低态势,引入界面摩擦系数,进一步细致分析界面摩擦力学性质,同时修正了界面黏聚力和法向应力对界面摩擦带来的较大影响,针对于浅层边坡土体与桩基础的摩擦估算,考虑到法向荷载对于界面摩擦系数影响较为合理。

铝合金在接触固溶处理工艺中的界面传热系数

采用有限元模拟和反演优化(IO)方法测定7075铝合金在不同压力、表面粗糙度和温度下接触固溶处理过程中的界面传热系数(IHTC)值,并分析这些因素对IHTC的影响。结果表明:随着压力的增加,IHTC值先增加,然后保持稳定;IHTC值随表面粗糙度的增大而减小;随着板温的升高,瞬时IHTC值先增大后减小。基于压力、表面粗糙度和温度的综合影响规律,建立多因素影响的IHTC理论模型。使用此模型能较好地预测不同条件下合金的瞬时IHTC值。

熔模铸造ZL114A铝合金凝固过程界面换热系数研究

为获得ZL114A铝合金在凝固过程中温度场的分布规律,根据实际工况设计了测温实验方案,利用热电偶和热成像仪得到了金属及其型壳在凝固过程中温度场的变化曲线,并根据实际测得的温度曲线借助ProCAST模拟软件中的反算模块对铸件与型壳间的界面换热系数进行了反求,得到了更加符合实际的界面换热系数。随后对其进行验证,用该界面换热系数所模拟求得的金属液温度曲线与实测值最大温差为10℃,型壳温度曲线与实测值最大温差为15℃,该方法及结果为铝合金熔模精铸模拟界面换热系数的设置提供了参考依据。

不同桩-土界面摩擦系数对水平荷载下大直径单桩变形特性影响研究

为研究不同桩-土界面摩擦系数对水平荷载下大直径单桩变形特性的影响,根据现场试验及室内循环剪切试验结果,采用Abaqus软件及可考虑软土软化效应的本构模型进行数值模拟。结果表明:提高桩-土界面摩擦系数可在一定程度上减少桩顶位移,其减少程度与桩土相对位移呈正相关。桩-土界面摩擦系数变化区间为0.1~0.5,在水平静载作用下,桩-土界面摩擦系数对桩顶位移的影响随荷载的增大而增大,随桩径的增大而减小。水平循环荷载作用下,桩-土界面摩擦系数对桩顶位移及桩周土体软化程度的影响随荷载峰值、荷载频率、循环次数的增大而增大,桩顶位移减小值最大可达25.85%,桩周土体软化程度最大可达17%。

基于L-M算法的铝合金铸造过程界面换热系数的反问题模型

铝合金铸造过程铸件-铸模之间的界面换热系数的变化非常复杂,且预测非常困难。本文基于L-M(Levenberg-Marquardt)算法建立了铝合金铸造过程传热反问题模型,通过反问题分析获得铝合金铸造过程中铸件-铸模界面换热系数。通过将铸件-铸模界面换热系数反演值与标准值进行比较,验证传热反问题模型的准确性。在此基础上,分析了铸模上测点位置(与铸件-铸模界面距离、相邻测点间距)和温度测量误差对铸件-铸模界面换热系数反演值的影响规律,并给出了最优的测点布置方案和温度测量误差要求。通过铝合金铸造实验,用该反问题模型能求解出铝合金凝固过程中的铸件-铸模界面换热系数。

疲劳荷载作用下钢-混组合梁界面滑移对其性能影响研究

为分析界面滑移对钢-混组合梁疲劳性能的影响,在考虑界面滑移影响的栓钉疲劳刚度退化模型基础上,提出考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析方法,以某工字钢-混组合连续梁为背景开展缩尺模型试验,建立考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析模型梁,对比分析疲劳加载过程中试验梁与模型梁的疲劳性能,并进行界面滑移系数影响因素的参数分析。结果表明:疲劳荷载作用下,钢-混组合梁中钢梁下翼缘发生开裂,并最终导致组合梁失效,加载过程中钢-混组合梁跨中挠度及界面残余滑移均呈现明显的三阶段特征;模型梁跨中挠度及界面残余滑移随加载次数的变化趋势分析结果与试验梁吻合良好,验证了考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析方法的可行性;疲劳荷载作用下钢-混组合梁界面滑移将引起钢梁中应力增加,从而降低组合梁疲劳寿命,建议在疲劳寿命预测中引入界面滑移疲劳折减系数,建议其取值为1.2。

上覆层填料物理力学特性对复合衬垫界面剪切特性影响研究

采用改进ZLB-1型三联流变直剪仪研究了填料特性对复合衬垫界面剪切特性的影响,得到上覆层填料不同物理力学特性在不同法向应力下的剪切应力-位移曲线。结果表明,黏土与砂土均出现了位移软化现象,且随含砂率增加,位移软化现象更明显;土工膜-钠基膨润土垫界面在复合衬垫界面中摩擦系数最低,且饱和状态下界面摩擦系数明显低于非饱和状态下界面摩擦系数。含砂率增加,复合衬垫界面间似黏聚力降低,似摩擦角先降低后增加再降低;含水率增加,似黏聚力和似摩擦角均先增大后减小。

颗粒级配和表面纹理对饱和砂-钢界面剪切强度的影响

钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程,土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验,揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明:由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散方式的不同,常法向应力(CNL)下剪应力-位移曲线出现明显的应变软化现象。变法向应力(VNL)下,界面剪切强度随法向应力的增大不断提高。对于光滑和凸起构造,界面摩擦角随不均匀系数C_(u)的增加基本呈线性增长。对于凹槽构造,界面摩擦角随C_(u)的增加而减小。饱和砂-粗糙度钢板界面剪切效能的发挥受水的影响显著,砂与钢板之间水膜的存在减弱了砂颗粒和钢界面的摩擦,使得界面摩擦性能不能完全发挥。

单晶叶片铸造过程中界面换热系数的确定

为有效提高铸造数值模拟的准确性,以单晶空心涡轮叶片为典型件,设计试验方案,采用钨铼热电偶进行温度场数据采集工作。通过实测温度场、数值模拟温度场与界面换热系数反向求解相结合的方法,得出界面间换热系数随时间变化的经验公式。通过逆运算,得到较为精确的涡轮叶片铸造过程界面换热值。结果表明,铸造过程数值模拟精度得到了有效提高。

高强度钢板热成形界面换热系数估算

为评估高强度钢板热冲压成形过程中的传热强度,本文根据实验采集的温度曲线,利用热平衡的数值积分形式得到了不同压强下随温度连续变化的换热系数,求解过程中通过等效热容的方式引入了马氏体相变的影响。结果表明,换热系数的大小不仅与压强相关,而且随着材料温度变化。最后求得的换热系数被带入Abaqus仿真计算,仿真结果能和实验数据较好的吻合,从而对实验及估算方法的有效性进行了验证。

铝合金压铸过程铸件/铸型界面换热行为的研究 Ⅰ．实验研究和界面换热系数求解

采用"阶梯"铸件,设计了压铸过程模具温度测量的实验方案并进行了压铸实验.以实验中测得的铸型内部不同位置的温度为基础,采用热传导反算法求解了压铸过程中铸件/铸型界面热流以及换热系数;分析了铸件的厚度对于界面热流以及换热系数的影响,结果表明:压铸过程铸件/铸型界面热流或是换热系数随着压射过程的进行迅速升高直至最大值,然后随着凝固过程的进行而减小;同时,铸件的不同厚度部位与铸型之间的界面热流和换热系数的变化规律也不同,随着铸件厚度的增大,铸件铸型之间的界面热流和换热系数峰值均减小,但是界面热流和换热系数较大值保持的时间则逐渐增大.

模拟界面换热系数和密度对热溶质对流影响

为了能够更好地控制凝固过程热和溶质的传输,以二元合金为例,研究了在单边散热条件下,不同界面换热系数和密度对热溶质对流的影响.研究表明:当材料密度一定时,随着界面换热系数的提高,沿散热方向上的温度梯度增大,热溶质对流的效果增强;当界面换热系数为1000W/(m2·K)时,在凝固初期铸件底部出现涡流现象;在界面换热系数不变的情况下,随着材料密度的增加,铸件内液体金属的热溶质对流效应减弱.

基于反分析法的凝固过程中界面换热系数研究

以实验测得的温度为基础,结合数值模拟方法和优化方法的反分析方法计算求解了A356铝合金铸件冷却凝固过程中铸件与金属铸型间的界面换热系数,分析了铸件与铸型间界面换热系数随界面温度变化的关系.研究结果表明：界面换热系数在固相温度以上和545℃以下基本保持为一个常数,分别约为3 000 W.m-2.K-1和500 W.m-2.K-1;而液相温度在545~555℃间为突变的线性关系,并通过线性回归分析建立了近似的数学模型.应用反求得到的界面换热系数与界面温度的变化规律,结合数值模拟软件ProCAST计算得到铸型初始温度450℃时铸件的温度与实验测量温度吻合较好.验证了通过反分析方法求解的换热系数的有效性和正确性.

一种求解水平连铸中瞬态界面换热系数的新方法

为有效提高温度场数值模拟的准确性,对界面换热系数的模型进行了改进和参数化,并基于这个3阶段演变模型,提出了数值模拟与优化计算相结合的反向求解方法。针对水平连铸中出现的非均匀间隙情况,获得了与位置相关的界面换热系数。算例采用了两种合金Sn-5Pb和Sn-15Pb作为算例进行计算。优化结果表明,对于两种合金3个热电偶处的模拟温度与实测值最大相对误差不超过5%。

铝合金熔模精密铸造界面换热系数测量

熔模精密铸造对于铸件近净成形具有重要意义,但目前鲜见对其铸件-铸型界面换热系数的相关研究。本试验在一维传热模型中采用非线性估算法对工业纯铝在熔模铸造过程中与型壳的换热行为进行了研究,分析结果表明:在凝固前期,铸件与型壳之间的热流密度基本不变,而界面换热系数随两者温差减小而增大;凝固中期,界面换热系数随着整体固相分数增加而线性下降;凝固后期,界面换热系数下降变得十分缓慢。将在一维模型中反求得到的界面换热系数应用到三维铸件模型中,得到的模拟温度与实测温度基本吻合,证明通过一维模型与非线性估算法求取的界面换热系数比较准确,有望在铝合金精密铸造温度模拟中得到应用。

FGH96粉末高温合金涡轮盘淬火过程界面换热系数的研究

以试验方法研究了FGH96粉末高温合金涡轮盘在空冷、风冷和油淬等条件下的表面换热行为,进而反算求解得到了界面换热系数,并将其应用到实际盘件热处理过程的数值模拟当中。结果表明,油淬条件下的界面换热系数远大于其他两种冷却方式,其最大值约为空冷换热系数最大值的10倍。现有工艺适合文中涡轮盘的热处理,淬火应力低于材料对应温度的屈服强度。

高温合金定向凝固界面换热系数逆向求解算法与应用

使用双铂铑(Pt-Rh_(30)/Pt-Rh_6(B))热电偶采集单晶叶片定向凝固过程温度场数据,基于数值模拟逆向求解出定向凝固过程中高温合金DD6与模壳之间的界面换热系数,并分析了界面换热系数随界面温度变化的关系。采用得到的界面换热系数,基于ProCAST数值模拟,得到的仿真温度场数据与实测温度场数据吻合良好,单晶叶片定向凝固过程数值模拟精度得到有效提高。

铸型界面换热系数的测定方法研究

为有效提高数值模拟的准确性,通过实测反求法对材料界面换热进行了测定,提出界面间换热是随温度变化的函数值。按照实验方案,在保证测量仪器,仪表精度的基础之上,采用特制热电偶进行了温度场数据的采集工作。通过实测温度场数据、数值模拟与凝固过程中界面换热系数的反向求解相结合的方法,得出铸件/铸型界面间的换热随温度变化的函数值。通过应用ProCAST软件反求模块进行逆运算,确定了现有某铸铁材料与树脂砂铸型材料间的界面换热值。计算结果表明,整个凝固过程中热电偶处的温度模拟结果与实验结果的最大相对误差在±10℃内,数值模拟精度得到了有效的提高,说明了此界面换热测定方法的可行性。

合金材料以及工艺参数对压铸过程中铸件／铸型界面换热系数的影响

采用铝合金ADC12以及镁合金AM50为铸件材料,并采用"阶梯"铸件进行了压铸实验.以压铸过程实际测得的温度作为输入参数,利用自行编制的热传导反算程序计算了压铸过程铸件/铸型间的换热系数.结果表明:不同合金材料对界面换热系数的影响主要表现在换热系数的数值以及保持较高数值所持续的时间上,而对换热系数曲线的形状影响不大;随着高速速度的增大,较薄"阶梯"与铸型之间的换热系数增大;对于较厚"阶梯",随着铸型初始温度的上升,换热系数不断减小.随着铸造压力的增大,最厚"阶梯"与铸型之间换热系数逐渐增大,但铸造压力只在镁合金AM50实验条件下表现出了明显的影响规律.

铸造凝固界面换热系数求解的反热传导模型

考虑到铸件凝固过程中因潜热释放造成的数值计算结果难于收敛问题，建立基于等效比热法的反热传导模型，并分析模型中各种计算参数如阻尼系数μ、未来时间步长R、正热传导计算时的时间步长Δθ及收敛误差值Tcr等对反算求解结果稳定性及准确性的影响，应用所建立的反热导模型，通过铸件内温度数据计算得到A356铝合金与铜冷却介质间的界面换热系数。结果表明，界面换热系数是随铸件凝固时间变化的，其变化范围在1200~6200 W/（m2？K）之间，而且变化过程中因为结晶潜热的释放存在两个峰值。