On the Definition of State Variables for an Internal State Variable Constitutive Model Describing Metal Deformation

The quest for an internal state variable constitutive model describing metal deformation is reviewed. First, analogy is drawn between a deformation model and the Ideal Gas Law. The use of strain as a variable in deformation models is discussed, and whether strain serves as an internal state variable is considered. A simple experiment that demonstrated path dependence in copper is described. The importance of defining appropriate internal state variables for a constitutive law relates to the ability to accurately model temperature and strain-rate dependencies in deformation simulations.

新型电力系统电磁暂态加速仿真技术

为解决新型电力系统电磁暂态仿真时由于系统拓扑结构复杂、电力电子开关器件较多以及仿真机单核计算能力不足导致的仿真效率低下、仿真难度大等问题,文中采用理想变压器模型分割算法将大规模新型电力系统模型分割成若干子系统,实现了大系统的解耦和降阶,有效减少了仿真时整个系统作为一个状态空间系统矩阵的运算量。为进一步减轻单个处理器的计算负担,利用CPU(Central Processing Unit)多核并行技术设计一款在裸机环境下高效并行运算的加速仿真平台UREP300。将分割后的模型载入UREP300进行加速仿真实验,同时与基于MATLAB/Simulink的原模型离线仿真进行对比。实验结果表明,融合理想变压器模型分割与多核并行运行的加速仿真技术能够在保障仿真精度的同时将仿真速度提升至原来的586倍,可显著提高仿真效率,适用于大规模新型电力系统的仿真工作。

有限元逆算法与板料成形工艺的评价

依据理想形变理论 ,研究开发了冲压成形过程模拟的有限元逆算法 ,根据变形体的整体塑性功取相对极值的条件 ,导出了逆算法有限元方程。提出了求逆算法初始解以及求解与给定形状的毛坯相对应的冲压件形状的迭代计算方法。采用有限元逆算法预测了与冲压件形状相对应的冲压件毛坯的展开形状 ,根据给定的板坯形状计算了冲压件最终构形及应变分布。分析计算实例表明 ,逆算法可用于对板料成形工艺方案进行快速评价 。

用有限元逆算法计算板料成形毛坯形状和应变分布

针对传统的毛坯展开方法所存在的问题 ,本文采用形变理论并利用理想形变的假设 ,导出用于板料成形设计的逆算法。理想形变假设认为变形是在整体塑性功取得相对极值的条件下得到的 ,文中给出了理想形变的数学公式和有限元表达。将此数值方法的结果与实验数据对照 。

纯金属电阻率的简化模型

提出了纯金属电阻率的两个简化模型：一个统计模型，一个电子一声子耦合模型。由统计模型可得出：纯金属电阻率与声子浓度及声子平均动量的平方成正比。由电子－声子耦合模型得出：电子的散射几率不仅正比于声子数，而且正比于电子－声子的耦合强度。由这两个模型皆能得出纯金属电阻率在高温时与温度Ｔ成正比，低温时与Ｔ５成正比的结果。由电阻率—温度曲线的比较表明，两模型相当吻合。

理想形变与板料成形设计

针对增量有限元求解用时过多的问题 ,采用形变理论并利用理想形变的假设 ,导出用于板料成形设计的一步法 .理想形变假设认为变形是在整体塑性功取得相对极值的条件下得到的 ,给出了理想形变的数学公式和有限元表达 .将此数值方法的结果与实验数据对照 。

理想点法在太原盆地土壤重金属污染等级评价中的应用

根据重金属元素污染等级评价标准，利用理想点法对太原盆地土壤重金属进行了污染等级评价。评价采用2种方式，一种是将分级标准中的参考值列入评价标准，作为污染等级最大的一级标准处理；另一种是不考虑参考值，仅考虑分级标准中1—5级的评价标准值。用方式1进行评价得到的结果使太原盆地整体污染情况均有削弱，而方式2能较好地区分开各区污染程度高低，更能够具体地反映污染的实际情况，不容易造成污染信息的损失。评价结果表明，污染程度较低的点集中在边远山区，污染程度较高的点集中布在汾河流域。从城市分布方面来看，太原市、榆次市、汾阳一孝义一带污染较为严重，太谷、祁县次之，清徐、交城、文水、平遥的土壤环境相对清洁。

非圆金属O形环装配预紧过程仿真模拟

反应堆压力容器密封用超大直径金属O形环在加工完成后会无可避免地产生变形,理想圆度难以保证,导致其在装配预紧过程中产生复杂的变形结果。为研究椭圆金属O形环装配预紧过程的变形特征,在以同周长方式构建椭圆环模型进行仿真模拟的基础上,根据椭圆金属O形环与法兰内外壁面的接触关系,研究其压缩过程中关键截面的变形位移和关键截面特征点的运动轨迹变化,较为全面地分析了椭圆金属O形环的整体变形情况。仿真结果表明:椭圆金属O形环在压缩过程中长轴处沿径向向内移动,短轴处沿径向向外移动,整体变形结果趋于圆形;并且长轴和短轴截面发生方向相反的扭转,使椭圆金属O形环产生扭转变形。

金属柱壳约束对非理想炸药驱动效率的影响

通过分析金属柱壳在内部炸药滑移爆轰作用下的动力学响应,建立了爆轰产物压力与壳体径向膨胀位移、材料动态屈服强度之间的关系式。基于Taylor假定确定了壳体完全破裂时爆轰产物压力的阈值。以两种具有相近格尼系数的RDX基含铝炸药为例,对该模型的适用性进行了验证。结果表明,相同壳体下,与无硝酸酯的RDX基含铝炸药相比,含硝酸酯的RDX基含铝炸药的驱动能量利用率具有明显优势。当壳体材料动态屈服强度从0.2GPa增至0.8GPa时,其有效作功能的相对增量约从7.5%迅速增大至15.2%,符合战斗部实际应用中的趋势,表明该分析模型可用于非理想炸药驱动作功性能的综合评价。

基于理想点法的金属矿山扩建方案选择

金属矿山扩建方案选择的好坏将直接影响到矿山今后生产的经济效益,因此,扩建方案的选择与优化对矿山企业来说具有重要而深远的意义。在分析金属矿山扩建方案选择基本原则的基础上,结合待研究样本矿山的生产现状,构建了一套设计方案评判指标体系,运用理想点法选出了样本矿山5000t/d生产规模下的最佳扩建方案,并对该扩建方案进行了优化,对其财务指标进行了计算分析,可为矿山扩建决策人员提供参考。

基于表观黏度模型的AZ31流变铸轧数值模拟

以AZ31半固态合金为研究对象,应用流体模拟软件Fluent对其铸轧过程进行研究。通过使用简单等温稳态黏度模型、Carreau黏度模型、简单连续冷却黏度模型、黏度不变模型,得到了相应的铸轧温度分布、流场分布以及黏度分布,并进行了比较和分析。结果表明:在特定工况下,为保证出口处的合金刚好凝固而不会造成铸轧不成形或铸轧中断的最佳浇铸温度为880 K,此时Carreau黏度模型最适合AZ31半固态合金的铸轧过程。

钯氢化物同位素分离因子的理论计算与实验测定

根据理想溶液模型计算了PdHxDy 的解吸等温线和氕氘分离因子 (α) ,实验研究了α与氢钯比 (r)、温度 (T)和固相氕 (H)的原子摩尔分数 (xH)的关系 ,并将理论计算与实验结果及文献数据进行了比较分析。结果表明 ,Pd (H +D)体系的离解压随xH 增加呈现出类似双曲线的单调非线性减小 ;在坪台区时 ,离解压与总的氢钯比 (r)无关 ;当r≥ 0 .6时 ,离解压随xH 增加而减小的趋势更为明显。PdHxDy 的分离因子的计算值随xH 增加而减小的趋势不及实验结果明显 ,当xH 越大 ,α减小越明显 ;xH 相同时 ,坪台区的α与r无关 ,但 β相 (r≥ 0 .6)的α随r的增加而增加。分离因子随着温度升高以指数函数下降。当xH→ 0和xH→ 1时 ,α的计算值分别为 2 .6和 2 .1。

正交异性板料拉深件快速展开与成形模拟

针对板件初始毛坯形状计算以及正交异性板的快速有限元分析问题,依据拉深件的UG模型,导出了零件的三角网格数据,并采用几何映射方法得到了用于快速有限元分析的拉深件初始展开毛坯.在此基础上,基于理想变形假设以及Hill’48正交异性屈服准则,给出了用于拉深件成形过程快速分析的一步法数学公式和有限元表达,并在Unigraphics系统中进行了有限元分析的后置处理.此外,对TC1钛板筒型拉深件毛坯初始形状进行了优化,并对成形中拉深件厚向应变分布进行了分析,得到了满意结果.

环境材料学对金属热处理发展的影响

从环境材料学的新概念 ,论述了环境材料学对钢铁材料品种结构调整、金属热处理工艺和热处理设备发展的影响 ,介绍了材料科学与先进制造技术的综合创新———理想材料概念。

薄壁金属管塑性变形缓冲器吸能特性的试验研究

通过试验方法研究了薄壁铝管塑性变形缓冲器在准静态作用下的吸能特性。为了对各种缓冲器的缓冲性能进行综合评价,给出了三类缓冲器缓冲性能的评价方法。分析了薄壁金属管塑性变形缓冲器在工作过程中的变形机理,在此基础上,提出了通过对缓冲器胀环的不定径部分进行预处理,可以大大的提高缓冲器的理想吸能效率,减小缓冲力在工作过程中的波动。最后,对12种经过预处理后的薄壁铝管塑性变形缓冲器进行了试验,结果表明,通过该方法可以大大提高缓冲器的理想吸能效率,验证了该方法的正确性与可行性。

金属约束下定常非理想爆轰的理论研究

为了对金属约束条件下的定常非理想爆轰进行理论研究,对未反应炸药和爆轰产物采用JWL形式状态方程,对金属采用p(ρ,T)形式状态方程。采用过爆轰前导冲击波的流线偏转角在影响域内沿高度线性变化的假设,并且由未反应炸药和金属的冲击波极曲线的交点确定爆轰冲击边缘角,则可从未反应炸药斜冲击波极曲线关系式求出爆轰前导冲击波阵面的形状。采用爆轰前导冲击波阵面之后的流线是直线的假设,则爆轰流动控制方程由偏微分方程变为沿流线的常微分方程,沿着所有流线求解便给出爆轰化学反应区内声速线与化学反应结束线的位置。理论分析同时给出约束金属折射冲击波后面的流体的流动状态。理论结果给出的爆轰化学反应区结构特征和约束金属内的流动状态特征与高精度数值模拟的结果符合良好,说明本文中给出的理论方法具有良好的合理性和适用性。

考虑气–固两相储氢特性的电–氢充能站安全运行策略

电-氢充能站作为集充能、消纳新能源为一体的新型供能形式,在实现能源清洁化方面具有广阔前景。然而,安全问题阻碍了电-氢充能站的进一步商业化。为此,该文提出气-固两相储氢系统的电-氢充能站安全运行策略,通过转变氢气存储形态降低氢能利用风险。首先,考虑氢原子之间相互作用力,提出基于压缩因子的非理想气体压强公式,以准确刻画储氢罐内的非线性压强增长。其次,引入TNT当量法与半致死范围对储氢罐的安全风险进行量化,构建安全约束条件与量化调控指标,为优化模型提供安全边界与决策方向。最后,对原始金属储氢模型进行假设近似,构建电网视角下的氢气形态转换模型。结果表明,金属储氢占总储氢容量的20%~30%时,电-氢充能站的安全运行效果最佳。

《先进材料合成与制备》课程的教改与实践——基于“DFA”一体化理念的教改探索

"DFA"一体化理念是指将材料设计(Design)、材料制造(Fabrication)以及材料应用(Application)(简称DAF)三者统一的人才培养理念.基于此,我们对《先进材料合成与制备》这门专业选修课的教学内容和教学方式进行了改革和实践,结果表明,"DFA"一体化理念遵循了材料科学的内在联系与规律,具有良好的实践效果,值得推广.

超稳定玻璃

非晶态物质处于热力学非平衡状态,稳定性是非晶态材料应用的重要瓶颈,也是理论研究的关键问题.最近人们开发出相当于普通金属玻璃退火上百万年的"超稳定玻璃",为研究非晶态材料的稳定性和非晶态物质的本质提供了新契机.本文简要介绍超稳定玻璃的特点、形成机理以及其对非晶态物理学基本问题提供的新见解和新思路.

基于理想形变理论的有限元逆算法在板料成形中的应用

基于理想形变理论,研究了金属板料成形的有限元逆算法,并开发了计算程序。采用线性三角形膜单元和厚向异性的刚塑性材料模型,计算了一个带凸缘的方盒形件,并与Dynaform的一步逆向法和增量法的计算结果进行了比较。实例分析结果表明,在工程允许精度范围内,本文方法能够有效分析零件的成形性能。由于该方法计算速度快,所以可用于零件的早期设计。