半固态搅拌制SiC颗粒增强镁基复合材料过程的数值模拟

采用商用的计算流体动力学(CFD)计算软件Fluent对SiC颗粒增强镁基复合材料搅拌过程进行动态模拟,研究了不同搅拌速度、搅拌时间及温度对于SiCp/AZ91(SiC颗粒增强镁合金AZ91)组织的影响。研究结果表明,搅拌时间和搅拌速度对于SiCp/AZ91材料成品质量有显著的影响,搅拌速度的增加有助于SiC颗粒的分散,但速度过快导致液面起伏较大,大量气体进入镁液中,最终使成品中气孔较多。而在搅拌时间方面,当时间较短时,SiC颗粒未充分与合金液混合,因此出现大片SiC颗粒团聚现象。随着搅拌时间的延长,团聚的颗粒逐渐向镁合金液中均匀分散,当搅拌时间为15 min时,SiC固相颗粒与镁合金液所组成的混合相最为均匀,此时继续延长搅拌时间,其固相颗粒的宏观均匀性并未发生进一步变化。根据模拟和试验的结果得出最佳的搅拌时间为15 min,搅拌速度为300 r/min。     

颗粒增强复合材料热膨胀系数预测模型的研究现状

针对颗粒增强复合材料热膨胀系数经典和新近出现的性能预测模型进行了总结,讨论了研究热膨胀系数需要考虑的基本问题,对Kerner、Turner、Wang and Kwai、Schapery、Park、Sideridis、李燕、倪新华、石连生、陈康膨胀系数预测模型的代表性体积单元的选取、基本假设和适用条件进行了归纳,并对膨胀系数的进一步的研究提出了一些看法。     

颗粒增强复合材料集料级配的研究

通过试验对颗粒增强复合材料(树脂和石英砂复合材料)进行集料级配研究.研究结果表明,选择颗粒较大石英砂和颗粒较小石英砂作适当配比,能够得到较优级配方案,使树脂含量从原有的20～25%降低至12～14%,从而降低成本,提高经济效益,同时保证夹砂层弯曲强度不降低.     

碳纤维增韧增强氮化硅陶瓷基复合材料力学性能的数值模拟

基于Tanake-Mori基体平均应力以及Eshlby等效夹杂法，提出了1种求连续相材料的应力和应变的近似理论，由此可精确评估两相和3相复合材料的力学性能。本文利用计算机模拟对碳纤维增韧的氮化硅复合材料（Cf/Si3n4)的弹性模量、剪切模量和泊松比进行理论计算，从其内部微观结构出发，探讨了不同相含量、气孔的含量以及形状等复合材料力学性能的影响。     

用数值模拟设计纤维复合材料在热压机上的固化操作

复合材料在固化过程中的内部过程很复杂,科学地设计操作工艺需研究过程机理。本文对复合材料固化过程的机理进行了阐述和发展并建立过程模型,模型编制了电算程序,通过数值计算模拟热压条件下复合材料的固化过程,设计出最佳操作工艺使产品的各项指标得以保证。     

铝颗粒点火数值模拟

分析了准稳态铝颗粒在高温氧化剂中由于传热和表面的化学反应导致升温-熔化-升温-点火的过程，建立了铝颗粒点火模型，并对点火过程进行数值模拟。计算结果给出了对流传热、辐射传热、熔化热和异相表面反应热等对点火的影响。研究结果表明在点火过程中，铝的氧化在颗粒温度达到一定温度（T〉1000K）时才比较明显；点火时铝单质质量分数随环境温度的升高而略有增加，与颗粒尺寸无关；点火延时随着环境温度升高和颗粒半径的减小而缩短。     

SiC颗粒增强铝基复合材料钎焊技术的研究进展

本文概括了SiC颗粒增强铝基复合材料的特性以及真空钎焊技术的研究现状,着重介绍了铝基复合材料真空钎焊技术的研究进展.从复合材料自身的特点、钎料成分设计、润湿机理及钎焊工艺参数等方面分析了SiC颗粒增强铝基复合材料真空钎焊存在的问题,针对性地提出了相应的解决思路和设计方案.     

粘弹性颗粒驱油数值模拟研究

粘弹性颗粒驱油是特高含水油藏提高采收率的一种有效方法,该方法在矿场上进行了大量的应用,因此进行粘弹性颗粒驱油技术的数值模拟研究非常重要。本文在大量文献调研的基础上,指出了粘弹性颗粒驱油数值模拟中存在的问题,提出了改进的模型,利用改进模型研究了室内岩心驱替过程,结果表明形成的模型能较好的模拟粘弹性颗粒的驱油过程。     

基于细观力学的短纤维增强复合材料断裂性能数值研究

基于细观力学,采用虚拟裂纹扩展结合有限元法计算了短纤维增强复合材料纤维端部不同方向裂纹的应变能释放率,研究了网格尺寸对应变能释放率计算结果的影响,并分析应变能释放率随裂纹长度,纤维的长度、半径和含量的变化关系。研究表明:网格尺寸对应变能释放率的计算结果影响小;不同区域的裂纹,其应变能释放率受裂纹长度的影响不同;应变能释放率随裂纹扩展方向变化曲线呈对称特点,其中滑移型裂纹的扩展阻力较小;应变能释放率随着纤维长度、半径和含量的增大而增大。     

颗粒增强ZA27室基复合材料的界面

通过对复合材料的界面研究发现，在SiCp／ZA27复合材料中SiC颗粒不能作为初生α相的形核衬底，金属化合物CuZn4依附于SiC颗粒形核、长大。而在Al2O3p／ZA27复合材料中，Al2O3颗粒和Al液有良好的浸润性,使α相优先在颗粒周围形核。SiCp／ZA27及Al2O3p／ZA27复合材料界面处无反应物或反应层，且Al2O3p／ZA27复合材料的界面结合强度优于SiCp／ZA27复合材料。     

气固两相流动中非球形颗粒所受曳力的数值研究

采用数值计算的方法研究了非球形颗粒在气固两相流动中所受的曳力,在Re＜100的条件下对流经3种具有典型几何特征的非球形颗粒（正方体、圆柱体和圆台体）的流体流动进行了详细的数值计算.通过比较计算结果与文献中所推荐的3种曳力系数修正关系发现：Ganser方法与本文计算结果符合最好.通过对两种不同颗粒摆放条件的流动进行计算发现：对于不同的颗粒与来流角度,非球形颗粒所受到的曳力具有较大的差别.     

汽车保险盒上盖注射成型的数值模拟

利用Moldflow软件对汽车保险盒上盖的注射成型过程进行了数值模拟.通过分析填充过程中各时间段熔体的流动情况及最终的填充时间和填充效果,得出了制品的最佳填充时间和保压时间;通过分析成型过程中型腔的温度变化,预测了制品的熔接痕和气穴的分布,以及缩水、翘曲变形等成型缺陷,并通过实际注射成型对模拟进行了验证.实验证明,模拟结果非常真实地表现了制品实际的成型过程,其对成型缺陷的预测也比较准确,证明了注射成型数值模拟结果的可靠性.     

复合材料挖补修理固化过程残余应力的三维数值模拟

基于热化学和残余应力理论,采用顺序热-力耦合方法建立了复合材料固化过程的三维有限元模型,通过与文献中C形构件计算结果的对比,验证了该仿真模型具有较高的精度。采用该模型计算了AS4/3501复合材料层合板挖补修理固化过程中模量和残余应力的变化历程。结果表明,凝胶点之前,树脂模量和复合材料横向模量很小,而平行于纤维方向存在残余压应力;凝胶点之后,模量均随时间快速增大到一定值,残余应力先逐渐增大到一定值,再随降温过程快速增大。     

编织复合材料数值模拟方法

编织复合材料中纤维束在空间分布的复杂性,导致其与层合复合材料力学性能分析的本质差别.本文概述了编织复合材料的力学特点及其一般研究步骤,详细介绍了目前几种常见的数值模拟模型,分析了其存在的优缺点,依此指导计算模型的合理选择,使之能对编织复合材料进行较为精确的力学性能预报,并为今后的研究提供指导.     

RTM工艺充模过程模拟研究进展

主要介绍了RTM工艺树脂充模过程的流动模式、充模过程模拟的流动模型和模拟方法。讨论了不同模拟情况下所需的合理假设、边界条件的设置以及采用的不同数值计算方法。同时,介绍了目前基于数值计算的RTM仿真软件,提出了RTM充模仿真研究的未来发展趋势。     

复合材料结构耐撞性能的数值模拟研究

本文研究了复合材料结构耐撞性能数值模拟的策略和方法,包括接触-碰撞有限元理论、复合材料层板缓冲吸能模型和薄弱单元,并在DYNA3D(研究版)软件中加入了复合材料板缓冲吸能模块.采用改进后的程序对波纹梁盒段的坠毁过程进行了数值模拟,并将正面坠毁的数值模拟结果与试验结果进行了比较.结果表明本文采用的理论和有限元模型是合理可行的,同时还对波纹梁盒段斜碰撞的情况进行了数值模拟.本文所提出的方法为复合材料结构的耐撞性设计分析提供了一种有效的工具.     

反应沉淀法制备亚微米粒子的粒度分布模拟与实验验证

采用基于粒数衡算方程及物料衡算方程的数值模拟方法模拟了包括反应、成核、生长及凝并的反应沉淀制备亚微米粒子的过程,其中颗粒间的凝并过程采用分级模型来模拟,产物颗粒的粒度分布（PSD）由离散化的粒数衡算方程求得.以BaSO₄的反应沉淀体系作为研究体系,将实验测量数据与数值模拟结果进行对比,验证了所构建的数学模型的正确性与适用性.应用此模型进行分析,发现沉淀时间、产物过饱和度及凝并对粒度及粒度分布有着显著的影响.在此基础上,提出了反应沉淀法制备亚微米粒子过程中颗粒粒度及粒度分布的控制方法.     

纤维缠绕复合材料固化成型中纤维密实过程数值模拟

纤维缠绕复合材料固化成型过程中,缠绕制件的纤维密实程度及单层厚度受缠绕张力、树脂流动影响较大。基于Squeeze-sponge模型,发展了适用于纤维缠绕复合材料固化成型的树脂流动/纤维密实模型。该密实模型考虑了固化度、温度、树脂黏度、渗透率等参数随固化时间的变化特性,并引入缠绕张力、缠绕图案等缠绕特征,实现缠绕制件纤维密实过程的数值模拟。通过对比文献结果,证明了密实模型的可靠。基于密实模型,对不同缠绕张力制度下的纤维密实程度进行数值模拟,结果表明,相较于各层缠绕张力相等的缠绕制度,采用层间压力相等的缠绕制度时,树脂分布更加均匀,各层纤维体分比数值趋于一致,且适当提高远离树脂出口位置的缠绕张力可实现各层纤维体分比数值相等。     

DIRECT NUMERICAL SIMULATION OF VORTEX STRUCTURES AND PARTICLE DISPERSION IN TURBULENT FREE SHEAR FLOWS

In order to provide references for the study of jets from combustor and associated industrial applications, direct numerical simulation was employed to study a three-dimensional temporally evolving plane mixing layer laden with particles in the upper region initially. The coherent structures in the mixing layer between two parallel streams were simulated using a pseudo-spectral method. Particles with different Stokes numbers were traced using the Lagrangian approach based on one-way coupling between the continuous and the dispersed phases. Both the large-scale vortex structures and the particle dispersion patterns with different Stokes numbers were investigated. The results clearly showed that particle dispersion is closely related to the large-scale organized structures and the three-dimensionality. Particles with Stokes number of the order of unity were found to have the largest concentration on the outer edges of the large-scale vortex structures, and the variation of particle concentration along the spanwise direction increased with the development of the three-dimensionality, which was mainly due to the presence of the streamwise large-scale structures. When the counter-rotating “rib” large-scale vortices paired, part of the particles were thrown out from the high concentration area in the upper region to the lower region of the mixing layer and finally developed into a “mushroom” pattern of the particle distribution along the spanwise direction.