钢管斜轧过程应力应变与温度耦合模拟分析

采用有限元方法将轧制过程轧件的应力应变与温度状态进行耦合计算，使有限元对斜轧过程的模拟更加准确。为轧辊和顶头磨损分析提供了依据。经轧辊与顶头实测结果分析，说明计算结果是可靠的。轧件在入口和出口的计算与实测温度平均值符合较好。     

焊接残余应力的温度-组织-应力耦合分析

在应变加和分解式的基础上,通过引入相变应变增量描述模型,采用均匀化方法对多相组织力学行为进行描述,构建可以对温度-组织-应力耦合关系进行表征的模型,并将该模型应用于对9Cr1Mo钢管道环焊缝接头焊接残余应力的分析中.结果表明,在数值模拟中,使用三维有限元模型进行计算,计算结果很好的体现了在焊接过程中马氏体相变随热源移动逐渐进行的过程.在对焊接残余应力的表征上,无论是在残余应力沿管道轴向分布的特征,还是在具体的残余应力水平上,三维有限元计算的结果均与实际测量结果取得了较好的吻合.     

基于正交设计的WLCSP柔性无铅焊点随机激励应力应变分析

对晶圆级芯片尺寸封装(wafer level chip scale package, WLCSP)柔性无铅焊点进行了随机振动应力应变有限元分析. 以1号柔性层厚度、2号柔性层厚度、上焊盘直径和下焊盘直径四个结构参数作为关键因素,采用正交表设计了16种不同结构参数组合的柔性焊点,获取了16组应力数据并进行了方差分析. 结果表明:焊点内最大应力应变随1号柔性层厚度和2号柔性层厚度的增加而减小;在置信度99%时,下焊盘直径和上焊盘直径对应力具有高度显著影响,在置信度95%时1号柔性层厚度和2号柔性层厚度对应力具有显著影响;各因素对应力影响排序为:下焊盘直径影响最大,其次是上焊盘直径,再次是1号柔性层厚度,最后是2号柔性层厚度.     

功率循环载荷下BGA焊点应力与应变分析

建立了球栅阵列封装(ball grid array, BGA)焊点有限元分析模型,基于ANAND本构方程,分析了BGA焊点在功率循环载荷下应力与应变的分布情况,并搭建试验平台,完成了功率循环载荷下BGA封装器件应力与应变的测量试验,验证了仿真分析的可行性.选取焊点高度、焊点直径、焊盘直径和FR4基板厚度完成了正交试验分析,通过非线性回归分析得到高拟合度的BGA焊点功率循环应力量化评价模型.结果表明,BGA焊点结构参数对焊点应力影响大小排序为焊盘直径、FR4基板厚度、焊点直径和焊点高度,焊盘直径对BGA焊点应力影响显著,焊点直径、焊点高度和FR4基板厚度对BGA焊点应力影响不显著;最优参数水平组合为焊点高度0.39 mm、焊点直径0.42 mm、焊盘直径0.34 mm和FR4基板厚度0.8 mm,最优水平组合下BGA焊点应力与应变明显降低.     

焊点热应力应变分析与HALT热循环温度剖面图优化

以统一型粘塑性Anand本构方程为基础，采用非线性有限元方法研究了热循环试验过程中高低温端点温度、温度升降速率、高低温保持时间对Sn63Pb37焊点应力分布和塑性应变的影响，并结合基于塑性应变的疲劳寿命预测Coffin—Masson公式，分析了热循环试验效率与这些参数之间的关系，为建立优化的HALT(Highly accelerated life test)和其它可靠性热循环试验温度剖面图提供有价值的参考。     

某型飞机液压系统温度计算分析

飞机液压系统是飞机最重要的系统之一,对飞机的安全性和可靠性有着重要的影响,而温度则是影响飞机液压系统性能的重要因素,高温将对飞机液压系统产生一系列的影响。分析了典型液压系统发热和散热的主要因素,并通过计算分析某型飞机液压系统设计方案在温度上是否符合设计要求。     

三维封装芯片键合IMC焊点应力分析及结构优化

利用ANSYS有限元软件对三维封装芯片键合过程中金属间化合物焊点及芯片的应力分布情况进行模拟,并对三维封装的结构进行了优化设计．结果表明,铜柱及焊点的第一主应力最大点出现在底层外部边缘拐角处,芯片应力最大点出现在通孔内表面;以焊点的最大应力作为响应设计正交试验,来模拟封装结构参数对焊点残余应力的影响,采用3因素3水平的正交试验,选择填充树脂的厚度、芯片厚度和填充树脂的硬度3个影响封装体内部残余应力的主要因素作为封装结构参数．填充树脂的厚度对焊点应力的影响最大,影响适中的是芯片厚度,最弱的是填充树脂的硬度．     

柱塞连杆式卷取机扇形板温度应力与热变形分析

为研究无内冷的柱塞连杆式热轧卷取机扇形板表面龟裂问题,对比分析3种不同的外部冷却方案,运用ANSYS有限元分析软件对温度应力及热变形进行仿真。在连续卷取10卷后,分别对比第10卷卷钢结束、空冷1 s时、水冷结束时3个时间点的应力及热变形云图,说明少水冷方案在实际热轧过程中的优越性,为水冷工艺对扇形板龟裂的影响研究提供参考。     

表面组装焊点内部应力—应变场的数值模拟(Ⅰ)——应力—应变场分布特征及其动态特性

针对表面组装焊点的实际服役条件 ,对温度循环载荷下其内部应力—应变场的分布特征进行了有限元数值模拟。结果表明 ,温度循环在焊点内部导致应力循环 ,应力循环导致热棘轮效应 ,即非弹性应变累积 ;在温度历史过程中 ,应力—应变场等值分布图呈现动态特性 ,且与温度历史相关。     

加速过程箕斗提升设备机电系统动力学分析

提出了交流拖动绕线式三相电动机串联多段电阻控制下的加速过程箕斗提升机电系统动力学的时变且非线性的模型, 并在此基础上, 借助计算机仿真技术, 分别得到了八段和六段串联电阻下的提升容器与滚筒的运动学与动力学规律。作者提出的力学模型和方法以及所揭示的一些未见报道的现象和规律对于旧式提升机的改进尤其是改用计算机控制具有重要参考价值, 对其它形式的交流拖动或直流拖动提升设备设计或改进也具有一定的参考价值。     

3D-TSV互连结构随机振动加载应力分析

建立了三维硅通孔 (three-dimension through silicon via,3D-TSV )互连结构有限元分析模型,对该模型进行了随机振动加载有限元分析. 选取TSV高度、TSV直径、微凸点高度和微凸点直径四个结构参数作为关键因素,采用水平正交表L₁₆(45)设计了16种不同结构参数的3D-TSV互连结构,获取了这16种3D-TSV互连结构随机振动应力数据并进行了方差分析. 结果表明,在置信度为99%的情况下,TSV高度对3D-TSV互连结构随机振动应力有显著影响,因素显著性的排序由大到小为TSV高度最大,其次为TSV直径,再次为微凸点直径,最后是微凸点高度;单因子变量分析表明,TSV互连结构应力应变随TSV高度的增加而增大.     

基于热-结构耦合的叠层金凸点应力分析

建立了叠层金凸点三维有限元分析模型,通过Isight软件对该模型进行了热-结构耦合分析,获取了热-结构耦合条件下叠层金凸点等效应力的分布规律,分析了叠层金凸点结构尺寸变化对应力的影响,通过方差分析获得了下层凸点直径、下层凸点高度、上层凸点直径、上层凸点高度因素对应力影响的显著性.结果表明,最大应力点都出现于远端角落处的凸点,随着凸点高度的增加,最大应力值逐渐减小.在置信度为90%的情况下,下层凸点直径对应力有显著影响,因素显著性排序为,下层凸点直径最大,其次为上层凸点直径,再次为下层凸点高度,最后是上层凸点高度.     

焊接应力场与应变场的计算与讨论

经典的观点认为焊缝存在残余压缩塑性应变,而目前有学者认为焊缝是在冷却的过程中形成的,与加热过程无关,认为焊缝只存在拉伸塑性应变,而不存在压缩塑性应变.针对这一对传统残余塑变理论的质疑,采用有限元方法对薄板熔焊对接接头纵向应力和应变的瞬态变化以及由焊缝中心到母材边缘的纵向应力和应变分布情况进行了计算.结果表明,焊缝及近缝区存在着残余压缩塑性应变,应力状态为拉应力,由焊缝中心到母材边缘其纵向应力由拉应力转变为压应力,纵向压缩塑性变形量逐渐下降,离焊缝较远受温度场影响较小的母材不产生塑性变形.     

淬火过程中温度、组织及应力/应变的有限元模拟

为了找到淬火过程中零件产生不规则扭曲变形的原因,选择了H型截面零件为研究对象,建立了相应的有限元分析模型,利用自开发的淬火过程有限元模拟软件对温度、组织和应力/应变进行了耦合分析.通过有限元模拟,得到了温度变化、相变及相变塑性对残余应力及淬火变形的影响,给出了零件内部弹性区及塑性区的演变过程.分析结果表明:零件在淬火过程中经历"弹性-塑性-弹性-塑性-弹性"的演变过程;在淬火过程中,相变塑性导致零件发生不均匀、无规律的扭曲变形.     

基于计算机有限元的厚板多层多道焊温度场研究

在建立Q460厚板多层、多道次焊接有限元模型时,考虑了板料厚度方向的温度场分布,研究接头热影响区的温度场和热循环特征。结果表明,建立的热源分析模型可以准确描述厚板多层、多道次焊接过程;焊接热影响区热循环高温停留时间和峰值温度受后续焊道的影响较大,因此需严格控制后续焊道的热输入和层间温度。     

钎料对TiC陶瓷/铸铁钎缝处剪应力的影响

采用有限元数值模拟方法研究了采用不同钎料对冷却过程中TiC陶瓷／铸铁焊缝处剪应力的影响。结果表明，无论采用Ni基钎料、Ti基钎料还是他基钎料，剪应力均主要集中在TiC陶瓷／铸铁的钎缝端点上。当采用Ni基和Ag基钎料时，剪应力的最大值出现在钎料／TiC陶瓷界而；而采用Ti基钎料时，剪应力的最大值出现在铸铁／钎料界面。当采用Ni基和Ti基钉料时，冷却到室温的钎缝最大剪应力值较大，因此接头的连接强度较低；当采用Ag基钎料时，冷却到室温的钎缝最大剪应力值较小，因此接头的连接强度较高。     

An estimation of factors influencing residual stress characteristics of fillet welded lap joints

The residual stress behaviours in fillet welded lap joints of sheet metal have been researched in a systematic testing procedure with varied steel types, steel thicknesses and welding wires having different transformation points. Consequently, under the simulated fabrication welding conditions (with a constant amount of deposited metal), the transverse residual stress at the weld toe, which is deemed critical in fatigue strength, has been found almost invariable to a change in steel type and thickness, but it has been clarified to become compressive to a greater extent as the wire’s transformation point is lower. Moreover, as for the residual stress inside the weld metal, the compressive residual stress area has been found to expand as the welding wire’s transformation point reduces, from the results of the thermo-elastic-plastic analysis.     

铝合金搅拌摩擦焊过程热力演变的三维数值模拟

对搅拌摩擦焊过程中搅拌头速度变化进行分析,建立了考虑搅拌摩擦焊过程中焊缝产热的热源模型.对2024铝合金搅拌摩擦焊温度场和应力场进行了三维有限元模拟,表明焊缝两侧温度和应力分布的不对称现象不明显,主要由于焊接速度远小于搅拌头转速所致,但随着焊接速度加快,这种不对称现象逐渐加强.焊接过程中焊缝中心温度低于搅拌头边缘温度,焊接前方和两侧均为压应力,后方为拉应力;焊接结束后与搅拌头接触区的横向和纵向残余应力为较大拉应力,远离焊缝残余应力较小;沿厚度方向上,横向和纵向残余应力均逐渐降低.有限元计算结果与短波长X射线应力测试结果进行对比,结果表明,二者趋势基本吻合.     

模具加热和冷却循环有限元模拟分析

使用ABAQUS有限元软件,对某型号模具加热和冷却过程中的温度场进行了计算分析。计算传热系数时,水与金属水道之间的热交换,选用的方程是强制对流形式下的方程,取用的传热系数为5213 w/m2.°C。计算表明,经过18.5 s后,动模加热到120°C以上,经过123.3 s冷却后,动模的整体温度降低到60°C以下。通过修改模具结构或者注射工艺参数,可以大大降低模具的冷却时间,提高生产效率。