Numerical Analysis of the Adhesive Forces in Nano-Scale Structure

Nanohairs, which can be found on the epidermis of Tokay gecko＇s toes, contribute to the adhesion by means of van der Waals force, capillary force, etc. This structure has inspired many researchers to fabricate the attachable nano-scale structures. However, the efficiency of artificial nano-scale structures is not reliable sufficiently. Moreover, the mechanical parameters related to the nano-hair attachment are not yet revealed qualitatively. The mechanical parameters which have influence on the ability of adhesive nano-hairs were investigated through numerical simulation in which only van der Waals force was considered. For the numerical analysis, finite element method was utilized and van der Waals force, assumed as 12-6 Lennard-Jones potential, was implemented as the body force term in the finite element formulation.

Friction coefficient in rubber forming process of Ti-15-3 alloy

The forming limit diagram of Ti-15-3 alloy sheet was constituted at room temperature. The effects of different punch and rubber hardness on the limit principal strain distributions were investigated experimentally. Finite element analysis models of the samples with dimensions of 180 mm×180 mm were established to analyze the friction coefficients of different interfaces. Effects of various friction coefficients on the strain distributions were studied in detail. Finally, the friction coefficients in the cold forming were determined by contrasting the strain results between the experimental data and the simulated ones.

喷丸工艺参数对718镍基合金表面性能的影响

为全面理解718镍基合金喷丸强化工艺参数的作用,用精确的三维建模对弹丸和基体进行模拟,并结合仿真分析方法考察喷丸尺寸、速度及入射角度对喷丸强化的影响。重点分析了表面粗糙度和残余应力分布,以全面展现喷丸强化的关键特征。结果表明:随弹丸直径和速度的增加,残余应力呈规律性变化,入射角度为0°~10°时对残余应力影响较小,但可轻微降低表面粗糙度。当入射角度从10°增至30°时,喷丸强化效果减弱,同时表面粗糙度增加。这为工艺参数选择提供了重要参考。通过试验验证仿真结果,进一步证实了本研究的准确性和实用性。

石墨管与不锈钢管钎焊接头的组织和残余应力

为使石墨材料能够在空间核电散热装置中更充分地发挥其价值,本文采用BNi-2钎料真空钎焊连接等静压石墨管和304不锈钢管,研究了石墨/BNi-2/不锈钢接头在1010℃、保温90 min条件下的显微组织和不同冷却工艺对接头残余应力的影响。研究表明:在1010℃,保温90 min条件下,钎焊接头致密无裂纹,Cr元素在石墨侧与石墨基体反应形成Cr_(7)C_(3)反应层,在不锈钢侧形成了σ-FeCr扩散层,界面接头组成为石墨/Cr_(7)C_(3)/Ni(s,s)+Ni_(3)Si/σ-FeCr/不锈钢;经缓冷工艺处理的接头,常温剪切强度为28.38 MPa,比炉冷处理的接头剪切强度提高了22%;有限元数值分析结果表明,采用缓慢冷却的钎焊工艺可以有效缓解钎焊接头在冷却过程中产生的残余应力,符合剪切实验结果。

激光冲击诱导应力波对残余应力孔洞形成的影响

目的揭示残余应力孔洞形成的影响机制。方法采用有限元动力学仿真,实现对激光冲击诱导应力波传播过程的捕捉和特性分析。结果在2000 ns以内的光斑作用区域,材料的初始应力仅受到激光冲击诱导Ⅱ类应力波的扰动作用,此扰动作用由光斑中心向外依次减弱,引起的应力波动幅值由2459 MPa降至224 MPa;在其他工艺参数相同的情况下,残余应力孔洞随着峰值压力和脉宽的增加而变得更加明显,应力幅值差σ_(k)分别由0、114 MPa增至454、568 MPa,孔洞直径d_(k)分别由0、0.8 mm增至约1.4 mm,光斑直径的影响相对较弱。在激光能量3 J的作用下,空间高斯分布对应结果存在应力孔洞,σ_(k)、d_(k)分别为190 MPa、1 mm。将空间平顶分布激光能量增至7 J,对应结果由3 J激光能量时的无应力孔洞转变为存在明显应力孔洞,σ_(k)、d_(k)分别为634 MPa、1.4 mm。另外,在激光能量3 J的作用下,材料1的应力孔洞最显著,σ_(k)、d_(k)分别为207 MPa、1.4 mm,均高于材料2和材料3的对应值。凸圆面、平面和凹圆面对应的σ_(k)分别为212、190、83 MPa,d_(k)均为1 mm。结论在圆形光斑激光冲击载荷作用下,加载和卸载过程中形成的应力波在光斑中心的汇聚作用均较强,导致光斑中心区域材料持续出现正反向屈服,进而形成残余应力孔洞;在相同参数条件下,激光能量越高,则材料的力学性能越低,应力波扰动作用越强,应力孔洞现象越明显。

SiC芯片封装纳米银烧结层的热机械分析及疲劳寿命预测

纳米银的热膨胀系数与模块中其他组件存在较大差异,导致在严苛环境下工作时发生热疲劳失效。因此,预测纳米银烧结层的热疲劳寿命成为关键问题。以SiC功率模块为对象,利用有限元仿真和修正的Coffin-Manson寿命预测模型,分析了纳米银烧结层在热循环载荷下的最大等效应力和疲劳寿命。进一步通过响应面法分析,以疲劳寿命为优化目标,选取了SiC芯片和纳米银烧结层最佳参数组合,并探究铜基板镀镍对疲劳寿命的影响。研究结果显示:在累积的热循环下,纳米银烧结层边角处的等效应力最大,最容易发生热疲劳失效。通过优化设计,当SiC芯片厚度取0.15 mm,纳米银烧结层厚度取0.1 mm时,最大等效应力降低了1.36%,疲劳寿命增加了1.57倍。此外,铜基板上的镍层与纳米银烧结层具有相适应的材料属性,能够降低纳米银烧结层的等效应力,并增加其疲劳寿命。

Fe-Ni纳米合金的制备及其催化性能的研究

采用液相KBH4还原法,制备出不同摩尔比例的Fe-Ni纳米微粉,通氢还原得纳米合金.元素分析结果表明该合金为Fe-Ni-B-O纳米合金,且元素B的嵌入量随Ni在合金中摩尔比例的增加而增大.XRD表明不同摩尔比例的Fe-Ni-B-O纳米合金各元素在合金中的存在形式呈规律性变化.实验表明还原温度为400℃时,合金表面活性最高,催化性能优良,pH=8时KBH4水解析氢产率可达100%,且当Fe/Ni≤1时催化性能明显优于NixB,元素Fe改善了合金催化KBH4水解析氢的催化活性.

镍基高温合金磨削出口毛刺的有限元分析

为揭示镍基高温合金磨削过程中出口毛刺的形成机理,文章建立了单颗PCBN磨粒高速磨削Inconel718合金的二维模型,并验证了模型的可行性。运用仿真软件DEFORM-2D对磨削出口毛刺的形成过程进行了研究,将其形成过程分为了8个阶段,并在不同磨削条件下采用正交实验法分析了磨削速度、磨削深度、磨粒圆锥角和磨粒刃口半径对磨削出口毛刺的影响规律。研究表明:磨削出口毛刺的尺寸主要由毛刺宽度和高度组成,毛刺宽度和高度均对磨削深度比较敏感,磨削深度越大,毛刺的宽度和高度也越大。另外,磨削速度、磨粒顶锥角、磨粒刃口半径增大,毛刺宽度也随之增加,但毛刺高度对这3个参数不是很敏感。

基于J-C断裂模型的镍基材料高速切削成型模拟

在高温合金高速切削成型过程中采用Johnson-Cook热弹塑性模型构建IN625材料失效本构模型,使用非线性结构力学软件ABAQUS及利用explicit算法创建了高温合金切削数值模型。引入材料剪切失效和断裂失效判据及刀-屑摩擦模型,对高速切削过程中刀具对材料成形的影响、切屑的成型和切削力进行了计算和研究。

Investigation of Various Laminating Materials for Interior Permanent Magnet Brushless DC Motor for Cooling Fan Application

Permanent magnet brushless DC motors are used for various low-power applications,namely domestic fans,washing machines,mixer grinders and cooling fan applications.This paper focuses on selecting the best laminating material for the interior permanent magnet brushless DC(IPM BLDC)motor used in the cooling fan of automobiles.Various laminating materials,namely M19-29GA,M800-65A and M43,are tested using finite element analysis.The machine's vital performance metrics,namely the stator current,torque ripple,and hysteresis loss were analyzed in selecting the laminating material.The designed motor is also modelled as a mathematical model from the computed lumped parameters.The performance of the machines was validated through electromagnetic and thermal analysis.

单晶合金中裂纹演化的有限元分析

对DD6合金在有裂纹和无裂纹缺陷的条件下,对其进行蠕变性能的测试、组织形貌的观察并采用ABAQUS软件对在裂纹附近的应力分布进行有限元分析。研究了单晶合金的蠕变行为和组织形貌受存在缺陷的影响。结果表明:试样的蠕变寿命由于受到组织缺陷的影响明显降低。近裂纹区域的应力较大值出现在与施加应力轴成45°角的方向,并且应力呈现出蝶形分布的特征。合金裂纹缺陷附近的应力较小值在其上下区域,最大值在两侧极点处,在极点处试样沿壁厚方向两端的应力比中部大,当裂纹沿[010]方向时应力稍大于沿[110]方向。随着蠕变的继续,应力值进一步增大,使裂纹长大,其扩展方向垂直于应力轴,导致合金蠕变寿命降低。

NRT FILES镍钛根管锉预备对弯曲根管应力分布的仿真分析

背景:在根管治疗中,镍钛合金器械常因应力超过金属塑性变形的弹性极限或在根管弯曲处重复弯曲导致镍钛合金疲劳断裂。目的:探索新型镍钛锉NRT FILES在作为根管预备材料时对根管内壁存在的应力分布,明确应力集中区域。方法:利用Solidworks软件对NRT FILES进行三维建模,模拟还原器械在真实口腔环境中存在的状态。建立6组根管简化模型:①弯曲角度30°、弯曲半径5 mm、根尖弯曲;②弯曲角度30°、弯曲半径5 mm、根中弯曲;③弯曲角度30°、弯曲半径2 mm、根尖弯曲;④弯曲角度30°、弯曲半径2 mm、根中弯曲;⑤弯曲角度45°、弯曲半径5 mm、根尖弯曲;⑥弯曲角度45°、弯曲半径2 mm、根尖弯曲。将根管简化模型与根管锉模型进行组配,对根管内壁受力点及应力分布情况进行分析。结果与结论:①-⑥组根管锉最大应力分别为1 185,1 354,1 371,1 678,1 335,2 557 MPa,最大应变分别为0.010 36,0.013 54,0.013 79,0.016 48,0.013 45,0.022 03;根管弯曲部位的不同会影响根管锉所承受的应力大小,因此在根管治疗中,根管锉沿着根管越往下,根管锉与根管接触的半径越大、刚性越差,根管锉所承受的应力越大越容易发生断裂;根管弯曲半径越小,根管锉承受的应力越大;根管弯曲角度越小,根管锉所承受的应力越大。在根尖弯曲部位,根管锉在根管弯曲半径小的弯曲根管需要承受更大的应力,根管锉更容易发生断裂;同理,在根中弯曲部位,根管锉在根管弯曲半径小的弯曲根管亦承受更大的应力,因此要格外注意根管的弯曲程度,以此来选择合适的根管锉进行根管治疗。

W含量及组织状态对镍基高温合金晶格常数及错配度的影响

通过对镍基合金的组织形貌观察和X射线衍射分析,研究元素W及组织状态对镍基合金晶格常数及错配度的影响。结果表明,7.5%W镍基合金经完全热处理后,立方γ′相以共格方式嵌镶并均匀分布在γ基体相中。随元素W含量增加,合金中γ′和γ两相的合成衍射峰值略有左移,使γ′和γ两相的晶格常数增加,其中γ′相晶格常数增加幅度较大的原因是元素W较大比例地分布在γ′相中,并由此使合金中两相的晶格错配度由负值转变为正值。经完全热处理后,合金中γ和γ′两相有较小的晶格错配度,在高温拉伸蠕变期间外加应力的作用下,γ基体相的晶格常数值增加幅度较大,致使合金中γ′和γ两相晶格错配度的绝对值增加。

低空白镍锍试金预富集中子活化分析测定地球化学标准物质中的铂族元素

研究了镍锍试金预富集中子活化分析测定岩石样品中的铂族元素。纯化捕集剂氧化镍,大大降低了化学分离全流程铂族元素的空白。取样量为50g时,所需溶剂各元素的空白值为(ng/g):Pt<0.05、Pd<0.05、Os<0.01、Ru<0.05、Rh<0.05、Ir=0.002。用平面锗探测器测定Rh使测定下限降低了两个数量级,对几种国标地球化学标准物质的测定结果与推荐值基本符合。

辉光放电质谱法测定高纯镍中16种痕量杂质元素

采用辉光放电质谱法(GD-MS),不用标准样品绘制校准曲线,直接测定高纯镍中硅、磷、硫、锰、铁、钴、锌、砷、镉、锑、锡、铅、铋、镁、铝和铜共16个痕量杂质元素。确定了分析高纯镍的最佳仪器参数并总结了参数的调节方法。当预溅射时间设定在20min时,可以完全消除样品在预处理过程中引入的钠、钙和铁的污染。在中分辨率分析模式下,选择丰度最高的24 Mg、27 Al、28Si、31P、114Cd、32S、209 Bi、75 As、55 Mn、56 Fe、59 Co、63 Cu、121Sb、208 Pb作分析同位素可以减小同位素质谱峰干扰,但锌和锡例外。虽然64 Zn和120 Sn丰度最高,但其质谱峰分别与36Ar14 N16 O和82Se36 Ar的质谱峰重叠,因此实验选择质谱峰能分开、丰度较低的66Zn和118Sn作为分析同位素。采用实验方法对3个高纯镍样品进行分析,测定值与参考值以及电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)的测定值符合性较好。其精密度随着元素含量的增大而越来越好,当元素含量在μg/g水平时,其相对标准偏差(RSD)小于10%。

大洋多金属结核和深海沉积物标准物质中铂族元素的中子活化分析

采用镍锍试金预富集中子活化分析方法，测定了大洋多金属结核标准物质ＧＳＰＮ２、ＧＳＰＮ３和深海沉积物标准物质ＧＳＭＳ２、ＧＳＭＳ３中的铂族元素；根据大洋样品成分特征，对常规的镍锍试金配方和熔炼条件作了改善；计算了活化分析中的铂族元素干扰核反应，校正了Ａｕ对Ｐｔ的二级干扰；选用羰基化镍粉配料，降低了铂族元素空白值。用国家一级标准物质ＧＢＷ０７１０２作了对照分析，结果与标准值相符。

铂矿标准物质的核分析方法研究

针对铂矿标样基体中高铜、高镍、高硫等特点,对常规的镍锍试金预处理中子活化分析流程作了适当改进,包括铂矿样品的灼烧、调节试金配方、改变酸溶条件和仪器测试条件。流程中铂族元素的回收率均在86%以上。用南非的铂矿标准物质SARM7和我国的铜镍硫化物铂族元素标准物质975作了对照分析,结果与标准值相符,表明改进后的流程适用于同类含铂铜镍矿样品中铂族元素的测试。

[011]取向镍基单晶合金高温蠕变期间γ′相定向粗化行为研究

研究了980℃,200MPa拉伸蠕变期间[011]取向镍基单晶高温合金中γ′相的演化方式。采用有限元方法计算了单晶合金在有/无外加载荷时Von Mises应力及弹性应变能密度在γ和γ′两相中的分布。结果表明:沿[011]取向施加拉伸应力时,与应力轴呈45°角基体通道(roof)的VonMises应力远高于与应力轴平行的基体通道(gable)中的Von Mises应力,两通道中应变能密度的差异驱动γ′相形成元素从变形较大的通道向变形较小的通道扩散,而γ相形成元素反向扩散,导致γ′相沿[010]和[100]取向扩散生长,形成垂直于[001]方向且与应力轴倾斜成45°角的层片状筏形组织。

纯化氧化镍中子活化分析测定地球化学物质中的铂族元素

研究了镍锍试金预富集中子活化分析测定岩石样品中的铂族元素 .采用YPA4 螯合树脂对试金捕集剂氧化镍进行纯化 ,大大降低了化学分离富集全流程铂族元素的空白 .取样量为 5 0g时 ,所需熔剂各元素的空白值为 (ng/ g) :Ir =0 .0 0 2、Os<0 .0 1、Pd <0 .0 5、Pt<0 .0 5、Rh <0 .0 5、Ru <0 .0 5 .用平面锗探测器测定Rh使测定下限降低了 2个数量级 .对国标地球化学标准物质GBW0 72 88、GBW 0 72 89、GBW 0 72 91、GBW 0 72 92和GBW 0 72 94的测定结果与推荐值基本符合 .

用多元线性回归法预测镍基高温合金的抗氧化性

用静态氧化法研究了3种铸造镍基高温合金K35、K44、K46在800℃及900℃的高温氧化动力学行为.结果表明,3种合金的氧化动力学曲线均符合抛物线规律,其中氧化速度常数为合金成分中每种元素作用的综合结果.用多元线性回归法计算了25种镍基高温合金在900℃氧化过程的作用系数,并给出了3种试验合金的氧化动力学回归方程,与3种合金的实验结果相比,相对误差小于13％。