多场耦合MSP测试系统的建立及应用

通过建立一套能够实现在力场、电场、温场等多场耦合条件下测试的小样品力学性能测试系统,使得小样品在近真实的多场耦合条件下得到评价:在小样品力学性能测试系统的基础上,通过设计模具和引入电场,实现了力电耦合下的小样品的动态力学性能的测试;通过设计模具和高温炉引入温场,可以对热障涂层、陶瓷等材料进行高温条件下的力学性能测试。通过引入声发射仪和模具设计,在测试材料力学性能的同时,可以实时监控材料内部结构发生的变化。多场耦合MSP测试系统的建立,为新型无机材料在多场耦合下的力学性能研究提供了系统的测试平台,为材料使用的可靠性和稳定性研究奠定了基础。     

电磁场辅助HFCVD制备高场发射性能薄膜

目的提高碳素薄膜的场发射性能。方法在热丝化学气相沉积(HFCVD)技术的基础上,针对不同的甲烷浓度(体积分数,全文同)1%和5%,通过施加外场(电场、磁场以及电磁耦合场)分别调控出不同组织结构的薄膜。采用SEM观察薄膜的表面形貌,用Raman检测薄膜的成分,用场发射测试装置来表征薄膜的场发射性能。结果外场作为革新传统工艺的手段,可以影响HFCVD沉积过程。磁场的主要作用是降低晶粒尺寸,电场能够有效促进sp~3相向sp~2相转变,电磁耦合场在此基础上,还可以有效调控出高长径比的表面形貌。甲烷浓度为1%时,制备了金刚石薄膜,开启电场为11.2 V/μm,加入电场或电磁耦合场后,薄膜表面被刻蚀,发生金刚石向石墨的转变,开启电场降低到6.75 V/μm,场发射性能提高。甲烷浓度为5%时,加入磁场、电场制备的薄膜,开启电场由12.75 V/μm依次下降为11.5、9 V/μm,电磁耦合场的刻蚀作用可以获得尖锥状的形貌,且石墨相含量高,开启电场最低(5.65 V/μm),场发射性能最好。结论采用外场(电场、磁场以及电磁耦合场)辅助HFCVD的方式可以制备出多种薄膜,电磁耦合场在较高甲烷浓度时,不但可以提高石墨相含量,还可以获得高长径比的表面形貌,可有效提高薄膜的场发射性能。     

A-UIT处理对7075铝合金焊接应力影响的数值模拟

利用ABAQUS有限元分析软件,建立了7075铝合金激光焊的热-力耦合模型;随后利用数值传递法,建立了焊接及超声冲击处理耦合模型;在此基础上引入时效处理的热-力耦合模型,建立焊后A-UIT处理模型,分析了不同处理方法下残余应力分布情况及特点,旨在研究不同处理方法对7075铝合金焊接残余应力场的影响. 结果表明,A-UIT处理能够显著改善焊缝及附近区域的残余应力分布,焊缝中心位置表面纵向残余应力由焊后的180.21 MPa转变为?150.26 MPa,转变率高达183.4%,且相较于单超声冲击处理,A-UIT处理可以缓解超声冲击直接作用区附近的残余拉应力集中问题.     

铝电解槽电-热场强耦合建模计算方法

指出广泛使用的铝电解槽电-热场分离的计算方法和电-热场弱耦合计算方法的理论缺陷,提出一种电-热场强耦合计算模型。以某420 kA铝电解槽为对象,同时应用强耦合模型与传统的弱耦合模型对其电-热场进行计算,计算结果证明了在电-热场分析中采用强耦合模型的必要性。研究结果表明:不设定熔体温度是电场和热场实现强耦合的关键,对槽内各热源进行准确描述并引入计算模型中是获得可靠的铝电解槽电-热场分布的必要条件。     

DP780双相钢电阻点焊的数值模拟及试验验证

为了提高实际生产中的焊点质量,探究影响焊点质量的因素,针对厚度分别为1.6和2.0 mm的DP780样片组,建立电阻点焊过程的轴对称有限元模型,采用融合力场、热场、电场及微观组织结构的耦合分析模型模拟点焊熔核形成过程,研究点焊加热及冷却过程中的温度场分布特点,确定熔核尺寸和抗剪强度指标.通过试验测定实际点焊接头的熔核尺寸以及抗剪强度.结果表明,模拟预测的熔核尺寸、失效剪切力与试验值之间误差分别为2.05%和13.6%;焊接过程中的飞溅是导致误差的主要原因.     

电渣熔铸中电极端部形状对渣池热电场模拟的影响

电渣熔铸(ESC)是一种用电加热的方法进行金属冶炼和成型的铸造方法,熔铸过程中自耗电极与渣池的接触界面是渣池能量的入口,针对平底型电极和锥底型电极两种模型进行了渣池的热电场耦合模拟,分别获得了2种模型的温度场和电场分布规律,阐述电极端部形状对熔铸过程模拟的重要性.     

铸件三维充型过程耦合数值模拟

采用改进后的ＳＯＬＡ－ＶＯＦ方法处理自由表面,有效地克服了传统的ＳＯＬＡ－ＶＯＦ法中的“施体－受体”法在处理三维自由表面时精度差和时间步和菠的缺点。在自由表面处理上采用了新的压力插值函数,使三维自由表面的处理变得简单明了。用有限差分法建立了铸件三维充型过程流动与传热的耦合计算数值模型,并对大型灌壁铅合金件进行了数值计算。后处理中采用插值技术,直观地显示了充填过程中自由表面的位置和形状。     

仿生非光滑耦合模具的耐磨损和热疲劳性能研究

采用激光仿生数控制备系统,在H13热锻模具表面进行仿生非光滑耦合处理,并研究了仿生非光滑耦合处理对模具表面硬度、耐磨损性能和热疲劳性能的影响。结果表明,适当的激光工艺参数可制备出网格状的仿生非光滑耦合单元体,单元体横截面为凸包状单元体结构;与未进行表面处理的H13钢热锻模具相比,仿生非光滑耦合处理使模具的表面平均硬度增加19%,800℃磨损体积减小81.7%;1000次20~800℃冷热循环后模具的主裂纹平均宽度减小91.2%,平均深度减小87.3%。     

GTA焊接电弧与熔池系统的双向耦合数值模拟

建立了GTA焊接过程电弧与熔池双向耦合统一数学模型．该模型考虑了熔池自由表面变化对电弧和熔池的影响,并通过不断更新自由表面形状实现了电弧与熔池相互耦合．电弧和熔池的两组控制及辅助方程采用有限差分法进行求解．计算中采用了适体坐标系以确定不断变化的自由表面形状．用所建模型对304不锈钢材料的定点GTA焊接过程进行了数值计算分析,取得了良好效果．     

大规格7050铝合金圆锭熔铸工艺参数优化的数值模拟

采用某铝业公司提供的铸造工艺参数,基于温度场、应力场和流场三场的耦合系统研究了铸造工艺参数设置对熔铸过程的影响。结果显示,铸造速度对应力场影响非常大,而铸造温度、水流量对应力场的影响则不太明显。针对800 mm铸锭热裂问题,通过数值模拟对原工艺参数进行了优化。