金字塔点阵夹芯结构的精细优化设计

在本文中,为了提高金字塔点阵夹芯结构的整体等效剪切强度,提出了基于芯子和面芯界面性能协调的精细优化设计思想,并对面外剪切载荷作用下的金字塔点阵夹芯结构进行了优化设计.理论分析结果表明:基于精细优化设计思想的金字塔点阵夹芯结构中,由于综合考虑了芯子强度与面芯界面强度之间的性能协调,尽管会一定程度上降低了金字塔芯子的等效剪切刚度和等效剪切强度,但由于提高了面芯界面等效剪切强度,最终提高了夹芯结构的整体等效强度.     

边界和杆件倾角对沙漏点阵结构振动特性的影响

为设计兼具优异承载与减振功能的先进轻质多功能结构材料,本文通过试验结合数值的方法研究和对比了新型金属沙漏型点阵结构和传统金字塔型点阵结构的固有振动和谐响应特性。基于模态有限元法和模态叠加法,研究了不同边界条件和芯子杆件倾斜角度的沙漏和金字塔型点阵结构固有振动和谐响应特性,阐述了不同边界条件和杆件倾斜角度对结构加速度频响曲线和幅值的影响规律。结果表明:芯子相对密度相同时,沙漏型点阵结构具有较高的固有频率,且对边界条件和杆件倾斜角度变化更敏感。通过优化设计杆件倾斜角度可实现结构加速度频响幅值的调控,为下一步工程应用提供理论依据和技术储备。     

高温老化对CFRP/铝合金粘接接头失效的影响

为了揭示碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝合金粘接接头在高温环境中的老化失效规律,加工了处于剪应力、拉应力和拉剪组合应力状态的粘接接头,在高温(80℃)环境中分别进行了10、20、30、40、50天的老化测试,分析了失效强度、失效模式的变化规律,建立了失效准则响应面。结果表明:随着拉应力比例的增加,失效强度下降更明显,下降趋势由二次多项式向线性转变,失效模式由内聚失效转变为内聚、纤维撕裂和界面失效的混合失效模式,这主要是由CFRP老化引起的;失效准则响应面平均误差为3.0%,能够对不同应力状态下的接头进行失效预测。因此,在粘接结构中降低拉应力比例能够提高承载能力,同时在失效预测时需要考虑不同应力状态的影响。     

基于序列二次规划算法的点阵夹芯结构优化设计

为了研究夹芯单胞变化对结构承载能力的影响,建立了点阵夹芯结构的优化设计模型,以结构刚度最大为目标函数,考虑体积约束及单胞尺寸约束对夹芯单胞尺寸分布进行优化设计,并以四面体单胞夹芯结构的优化设计为例进行详细方法说明。采用序列二次规划法求解优化模型,完成了以结构刚度最大为目标的井字梁夹芯结构的优化设计,验证了模型、方法及优化效果。     

空位掺杂La(1-χ)2/3Ca1/3MnO3的结构及磁电阻效应

利用标准的固相反应法在1 200 ℃烧结了La(1-χ)2/3Ca1/3MnO3(χ=0,0.02,0.04,0.08,0.10)样品,冷却后,取出部分在1 350 ℃进行再烧结.利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其晶体结构及表面微观结构进行了研究.X射线衍射测量分析表明样品均为单相,单胞仍然具有正交对称性结构(空间群为Pnma),随着掺杂浓度的增加,晶格常数和晶胞体积逐渐减小.通过扫描电镜研究表明,样品随着掺杂浓度增加,晶粒逐渐增大,均匀性变好;样品在1 350 ℃再烧结条件下,平均粒度要大,空隙度变小.样品随着掺杂浓度的增加,电阻在逐渐增大,磁电阻在逐渐减小.     

层合板螺栓连接结构性能影响因素与测试夹具

为提高复合材料层合板螺栓连接结构的可靠性和承载能力,基于ABAQUS软件及其提供的用户子程序,建立了结合改进的通用单胞模型(即GMC模型)的宏-细观多尺度数值分析方法。从细观组分材料分析层合板螺栓连接结构力学性能的影响因素。结果表明:准各向同性层合板螺栓连接结构的失效模式为挤压失效且该结构的挤压强度较高;此外,相同边径比E/D的连接结构,其挤压强度随宽径比W/D的增大而增大;当螺栓预紧力为4.2 N·m时,结构的承载能力趋于稳定值;适当的干涉配合能提高结构的承载能力;测试夹具的厚度应不小于3 mm,夹具内侧凸台的直径应为层合板开孔直径的2倍。     

多级金字塔夹芯结构的抗冲击及吸能性

讨论了有着相同重量的一阶和二阶金字塔点阵结构在冲击载荷作用下的抗冲击和吸能性.用有限元分析软件ABAQUS建立了一阶金字塔芯体夹芯结构和二阶金字塔芯体夹芯结构在冲击载荷作用下的三维有限元模型,分析了在冲击载荷下有着相同相对密度和相同体重的两种芯体结构的位移与加载时间的关系,比较了两种芯体结构随着无量纲冲量和相对密度增加时的抗冲击能力,并分析了夹芯结构的吸能机理及两种芯体结构的吸能能力.结果表明,两种芯体结构中储存内能的80%以上均来源于塑性能释放.随着无量纲冲量的增加,两种芯体结构的吸能率在增加,二阶金字塔芯体结构在无量纲位移趋于平缓后其吸能率和抗冲击性能与一阶金字塔芯体结构相接近.     

3D打印Ti6Al4V多孔材料压缩性能

根据人体自然骨的受力情况,运用拓扑优化与激光选区熔化技术相结合的方法设计制造一系列多孔材料,采用实验和模拟的方法对其中孔隙率为50％,胞元尺寸分别为3、4、6 mm的钛合金多孔材料的压缩性能进行研究.建立准静态压缩模型,引入Johnson-Cook损伤模型,获得压缩过程中材料局部失效特征.研究结果显示,多孔材料的变形失效行为由线弹性、平台以及失效3个阶段组成,模拟和压缩实验获得的多孔材料抗压强度相近.在多孔材料变形失效模拟过程中,胞元连接处以及中央粗柱产生塑性铰,并表现出独特的分阶段塑性变形以及断裂特征,因此多孔材料在平台阶段保持较高承载能力,最终多孔材料因斜向断裂带的产生而完全失效.     

多级节流智能控制装置的研制

针对现有井控单级节流系统已不能满足塔里木油田高压高产气井勘探开发的要求,提出多级节流的方法.由于液动节流阀和液动平板阀数量的增加,多级节流压井控制过程更加复杂,目前用于控制单级节流压井的手动控制装置就不能适合于对多级节流的控制,需要研制一种新型的多级节流智能控制装置.它不仅能通过手动操作来实施多级节流控制,也可以联结工控计算机实现智能化程序操作控制和系统工况监测.阐述了一种实现多级节流的程序控制与手动控制结合的液压操作控制装置的结构原理、特点和试验结果.     

空位掺杂(La(0.7-x)Y0.3)2/3Ca1/3MnO3的结构及其微观机制研究

利用标准的固相反应法在1 200℃烧结了(La(0.7-x)Y0.3)2/3Ca1/3MnO3(x=0,0.02,0.04,0.08,0.10)样品,冷却后,取出部分在1 350℃进行再烧结.利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其晶体结构及表面微观结构进行了研究.X射线衍射测量分析表明样品均为单相,单胞仍然具有正交对称性结构(空间群为Pnm a).通过扫描电镜研究表明,当化合物x=0.04时,(La(0.7-x)Y0.3)2/3Ca1/3MnO3的表面形貌表现为致密度最好.样品在1 350℃再烧结条件下,当x≤0.04时,可以大大降低样品的晶粒大小和孔隙;但当x>0.04时,再烧结对样品的晶体结构和表面微观结构影响不大.     

粉体预热器热效率的理论研究

由粉体颗粒(dp<150μ)与高温气流在换热管中的热交换是瞬间完成的基本事实出发,本文从理论上推出了单级和多级粉体预热器热效率及其它们最大值的解析式。指出粉体预热器的热效率与气固起始温度、固气比、各级预热单元的分离效率及气固相的物性参数等有关。应用上述解析式可得最佳设计和最优操作参数。理论研究表明:在尽可能的情况下,提高各级预热单元的分离效率、加大固气比,增加预热单元的级数是提高系统热效率的三大重要途径。     

碳纳米管纳米流体对液冷式CPU换热性能的改善

针对液冷式CPU（central?processing?unit）散热器散热效果差的问题,设计了液冷式CPU散热器的换热性能实验系统. 该实验系统使用基液丙二醇-水,Al2O3纳米流体和多壁碳纳米管（MWCNTs）纳米流体进行换热实验,采用单变量法对实验条件进行控制. 当加热功率为18.26 W时,基液丙二醇-水的热阻值为0.859 ℃/W,质量分数0.135%的Al2O3纳米流体的热阻值为 0.751 ℃/W,质量分数0.135%的多壁碳纳米管纳米流体的热阻值为0.739 ℃/W,质量分数0.32%的MWCNTs纳米流体的热阻值为0.457 ℃/W. 结果表明:在基液中添加纳米粒子能提高基液的换热能力,MWCNTs纳米流体的换热效果随着质量分数的增加而增强.     

考虑进口温度畸变的涡轮级非定常流动数值仿真

为更好地预测涡轮级非定常流动特征,以准确分析进口温度畸变对下游叶排产生的影响。本文基于有限差分法开发了多级涡轮非定常流动数值求解器,通过试验数据验证其准确性和可行性,利用该求解器针对进口温度畸变进行了单级涡轮非定常流动数值仿真。以某单级高压涡轮作为研究对象,改变进口总温分布条件,设计了在进口总温均匀分布、总温沿径向不均匀分布和涡轮进口存在热斑3种方案下,进口温度畸变对马赫数、叶片热负荷等因素产生的影响,以及高温气流迁移路径的变化规律。结果显示,进口温度畸变对单级涡轮内部流场的影响不大,进口温度径向不均匀分布会导致导叶径向中上部分出现带状高温区域,在60%叶高处的导叶前缘温度最高。这种现象会因热斑的存在而加剧,在同一周期内进口温度畸变不会造成导叶表面最高温值的大幅度变化。主流气体在涡轮流道作加速运动,热斑由椭圆形逐渐变窄,温度降低,在导叶尾缘与脱落涡相互作用,气体受挤压边缘呈现锯齿状。动静交接面后,在动叶前缘和动叶压力面热负荷较为显著,并且在同一周期内进口温度畸变会使动叶表面的最高温值在一定范围内变化,在涡轮流道内进口温度畸变不会使高温气流在径向方向上的发生较大的偏移。     

纳米晶Li7Si3合金的制备与性能表征

为研究纳米结构锂电池阳极材料的特性,试制了纳米晶Li-Si合金.采用优化的纳米晶合金块体材料制备工艺,即熔炼制备粗晶Li7Si3合金铸锭、高能球磨得到Li7Si3非晶粉末,结合放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备得到了纳米晶Li7Si3合金,并对其进行了Rietveld结构精修和杨氏模量测定.结果表明:纳米晶Li7Si3单胞结构参数为a=b=0.4452 nm(比粗晶增加0.38%),c=1.8239 nm(比粗晶增加0.58%),单胞体积Vo=0.313 070nm3(比粗晶增加1.35%).利用纳米压痕法测定纳米晶Li7Si3合金的杨氏模量为(30.6±2.4)GPa.     

基于微观胞元的镍基单晶合金应力松弛数值模拟

对DD3镍基单晶高温合金薄壁圆筒试样在680 ℃进行了拉/扭低周疲劳试验,基于单晶合金的微观结构特性,建立了γ/γ′双相微观多胞元力学模型,采用双线性随动Hill硬化模型,对试样进行拉/扭循环位移加载有限元数值模拟。研究结果表明：高温非对称循环载荷下,试样轴向表现出应力松弛行为和非弹性形变累积,其中基体相最先出现塑性累积变形,导致低周疲劳破坏。数值模拟研究发现,使用单个胞元模型进行拉/扭多轴位移加载,会出现边界应力畸变现象,与试验结果不相吻合,而采用多个胞元力学模型则可以避免发生边界应力畸变现象,能够更好地模拟高温非对称循环载荷下的应力松弛行为和对单晶合金进行应力弱化损伤研究。     

羟基磷灰石生物材料的第一原理计算

通过密度泛函理论计算来研究原子尺度羟基磷灰石晶体结构和电子结构.结果表明,羟基磷灰石为P63空间群六方单胞,点阵参数为a=0.9302nm、b=0.9303nm、c=0.6770nm,α=90°、β=90°、γ=120°.单胞总态密度主要是由各原子s,p,d电子态组成,费米能级主要是氧的2p4轨道的贡献,表明单胞结构中氧的2p电子最活泼.将优化后结构的衍射图谱和实验衍射图谱进行了比较,匹配较好.     

阶梯形修理复合材料层合板拉伸性能研究

为获得不同参数对阶梯形修理结构拉伸力学性能的影响,本文开展了试验研究.针对铺层数目为8层的复合材料层合板,分别研究了阶梯数目为2个、4个和8个的无附加层的情况.另外针对4个阶梯的情况,研究了附加层数目的影响.作为对比,对相同修理区大小情况下的斜切形挖补修理结构也进行了测试.结果显示,对阶梯形修理结构,拉伸强度随阶梯数目的增加而增加,当阶梯数目由2个增加到8个时,修理接头的强度恢复率由36%增加到67%.通过引入附加层能够有效的提高修理结构的强度,但随着附加层的引入以及附加层数目的增加,修理结构强度的分散性变大.阶梯形修理和斜切形挖补修理的对比显示,相同修理面积的情况下,由于斜切形挖补修理能够提供更加均匀的胶膜应力分布,斜切形挖补的修理效率要高于阶梯形修理,相比4个阶梯的阶梯形修理,斜切形挖补修理强度能够提高25%.最后,根据修理接头表面各点的应力/应变分布规律,获得了拉伸载荷作用下修理接头的失效机理和失效过程.     

提高3Cr2W8V钢热压模具寿命的研究

本文根据小吨位摩擦压力机用3Cr2W8V 钢制热压板手模具的失效形式,研究了经高温淬火及氧氮化、氧碳氮硫硼五元共渗化学热处理对组织和性能的影响。结果表明,经1140℃高温淬火和五元共渗后,模具可获得理想的金相组织,并具有优越的机械性能和耐磨性能,使用寿命大幅度提高。     

折流板换热器性能影响因素数值模拟研究

针对不同结构参数的弓形折流板换热器壳程进行数值模拟,计算表明折流板换热器壳程的压降和管表面换热系数随着折流板数目的增加而增加,随着折流板缺口高度的增加而减小;而其综合性能随着折流板数目的增加而减小,随着折流板缺口高度的增加而增加;第一块折流板与管板的距离对压降的影响较小,但对表面换热系数影响相对较大.     

过共品铸造Al-Si—Cu—Mg—Fe合金组织性能研究

通过正交试验和单因素试验,考察了Cu、Mg、Zn、Ni和Fe对Al—18Si过共晶铝硅合金室温及高温（350℃）力学性能的影响规律,利用光学金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDX）对合金中富Cu相、富Fe相的组织组成进行了分析．结果表明：Cu、Mg是提高AI-18Si过共晶铝硅舍金室温及高温强度的主要因素;Zn含量增加明显降低合金350℃时的高温强度,改善合金的室温和高温延伸率;Fe降低合金的室温强度,显著提高合金的高温强度;当Cr：Fe=0．35：1,Mn：Cr=2：1,含铁0．8％～1．2％时,Al-18Si-4．0Cu-0．7Mg-0．2Zn-1.0Ni-（0．8～1．2）Fe合金力学性能σb（25℃））310MPa,延伸率受（25℃）≥0．75%,σb（350℃）〉130MPa,延伸率δs（35℃）〉1．5％;合金中富铜相主要以块状Al。Cu相和白灰色花卉状A15Si。cu2Mg8相存在,富铁相主要以三叶草状、树枝状和棒状Al5Si（Cr,Mn,Fe）相存在．