陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料高温变形行为研究

在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si_(3)N_(4),通过放电等离子烧结法制备了一系列不同体积分数的陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料。通过进行高温压缩试验,并建立多颗粒随机分布模型进行数值模拟,对其高温变形行为进行了系统性研究。结果表明,在421℃时,两种复合材料都表现为应力过冲后应变硬化;在441℃时,Al_(2)O_(3)增强的复合材料表现为屈服后应变硬化,对于Si_(3)N_(4)增强复合材料,当第二相体积分数小于25%时表现为屈服后应变硬化,当第二相体积分数大于25%时材料却表现为应力过冲后应变硬化。两种非晶合金复合材料的高温变形行为差异与增强相形貌以及增强相颗粒团聚行为导致的第二相分布不均匀有关。

热塑性预浸丝铺放过程中温度场数学模型及其仿真

建立了热塑性碳纤维预浸丝铺放过程中二维温度场分布的模型。考虑铺放中热气筒的热气速率、热气温度的影响,当热气流速从650升高至800 m/s时,APC2的对流传热系数增加150 W/(m2.℃)。利用ANSYS对整个铺放过程热量的瞬态热传导进行了仿真,得到复合材料构件在整个铺放过程中温度场分布及其随时间的变化。通过对铺放头分别以40和20 mm/s进行铺放时温度场随时间变化的比较,可知铺放头移动速率越慢,粘合点处的温度峰值越高。当把铺放头移动速率降至20 mm/s以后,粘合点温度峰值升至355℃以上,达到APC2的熔点,因此在此条件下加工时铺放头移动速率理论上应低于20 mm/s。通过对比,证明了温度场数学模型的正确性。

树脂基复合材料制造过程温度变化模拟研究

本文在树脂基复合材料树脂基体固化动力学研究的基础上,将固化反应热通过固化反应动力学方程引入热传导方程,模拟实际工艺条件建立了复合材料固化过程的温度分布模型,将模拟计算值和实际测量值进行了比较,发现所建立的复合材料制造过程温度分布模拟技术可以准确模拟环氧和双马复合材料在制造过程中的温度变化。

超精密切削切屑形成过程的三维有限元仿真

基于大变形有限元理论,建立了超精密切削的三维有限元模型,利用通用的商业有限元软件实现了超精密切削切屑形成过程的三维仿真.并对正交直角切削和斜角切削切屑的形成过程进行了比较深入的分析研究.结果表明:在同样切削条件下,斜角切削过程中产生的切削热、塑性应变和等效应力小于正交直角切削时产生的切削热、塑性应变和等效应力.

连续铸造复合轧辊辊芯预热的数值模拟

建立了连续铸造复合轧辊辊芯预热的数学模型,并对辊芯预热温度的分布情况进行了数值模拟,分析了拉坯速度及陶瓷隔热管对辊芯预热温度分布的影响.结果表明,辊芯到达线圈下端面时,辊芯表面与中心具有最大的断面温差,离开线圈一定距离后,由于表面的散热作用,中心温度会超过表面温度;较大的拉坯速度不利于提高辊芯的预热质量;在拉坯速度较小的情况下,安装陶瓷隔热管将会对辊芯表面起到较好的保温作用,而在拉坯速度较大时,保温效果不明显.

复合材料RTM成型工艺固化过程三维数值模拟

复合材料RTM成型工艺固化过程数值模拟本质上是求解瞬态热传导和固化动力学耦合方程。本文中以控制体积技术将来自放热化学反应的非线性热源项处理成节点集中载荷 ,并采用有限元方法求解。以厚板构件的二维数值模拟与文献中结果比较证明了本文中方法的正确性 ,并讨论了厚度对温度分布的影响。对带孔圆筒形构件进行了算例研究 ,结果表明

下吸式固定床生物质气化温度场和组分场分布特性

首先采用多维数值模拟方法解析了下吸式固定床反应器生物质气化反应的发展过程,并通过主动配气下吸式固定床的气化试验结果验证了该数值解析方法的可行性。在此基础上,解析了气化过程中炉内温度场和组分场的分布特性。结果表明,空气当量比RER是影响下吸式固定床气化过程气化特性的重要因素,并且对于炉内温度场分布和气化产气组分场的最优取值范围为0.24～0.28。

压型钢板-混凝土组合楼板温度场有限元模拟

采用有限元方法,对火灾下压型钢板-混凝土组合楼板的温度场进行了分析,得到了瞬态温度场分布云图及温度随时间变化的曲线,并与试验结果进行比较,二者吻合较好.表明所建立的计算模型合理、模拟方法正确、可行;同时比较了两个不同仿真模型的计算结果,从而得出最佳计算模型,为计算火灾下构件温度场提供了实用的方法;对研究组合楼板抗火性能具有重要意义.

炉渣成分变化对电渣重熔过程影响的数值模拟

电渣重熔过程中,炉渣成分会发生连续变化,使渣池、渣壳的热物性参数也处于不断的变化之中。渣池及渣壳热物性参数的变化会影响电渣重熔过程。本文根据重熔过程中渣池、渣壳的变化及炉渣热物性参数变化(导热系数及电导率),对重熔过程的影响进行了模拟。通过与未考虑炉渣成分变化及渣壳、渣池热物性参数变化两种情况的重熔过程比对,揭示了炉渣成分变化对电渣重熔过程温度分布的影响。

有限元模拟分析巴基纸基复合材料热传导性能

为了分析加热片的埋入位置及厚度对巴基纸/SMP复合材料热传导性能的影响规律,本文通过有限元软件FLUENT对巴基纸/SMP复合材料的加热工况进行模拟计算,并分析了复合材料的导热性能及不同加热工况的适用性。计算结果表明:埋入1层加热片的巴基纸基复合材料加热达到稳态时最高温度相对较高,最低温度和平均温度均相对较低。埋入2层加热片的巴基纸基复合材料加热达到稳态时整体温度均更低,温度分布更加平均。计算工况条件下,随着加热片厚度的增大,复合材料最高温度均略微下降,最低温度均略微上升。分析认为:随着加热片厚度的增加,加热片的单位体积内热源呈减小趋势,流经巴基纸和聚合物基体外表面的热流量均有所下降,并且加热片厚度对巴基纸基复合材料加热达到稳态时的典型温度值影响较小。

巴基纸/SMP复合材料热传导性能有限元模拟

为了对巴基纸/形状记忆聚合物复合材料中巴基纸埋入方式、尺寸参数和加热工况进行优化设计,本文采用FLUENT软件分析了不同形状巴基纸/形状记忆聚合物复合材料达到稳态时温度分布规律和加热效果。计算结果表明:加热达到稳态时,矩形弯曲巴基纸/形状记忆聚合物复合材料温度相对较低,但是加热更均匀。相同单位体积内热源作用下,平板形巴基纸/形状记忆聚合物复合材料典型温度值均低于矩形弯曲巴基纸/形状记忆聚合物复合材料。形状记忆聚合物基体的导热系数越大,巴基纸/形状记忆聚合物复合材料加热达到稳态时最低温度也呈增大趋势,但是最高温度和平均温度则呈降低趋势,因而温度分布更加均匀。巴基纸厚度越小,巴基纸/形状记忆聚合物复合材料达到稳态时温度越高。分析认为:巴基纸的单位体积内热源越小,形状记忆聚合物基体的导热系数越大,巴基纸/形状记忆聚合物纸基复合材料达到稳态时温度越低,温度分布越均匀。

复合生物质燃烧性能的数值模拟及实验

为探究复合生物质的燃烧性能,以圆筒形燃烧室的锅炉为例,利用FLUENT软件建立数学燃烧模型,并选取玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质作为模拟燃烧的燃料。分析4种生物质单独燃烧时燃烧室中心截面的温度分布,结合分析结果将玉米秸秆分别和木屑、稻秆按照不同的质量配比方案进行混合燃烧模拟,并对4种生物质及复合生物质做单烧及混烧实验验证。研究结果表明:4种生物质燃烧时燃烧室中心截面最高温度的排序为玉米秸秆>棉秆>木屑>稻秆,玉米秸秆的最高温度比其他3种生物质高100 K以上;生物质的燃烧性能受一次风速、风温及自身含水率的影响较大;混烧明显好于单烧,实验验证玉米秸秆与木屑、稻秆的最佳质量配比分别为3∶1、7∶3,此时燃烧室中心截面的最高温度混烧比单烧分别提高90 K和92 K,且复合生物质提高了单一生物质的燃烧性能。

高温复合射孔实验釜体热-冲击耦合试验数值模拟

用数值模拟技术分析高温条件下内置式复合射孔器单元在试验釜体上形成的载荷。在石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心室内测试的复合射孔器单元试验釜体基础上加载了190℃高温条件,并进行爆炸冲击的流固耦合数值模拟计算。高温条件会增加结构的内应力,降低釜体结构承载能力。设计制造了能够提供高温条件下复合射孔器单元试验釜体,对某型超高温复合射孔器产品进行了室温条件下、高温条件下(180℃、150h)对比试验,峰值压力降低11.1%,大于等于30 MPa的待续时间下降9.8%,为现场使用的高温复合射孔器的检验和评价奠定了基础。

钢-混凝土叠合梁横截面日照温度分布研究

介绍了桥梁结构横截面上温度分布的若干形式及其对结构受力的影响。基于平面非稳态温度场的基本理论,按求解导热微分方程的第三类边界条件加载,应用ANSYS有限元软件对某实桥的钢-混凝土叠合梁截面在日照作用下的温度分布进行时程仿真计算,进而评价了不同材质在叠合梁截面中的热力学性能。通过对比实测数据和计算结果,验证了计算方法和我国桥梁规范对桥梁横截面温度分布的界定的合理性。

离心渗透铸造产生液固共熔现象的数值计算

在离心渗透铸造工艺中,如果Al2O3颗粒预热温度过低,当渗透前沿达到一定深度时会出现瞬态液固共熔现象.针对离心渗透铸造工艺中金属铝熔液在旋转的Al2O3短纤维预型体内的充型过程,研究伴随有瞬态固化和再熔现象的流场温度分布,分析渗透前沿推移速度和再熔前沿推移速度的影响因素,提出各界面的移动速度计算公式.对这两个移动边界进行数值计算,得出程序收敛的判断标准.数值计算的结果得出了不同工况下,温度分布、压力分布和渗透速度分布图,对离心渗透铸造金属基复合材料的实际工艺起理论参考作用.

CF/PEEK复合材料自阻电热-原位膜混合加热固化方法

碳纤维增强聚醚醚酮树脂基(CF/PEEK)复合材料密度小、韧性强、疲劳强度高,且可循环使用,但PEEK树脂熔融温度高(>340℃)、熔融黏度大(>1000 Pa·s)、熔融-烧蚀工艺温度窗口小,零件固化难度大。提出一种CF/PEEK树脂基复合材料自阻电热-原位膜混合加热固化方法,结合有限元仿真,引入组合原位膜自适应地辅助加热制件。有限元仿真和实验研究结果证明了该方法的有效性:加热过程中相较纯自阻电热加热方法,制件温度均匀性提高了75%,结晶度提高了16.2%,实现了CF/PEEK树脂基复合材料的高效、均匀加热固化。

Cu/Cr复合电极电火花加工电蚀凹坑的数值仿真及实验分析

介绍了一种电火花加工的Cu/Cr复合电极,分析了影响电蚀凹坑的主要因素。以ANSYS温度场分布分析为基础,对复合电极的两部分Cu和Cr在单脉冲条件下的温度场进行了数值模拟,获得放电能量与电蚀凹坑尺寸之间的关系,并同实验进行了比较。结果表明,通过模拟温度场分布,能够较准确地得到电蚀凹坑的尺寸,为模拟连续放电过程提供了理论依据。

碳纤维增强热塑性复合材料/钛合金激光焊接模拟仿真研究

为研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与钛合金激光高速旋转焊接接头形成机理,探索工艺参数对接头质量的影响规律,建立了CFRTP/钛合金激光高速旋转焊接数学模型,利用有限元方法对焊接接头温度分布进行理论计算,分析了激光功率、焊接速度和光斑半径等工艺参数对接头熔宽和熔深的影响规律,并将理论计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,利用有限元模拟仿真能够较好地预测CFRTP/钛合金接头的温度场分布;通过对温度场求解结果的数值分析,可以实现CFRTP/钛合金激光焊接过程中接头熔深、熔宽的预测;理论计算结果与试验结果基本吻合,表明模拟仿真能够为CFRTP/钛合金高质量激光焊接提供理论支持。

热载荷作用下颗粒增强复合材料温升分布数值模拟

对在严酷太空环境中服役的航天器而言,高低温交变是严重影响颗粒增强复合材料性能的关键因素之一.热载荷将造成材料表面和内部温升发生变化,进一步导致材料产生热变形和热应力,严重影响材料的力学性能.颗粒增强复合材料中,增强体具备与基体材料不一样的热传导属性,且分布不规则,使得热量在复合材料中的稳态热传导以及温升分布规律极其复杂.论文基于等效夹杂方法,提出一种求解分布热载荷作用下复合材料温升分布场的数值分析方法,并利用共轭梯度法和快速傅里叶变换法提升数值分析方法效率.分析结果表明,颗粒增强体形状、大小、位置和热传导属性对颗粒增强复合材料内部温升分布有着显著影响.

碳纤维增强热塑性树脂基复合材料周铣过程中刀-工-屑热量分配比例计算与切削温度预测

碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(简称“热塑性复材”)对温度变化敏感。针对碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)热塑性复材周铣加工过程,建立了包括各向异性材料塑性变形与刀-工-屑多面摩擦作用的复合热源模型,求解了以不同纤维方向切削热塑性复材时刀-工-屑的切削热量分配比例,最终构建了热塑性复材周铣温度预测模型,并由此分析了纤维方向、切削速度、进给量等工艺参数的影响。经实验验证,模型平均预测误差低于11.5%。结果表明:大角度切削时,流入工件的热量比例更高,导致铣削温度更高。随切削速度的增大,铣削温度先上升后下降,切削速度临界值在100 m/min附近;而随着进给量增加,铣削温度总体呈下降趋势,当进给量由0.01 mm/r增大到0.1 mm/r时,铣削温度下降40%以上。