金属材料微结构的计算几何仿真

依据物理冶金学理论基础，简化材料微结构形成过程，与概率计算几何方法结合，形成一套称为“逐点投放、越界修正”构造微结构几何形态的计算几何方法，并将仿真结果进行统计分析，用金属材料的基本物理概念予以检验，表明仿真结论可不丢失晶粒形状、晶粒度等主要统计特征，与真实金属材料微结构有良好的一致性。     

二维复合材料微结构的力学响应计算

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的“性能导向型”设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义。利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现二维复合材料微结构的细观应力响应计算。     

三氧化二铁纳米微晶的晶格畸变

对γ相和α相三氧化二铁纳米微晶的系列样品进行了Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）实验研究，从所得晶粒度和微结构参数发现：此纳米微晶的晶粒组元中存在着晶格畸变；随着温度的升高，γ相和α相纳米微的微结构与晶粒度和温度有着较密切的关联．对此畸变，我们给出了初步的物理解释．     

表面微结构参数对轴承钢球展开轮磨损量的影响

为研究轴承钢球展开轮表面微结构主要参数(面积、形状、深度)对干摩擦条件下展开轮磨损量的影响,采用正交试验法对不同参数的微结构表面进行试验,应用仿真软件进行应力分析,得到不同几何参数微结构的微观应力分布状态,结合试验与应力分析的结果对Archard磨损模型进行修正.结果表明:减磨效果最好的是菱形微结构,单坑面积为3.14×10-2 mm2,深度为150μm.发现不同几何参数微结构的高应力区分布位置,推导出包含微结构主要参数变量的磨损量计算模型,可为微结构展开轮的设计及寿命预测提供理论依据.     

基于多晶体模型的18CrNiMo7-6合金钢本构参数确定

近年来考虑材料微结构不均匀性的晶粒几何模型和晶体塑性有限元方法备受关注。为了获得18CrNiMo7-6合金钢的本构参数,基于晶体塑性有限元方法对材料的晶体塑性参数进行了研究,采用晶体率相关硬化模型,基于多晶体有限元方法对晶体的塑性参数进行了敏感性分析,确定了参数变化的范围,并给出了一个代价函数,对有限元仿真结果进行处理,确定了一组最优的塑性参数组合。利用拉伸试验对计算结果进行了校准,结果表明模拟得到的应力-应变曲线和试验曲线吻合得较好,可为后续微结构引起的不均匀应力集中分析提供必要的材料参数,具有重要的实际意义。     

铝锂合金疲劳裂纹的微观实验观察

通过二元铝锂合金的细观拉伸疲劳实验,动态观察了试样表面金相微观结构组织的变化及微裂纹的萌生及扩展直到断裂的全过程,并分析讨论了晶界及微结构对微裂纹萌生及扩展的影响,微裂纹向短裂纹、长裂纹发展的判据。本实验材料是模型材料,晶界结合强度较弱,裂纹沿晶开裂现象较多。经对实验结果及金相裂纹分析,表明金属材料微结构对裂纹扩展有明显的影响。晶界作为一种物质界面存在于晶粒间,具有一定的物理和力学性质,对微裂纹扩展速率及发展行为有较大影响。     

纳米金属材料的强度与晶粒尺寸的关系

传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合H—P关系，然而，对于纳米金属材料，随着晶粒尺寸的减小，强度与晶粒尺寸的关系不符合H—P关系．这与纳米材料晶界（包括三叉晶界、四方晶界或晶隅）所占的体积分数有很大关系．对此，通过几种修正模型对该问题进行了分析．     

预应力混凝土箱梁桥的温度场和应力场

为较严密地计算预应力混凝土箱梁桥实时温度应力场，提出了计算温差应力场的新方法.基于箱梁表面热交换平衡理论，综合考虑环境条件、物理材料特征、几何性质以及桥梁走向对温度应力场的影响，采用热瞬态分析和热 结构耦合求解技术，实现任意时刻箱梁结构温度应力场的仿真.以杭州湾跨海大桥为例，进行了预应力箱梁温度和应力场的数值仿真，并与按公路桥规中的温度模式所计算的结果作了比较.结果表明，该方法能客观模拟实际边界，具有较高的计算精度，能合理解释常见温度裂缝的成因.     

高液限粘土微结构分析与强度机理的研究

从土体的微结构出发,运用分形几何的理论,计算土体微结构状态的分维指标,并把计算所得的分形维数与土体的龄期相联系,得到他们之间的定量数学表示关系,给出一个判断土体强度的新方法,从而推动土力学的发展。     

综合重要度的梯度表示方法

在对重要度理论及梯度计算方法研究的基础上,基于综合重要度的计算方法及物理意义,提出了基于梯度的综合重要度数学描述方法,探讨了综合重要度与梯度之间的关联关系,定理证明了综合重要度的几何意义,得出综合重要度值可以由梯度和向量的内积确定。通过典型串联和并联系统的数值仿真验证了综合重要度在多维空间中的几何意义,从梯度角度描述了其物理意义,为综合重要度在材料等领域的应用奠定了基础。     

分散相,先驱体对合成AT材料的影响

用分散相、先驱体有效地改善了钛酸铝合成材料的一微结构，控制了钛酸铝在冷却过程中所形成的微裂纹和钛酸铝晶粒的异常生长，提高了钛酸铝材料的烧结能力及力学性能。     

准D5晶粒各向异性集合的弹性本构研究

多晶体金属材料由微小晶粒集合而成,晶粒的物理性质和金属的微结构决定了该多晶体材料的宏观力学性质．常见金属多晶体材料的晶粒有面心立方、体心立方和密排六方结构．基于Voigt模型,Morris和Sayers给出了立方晶粒正交集合的弹性本构关系,Huang则给出了立方晶粒各向异性集合的弹性本构关系．假设一材料是由大量的准D5晶粒集合而成(称为准多D5晶体),利用准D5晶粒的对称性研究D5晶粒弹性本构关系,然后基于Voigt模型和Reuss模型分别推导出准D5晶粒各向异性集合的有效弹性刚度张量和有效弹性柔度张量．在本文中,品粒取向分布函数(ODF)w(R)用来描述多晶体中的晶粒取向为R的可能性密度,给出了弹性本构与织构系数之间的关系表达式．     

纳米金属材料的强度与晶粒尺寸的关系

传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合H-P关系,然而,对于纳米金属材料,随着晶粒尺寸的减小,强度与晶粒尺寸的关系不符合H-P关系.这与纳米材料晶界(包括三叉晶界、四方晶界或晶隅)所占的体积分数有很大关系.对此,通过几种修正模型对该问题进行了分析.     

材料微结构界面层损伤演化的数值分析

用计算微观力学方法,对多晶体微结构界面及损伤本构关系进行了细致构造,并拓宽了Ｇｕｒｓｏｎ体胞模型,使之计及弹塑性耦合效应;应用多域边界元数值计算方法,对微结构的界面力学行为进行了数值仿真;讨论了界面层在形变过程中空洞损伤及损伤率的变化规律,获得了与理论分析相一致的结论,见证了本文分析的合理性及可行性     

回声信号时域分析

在高频条件下，亮点模型是对回声信号的良好近似描述，以此为物理基础，在时域上对仿真和实测的目标回声信号进行了相关分析，计算了回声信号的能（量）宽（度）比和幅度分布函数。结果表明，几何形态不同的目标的回声信号在上述三方面有着明显的差别，因此可用作判别目标几何形状复杂程度的一种判据。     

PEM燃料电池多孔介质扩散层分形维数的测定

为了研究质子交换膜燃料电池扩散层多孔材料微结构对仿真结果的影响,首先必须找出一种有效的方法来描述其微结构.尝试应用分形理论表征多孔材料的微结构,介绍了曲线和孔隙面积分形维数的定义,并采用盒维法对2个分形维数进行计算.计算结果表明,扩散层试样的曲线分形维数为1.144 7,面积分形维数为1.927 6.     

水轮机过渡过程计算中CSSTF程序应用与调压阀选择

水轮机过渡过程计算的各种方法里，连续系统仿真方法具有物理概念清晰，仿真对象易于描述，计算过程可操作性强等特点。本文结合一实例讨论连续系统仿真方法进行水轮机过渡过程计算时值得注意的若干问题，主要有压力水道数学模型的建立、积分步长的确定、计算初值的校正等。并将实例调保计算调压阀选择的几点体会一并讨论     

基于 ANSYS Workbench 的结构应力分析的子模型法

提出了在ANSYS Workbench 中使用子模型的一种新方法。首先创建一个包含远端区，过渡区和子模型区的几何模型；然后对此几何模型进行分析得到粗糙模型的结果，并把过渡区的节点位移导出；整理导出结果形成ANSYS APDL 命令；最后基于过渡区和子模型区得到子模型，在子模型中加载命令流从而形成新的边界条件，通过对子模型区的反复细化从而得到问题的收敛解。使用ANSYS中的一个算例进行考察，并与经典方法进行比较，结果表明：该方法具有很高的精度，计算结果正确，且操作简易，适合在复杂零件仿真中使用。     

计算机模拟晶粒的正常生长过程

通过Delphi软件的图象操作语言对各晶粒进行着色,以蒙特卡罗(Monte Carlo)模型为依据,直观地表现出晶粒生长各阶段的情况.计算结果表明,其生长情况与生长动力学相符合;生长过程中的几何拓扑变化明显.     

Internet环境下基于VRML的机构运动仿真系统

采用VRML描述虚拟环境中物体的几何特性，采用Java实现物体的物理特性，利用VRML的Script和EAI将它们有机地集成在一起，实现了Internet环境下机械传动机构的描述和运动仿真，并成功应用于凸轮运动机构的仿真。为设计结果的异地评估提供一种有效的方法和途径。