A 2-D VERTICAL MATHEMATICAL MODEL FOR THE MORPHOLOGICAL PROCESSES OF A TRENCH

A two-dimensional vertical mathematical model has been developed tostudy the flow structure over a trench and the bed level changes in case of suspended sediments and bed load sediment. The morphological process is induced by the incoming current or current-wave combination. The continuity equation and momentum equations forthe sediment now are given, in which the k-ε turbulence model is used. Comparison withmeasurements shows that the agreement for the morphological processes of a trench is fairand the numerical simulation is satis factory.

半固态连续成形Al-Fe合金的工艺参数优化及组织性能分析

针对Al-Fe合金半固态连续成形工艺中挤压轮转速、挤压温度、Fe元素质量分数等参数进行优化。结果表明:当挤压轮转速为10 r·min-1、挤压温度为690℃、合金中Fe元素质量分数为1.00%时,可获得较好的Al-Fe合金线材质量。采用扫描电镜(SEM)、扫描电镜能谱分析(EDS)及透射电镜(TEM)对半固态连续成形最优工艺条件下制备的Al-Fe合金进行微观组织分析,确定了第二相成分,并分析了半固态连续成形工艺对含铁相的细化作用。经拉伸力学性能测试,Al-Fe合金线材屈服强度为85 MPa、抗拉强度为142 MPa、延伸率为35%;SEM测试表明拉伸断口形貌为韧性断裂。

铝电解气泡运动特性与形貌演变规律的研究进展

铝电解气泡运动是伴随电解槽内离子输运与传热传质传动的复杂非平衡态过程。对多物理场作用下的多尺度气泡运动行为的揭示是控制电解槽稳定运行、降低电能消耗以及提高电流效率的关键。本文综述了铝电解气泡运动行为的实验和数值计算方法的研究进展,尤其对多尺度气泡形核、生长、聚并以及释放行为的研究进行了详细的阐述。对当前的工业测量实验、水模型实验、水溶液电解实验以及高温电解实验的优缺点进行了对比与总结。对数值实验的界面捕捉方法、欧拉-欧拉方法、欧拉-拉格朗日方法以及格子玻尔兹曼方法对描述不同尺度气泡的适用性进行了对比与评估,提出未来的研究方向要结合微观电化学反应、界面传质并利用工业人工智能等方法优化铝电解过程气泡运动。

硬脆钢50SiMnVB激光预控裂纹工艺试验研究

为改善传统裂解槽加工效率低、后续加工困难等问题,采用高功率CO2激光器对硬脆钢50SiMnVB进行激光预控裂纹工艺试验。采用金相显微镜、扫描电镜以及显微硬度测试仪等设备,对激光深熔区的微观组织形貌、裂纹断口形貌以及显微硬度分布进行了测试分析。利用数值模拟软件SYSWELD对50SiMnVB钢激光深熔处理过程的温度场和应力场分布进行模拟分析。结果表明:由于深熔过程受温度梯度和应力梯度的影响,深熔区产生淬硬脆化裂纹;其开裂机理为深熔区底部出现气孔和微裂纹,裂纹再沿中心向上扩展形成宏观裂纹;经工艺试验与模拟仿真对比后得出最优工艺参数范围,即激光功率为3. 0 kW,扫描速度范围为1. 0～4. 5 m/min,所对应的预制裂纹深度范围约为3～7 mm.

随机形貌岩石节理剪切破坏分析

基于三维高精度形貌扫描技术和节理剪切试验及数值模拟,研究随机形貌岩石节理剪切的节理表面破坏过程及机理。利用自定义参数(节理面破坏量Vd、破坏增量Vd-inc)定量分析节理面破坏过程,并基于节理表面破坏特征将随机形貌岩石节理剪切破坏过程细化为6个基本阶段。研究结果表明:节理表面破坏开始于破坏起始阶段,主要发生在整体破坏阶段,节理面整体破坏阶段的破坏量占整个剪切过程总破坏量的70%以上。节理表面破坏主要为剪胀伴随凸起体顶部剪断和沿凸起体根部剪断,前者比后者更迅速。节理面凸起体根部易产生拉伸裂纹,但整体破坏形式以剪切破坏为主。

土体劈裂注浆过程的数值模拟及浆脉形态影响因素分析

针对现有数值方法对土体劈裂注浆中裂缝产生和扩展过程模拟困难的现状,采用自主研发的基于有限元与流体体积函数的数值方法对劈裂注浆过程进行了模拟研究,再现了土体劈裂注浆过程中裂缝的产生以及浆脉扩展过程。数值模拟获得的劈裂注浆浆脉扩展过程与已有理论分析及试验所得规律基本一致,表明采用该方法模拟土体劈裂注浆问题是可行的。在此基础上分析了注浆深度和土体模量两个因素对浆脉形态的影响规律。结果表明:数值模拟可以呈现劈裂注浆过程的几个阶段,包含"浆泡"挤密、初始竖向劈裂、斜向二次劈裂等阶段;在二次劈裂发生之前的挤密阶段和竖向浆脉扩展阶段,地层竖向位移增加较小,而二次劈裂之后的斜向浆脉的产生和扩展是地层竖向位移增加的主要阶段;随着注浆深度的增加浆脉的分支越来越少而且方向性更加明显,浆脉宽度也越来越小;随着土体模量的增大,注浆孔周边"浆泡"体积减小,浆脉的宽度逐渐变窄。工程实例的模拟表明,该数值模型能很好的反映工程现象,对工程实践具有一定的指导意义。

铝合金板电磁冲孔变形过程分析

电磁冲孔是将电磁成形技术应用于材料冲孔工艺的一种高能高速加工方法。采用松散耦合法对铝合金板电磁冲孔过程进行数值模拟,分析板坯的动态变形过程,并进行不同电压铝合金板电磁冲孔试验,验证了模拟方法的可靠性。研究结果表明,电磁冲孔过程中板料以自由胀形的方式产生塑性变形;在变形过程中板料受到拉应力与剪切力的共同作用,以拉应力为主;断口主要表现为被撕裂的拉长韧窝,其断裂方式属于韧性断裂。

激光作用时间变化下毛化织构表面成形机理与演变规律

激光毛化织构广泛应用于摩擦副表面以提高其接触强度和改变摩擦性能,然而现有研究存在激光成形机理复杂、形貌可控性差等问题。通过对所建立的二维模型进行研究,考虑反冲压力、热毛细力、表面张力对激光熔池流动的影响,分析毛化过程形貌演变规律和激光作用机理。结果表明,当激光加热时间充足时,凹坑织构中心出现凸起,且随着脉宽的增加而增大。中心凸起的形成归因于热毛细力,且受表面张力的影响无法形成过高的凸起。此外,熔池加热阶段形貌主要受反冲压力影响,熔池冷却初期阶段形貌主要受表面张力的主导作用,冷却后期阶段形貌主要受热毛细力的主导作用。在考虑反冲压力、热毛细力、表面张力对激光熔池流动等影响的基础上,建立了激光毛化织构二维数值模拟模型,为未来工程应用提供了理论依据。

阶梯形丁坝局部冲刷特性数值模拟

阶梯形丁坝局部冲刷特性研究对河道整治工程方案设计具有重要意义。应用平面二维水流泥沙数学模型,研究来流条件及丁坝尺度对阶梯形丁坝局部冲刷的影响。结果表明:在清水恒定流作用下,冲刷达到平衡所需历时主要受来流条件影响,而受丁坝几何尺度的影响相对较小;随着弗劳德数Fr的增大,冲刷坑面积A、最大冲深hs总体均呈线性增加,Fr≤0.565时平均冲深h随Fr增长较慢,Fr> 0.565时h随Fr增长相对较快;一级丁坝高度、二级丁坝长度对局部冲坑形态及冲深发展的影响具有一定的等效性;hs与h均随一级丁坝相对高度ψ的增加而增大,当ψ> 0.7时其增幅趋于平缓。

数值模拟在工程训练焊接实训教学中的应用

探讨了应用型本科高校非焊接专业工程训练焊接实训教学中存在的问题,介绍了数值模拟仿真软件的应用。通过数值模拟能仿真焊接过程,呈现不同工艺参数的熔池形貌。结果表明,应用数值模拟技术可减少安全事故,节约实训材料和成本,提高焊接实训教学的效果。

堰塞体溃决流量与溃口形态演化数值模拟

堰塞体是山区常见的地质灾害,一旦发生溃决,将对下游人民的生命财产安全构成严重威胁.在应急响应时需要对堰塞体溃口流量过程和溃口形态演化进行快速准确的预测,但目前的溃坝数学模型大多未充分考虑堰塞体的地貌学特征,无法合理反映复杂地形下堰塞体的溃决过程.采用雷诺平均Navier-Stokes方程和湍流重正化群k-ε模型相结合的数值方法,对复杂地形下的溃决水流进行模拟,并利用可考虑推移质和悬移质输移的冲蚀公式模拟溃口冲蚀过程,选择拥有详细勘测资料和水文数据的“11•03”白格堰塞体溃决案例进行反演分析.对比计算和实测的溃口流量过程线、溃决过程水动力学特征及最终溃口断面形态发现,模拟结果可较好地反映堰塞体的实际溃决过程,验证了模型的合理性.

激光粉末床熔融TC4钛合金熔道形貌及气孔形成机理研究

研究激光粉末床熔融工艺参数与熔道形貌、气孔缺陷的关联是优化工艺参数、提升成形效率的基础。使用不同激光功率成形TC4钛合金单条熔道,并建立基于流体体积法的气-液两相流三维细观熔池模型,对激光粉末床熔融增材制造过程中熔池内的传热、熔化、气-液两相流动等物理行为进行仿真分析。实验研究结果表明,随着激光功率由100 W增加至400 W,熔道深度大幅度增加,而熔道宽度只在较小功率(100~150 W)下随激光功率的增加而明显增大,此后(150~400 W)不再随功率变化而明显变化。同时,在大激光功率下(400 W)下,部分熔道底部可以发现不规则的气孔缺陷。熔池形貌的预测结果与实验结果的对比验证了仿真模型的有效性。仿真结果表明,随着激光功率增加,熔池底部在反冲力作用下形成匙孔,激光直接照射在熔池底部并使能量向下传递,表现为熔道深度明显增加,熔道宽度变化不明显。在高激光功率下,较深匙孔的底部呈“J”字形,其尾部不能直接受到激光作用,能量不足,易坍塌形成气泡,随后气泡滞留凝固形成气孔缺陷。