铝合金 钢搅拌摩擦焊温度场数值研究

针对以往搅拌摩擦焊数值模拟中采用的热源模型较为简单,不能很好反映出实际焊接过程中温度场的分布,而做试验又需要巨大投入的情况,课题组基于热弹塑性法和改良的热源模型,利用ABAQUS软件及其DFLUX子程序接口建立了304不锈钢和5052铝合金搅拌摩擦焊的数值模型,对铝合金 钢异种材料的搅拌摩擦焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程的温度场,同时对偏置量、转速和焊速3个焊接参数进行优化,发现在转速取500 r·min-1,焊速取80 mm/min,偏置量取2 mm的情况下,得到的焊接过程瞬态及稳态温度场均处于理想状态。模拟准确地预测了实际焊接过程中的温度变化,且对实际焊接过程中焊接参数的选择具有一定参考意义,减少了为得到合适参数而进行的大量试验的成本。模拟结果能指导和预测实际焊接过程。     

异种金属搅拌摩擦对接焊研究进展

搅拌摩擦焊在异种金属连接上有着重要运用，从焊接工艺参数、接头力学性能、界面金属间化合物层及材料流动等方面概述了近年来国内外异种铝合金、铝合金 钢、铝合金 镁合金、铝合金 铜合金、铝合金 钛合金搅拌摩擦对接焊，并论述了异种金属搅拌摩擦对接焊数值模拟技术的研究进展。指出了目前对异种金属搅拌摩擦对接焊数值模拟技术的研究存在如数值模拟方法、材料本构模型、热源模型和边界摩擦模型等方面的不足；提出今后要完善搅拌摩擦对接焊模型，为工程实际运用提供快捷可靠的技术支持。     

2A14铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺研究

为了获得性能良好的焊接接头,对厚为5 mm 的2A14 T6铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊（bobbin tool friction stir welding, BT FSW)工艺研究。采用一种特殊设计的搅拌头,通过正交试验方法,对2A14铝合金进行BT FSW焊接试验;利用光学显微镜和电子万能试验机分析不同焊接参数 下焊缝的组织形态和力学性能,得出优化后的工艺试验窗口。研究表明：BT FSW焊缝组织特征与常规FSW明显不同,呈“哑铃型”,随着焊速的增加,抗拉强度 与延伸率先增加后降低,最大的抗拉强度在焊速为250 mm/min时获得,其抗拉强度约为239 MPa,达到了母材强度的54%,延伸率仅为3.2%,接头断在有细微裂纹 的地方。这项研究表明此工艺试验方案是切实可行的。     

搅拌摩擦焊双轴肩搅拌针产热模型与温度场研究

为了探究双轴肩搅拌摩擦焊接工艺参数对焊接过程中产热的影响,实现工艺优化,在实际焊接过程中,课题组将焊接工艺中的焊接速度和搅拌针旋转速度引入模型,并综合考虑上、下轴肩和搅拌针在焊接稳定阶段与工件不同的接触模型,分析搅拌针的受力状况,建立了搅拌针受力模型;基于受力模型建立了轴肩和搅拌针的产热模型,对该模型进行数值模拟;通过数值模拟的数据与实测数据对比分析,修改工艺参数中的搅拌针旋转速度,分析工艺参数与产热的关系。结果表明：建立的双轴肩搅拌摩擦焊产热模型可以准确预测实际焊接过程中产生的温度;此外,在一定范围内增加搅拌针旋转速度,焊接产生的温度也随之增加并且在焊缝中心温度呈哑铃状分布。     

响应面法在船撞桥可靠度分析中的应用

船撞桥梁的可靠度,其结构响应变量与基本变量之间的函数关系复杂,传统的求解方法难以奏效,需要借助于有限元等数值计算方法来获得。利用APDL语言采用两种方法求解船撞桥的可靠度,对比蒙特卡洛法（MCS）的7种工况下和响应面法（ODRSM MCS）的桥墩的失效概率,在10 000次MCS 拉丁抽样与ODRSM MCS法抽样桥墩的失效概率分别是6.02×10-3和2.06×10-3。响应面法达到与MCS法同等精度的情况下,MCS与ODRSM MCS所用的时间分别是280 min和5 min,从而证明响应     

基于离散元法的混凝土三轴压缩破坏试验数值模拟

混凝土是一种非均质的多相复合材料，其破坏过程具有非常复杂的应力应变关系。利用离散元软件PFC3D，模拟混凝土试件三轴压缩破坏试验，分析了摩擦系数、孔隙率、平行粘结半径、平行粘结刚度、平行粘结强度等细观参数对混凝土试件峰值强度的影响，并对混凝土试件的破坏形式进行分析。     

TC4钛合金焊后电子束局部热处理残余应力有限元分析

针对TC 4钛合金电子束焊接及焊后局部热处理过程,采用AN SY S非线性有限元程序,模拟了TC 4钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布.主要研究了焊后电子束局部热处理工艺对焊接接头残余应力的影响规律.结果表明,焊后电子束局部热处理可以降低焊缝及近缝区的残余应力峰值,并可使应力重新分布,即应力峰值点向母材扩展.     

硬质合金刀具高速切削7075铝合金表面粗糙度预测模型

为提高金属切削加工后工件表面质量，课题组将切削速度vc、进给量f、背吃刀量ap及刀尖圆弧半径R这4个因素结合起来，分析各个因素对工件表面粗糙度的影响。首先，设计了正交方案并进行切削试验，用极差法分析正交试验结果；其次，根据正交试验数据，采用多元非线性回归方程建立了表面粗糙度预测模型；最后，进行了离差平方和显著性检验以及模型试验验证。结果表明：4个因素对表面粗糙度的影响程度为f＞R＞vc＞ap；该预测模型高度显著，且通过试验进行了验证，对比得出其误差率低于6%，可以准确地预测铝合金表面粗糙度。该模型为硬质合金切削Al7075 T6铝合金时，切削参数的合理选择提供了依据；为研究硬质合金切削Al7075 T6铝合金表面粗糙度提供了一种便捷的方法。     

焊后热处理对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

使用搅拌摩擦焊（FSW）设备对厚度为6 mm的7075高强铝合金平板进行对接试验。采用不同热处理工艺（固溶温度、时效时间）对接头进行热处理,并对不同热处理工艺下的接头进行微观组织观察和显微硬度测试。研究结果表明：7075铝合金FSW接头由焊核区（WNZ）、热机影响区（TMAZ）及热影响区（HAZ）组成,WNZ为细小均匀的等轴晶组织;热处理后接头WNZ部分晶粒发生粗化;随着固溶温度的升高,晶粒粗化程度增大;随着时效时间的延长,WNZ晶粒粗化程度变化不明显;FSW接头显微硬度分布呈“W”型,热处理后接头显微硬度均有不同程度的升高,随着时效时间的延长,接头的显微硬度先增大后减小;固溶温度490 ℃、时效温度120 ℃、时效时间24 h是厚度为6 mm的7075铝合金FSW接头的最佳热处理工艺参数。     

R134a在水平螺纹管内的冷凝换热特性研究

随着节能减排要求的不断提高,制冷系统用铜管的换热性能成为研究重点。为得到3种不同规格的内螺纹管管内冷凝的换热与流动阻力特性,以R134a为工质,研究质量流速和螺纹管几何参数等对冷凝换热的影响。实验结果表明制冷剂侧换热系数与压降均随着质量流速的变化而增加,其中小流速下的增幅明显小于大流速下的增幅。使用hr/Δp作为综合性能评价的指标,发现6.35 mm管径中hr/Δp先下降后上升的趋势较为明显,转折点质量流速约为600 kg·m-2·s-1,在质量流速大于此点后,换热系数的增幅超过了压力损失的增幅,表明较小管径铜管在较大质量流速区间内综合性能较强。     

基于RSM与NSGA Ⅱ的燃气灶外壳零件成形质量多目标优化

为提高燃气灶外壳零件的成型质量和安全性能，课题组基于DYNAFORM建立燃气灶外壳的有限元模型并完成优化模拟。以圆角半径A、压边力B和模具间隙C作为影响零件成形质量因素，以最大减薄率y1和最大增厚率y2作为优化目标，应用Box Benhnken(BBD)设计响应面（RSM）试验；采用DYNAFORM 6.0有限元软件模拟试验并获得样本数据，得到y1与y2的多项式回归响应模型；结合遗传算法对多目标优化函数进行优化求解，根据带精英策略的改进型非支配排序遗传算法（NSGA Ⅱ）获得优化后Pareto最优解集。最后选取了最优工艺参数组合：取整得到A为13 mm，B为335 kN，C为0.84 mm。根据NSGA Ⅱ预测结果y1为23.32%，y2为2.80%，经数值模拟验证，最大减薄率和最大增厚率分别为23.39%和2.96%，因此试验结果和预测结果误差低至0.3%。文中采用的零件成形质量多目标优化方法准确度高，为提高同类外壳零件的成形质量提供一种有效的优化方案。     

高速铣削淬硬H13钢表面粗糙度及残余应力实验研究

为了获得淬硬H13模具钢在高速铣削后的高质量表面,基于单因素实验设计法,采用TiAlN涂层硬质合金立铣刀对其进行高速铣削实验。通过使用NPFLEX白光干涉仪和PROTO X射线衍射仪对加工后工件表面粗糙度、表面形貌以及表面残余应力进行测试,同时分析了切削速度、每齿进给量和轴向切深对测试结果的影响规律。研究结果表明：当切削速度为150 m/min时,表面粗糙度Ra值最小;当每齿进给量为0.06 mm/z时,Ra值最佳;而当轴向切深为0.06 mm时,Ra值最大。随着切削速度的增大,表面残余压应力呈现先减小后增大再减小的变化趋势,随着每齿进给量的增加,表面残余压应力变化并不显著,而随着轴向切深的增加,表面残余压应力增大;最大表面残余压应力和最小表面粗糙度的组合并不在相同的切削参数下获得。     

轻质油蜡样分析和固体防蜡剂的研制

针对我国西部部分油田油井结蜡而存在的生产实际问题，现场采集了油井的结蜡样品，运用X射线粉末衍射、红外光谱和扫描电镜等对采集蜡样进行了分析研究，得出蜡样中含有芳烃、正构烷烃和沥青质等相对大的颗粒物质。根据蜡样的特点，在室内对固体防蜡剂的主剂和助剂等进行了优选和复配，最终研制出了适用于轻质油油井防蜡用的固体防蜡剂。运用自制的实验装置对该固体防蜡剂在原油中的各种性能进行了室内研究，得出该固体防蜡剂的溶解速度分别为1.094mg/L?min-1（50℃）、2.112mg/L?min-1（55℃）、4.925mg/L?min-1（60℃）时，防蜡效果较好，当其达到一定浓度时，防蜡率超过50%。并通过评价结果分析研究了防蜡剂产生效果的机理，同时得出了在油田现场实际施工时要注意井深情况的结论。     

基于移动荷载分析的沥青路面结构优化设计

为了优化沥青路面结构设计，借助大型有限元软件ABAQUS将汽车荷载简化为移动的均布荷载进行路面结构动力分析。利用正交分析方法，选择路面结构各层的厚度、弹性模量值以及泊松比等共17个因素，各因素水平为3个，由统计软件SPSS生成L64(317)的正交表，进行了64次数值模拟试验，然后根据理论知识和实际经验，选取具有代表性的12个考核指标进行综合比较和分析。最后得到了重型货车动荷载作用下动力响应最小的沥青路面结构组合。     

基于均匀设计的高光注塑件残余应力研究

针对注塑成型过程中存在残余应力过大会严重影响制品成型质量的问题，提出了基于均匀设计的工艺参数选用 的优化方案。通过分析残余应力产生的来源，结合不同的浇口数量及冷却／加热管道的布局设计了6种方案，并选出最 优模具设计方案。采用均匀设计法进行试验方案设计；采用回归方程对试验结果进行曲线拟合；通过MATLAB编程求 最值的方法得到最优参数组合，减小残余应力的产生。结果表明采用均匀设计法的方案设计减少了试验次数，且采用优 化参数的注塑过程有效降低了残余应力值，提高了产品质量，证明了其合理性。     

气体阵列微喷射换热特性实验研究

针对近年来电子元件发热量和热流密度不断增大,导致其工作性能受到严重影响的问题,课题组用气体阵列喷射冷却的方法来加强电子设备换 热效果。为研究气体换热特性,实验采用0.5 mm及0.7 mm孔径线性排布的阵列孔板,通过改变喷射间距和喷射孔径,以氩气和空气为工质研究了不同条件下气体 射流冲击的换热特性。并将氩气的换热效果与空气进行比较。实验发现：气体射流冲击换热条件下的换热系数可达到150 W·m-2·K-1,明显高于传统 电子设备散热方式;在2 mm喷射间距下气体的射流冲击换热效果好于4 mm及6 mm;在3种喷射间距下,增大喷射孔径均能有效提高换热效果;在喷射孔径小,间 距小时,空气的换热效果好于氩气,当增大孔径和间距时,两者的换热效果变得十分接近。实验结果对工业应用有一定参考价值。     

外圆磨削18CrNiMo7-6表面完整性研究

采用CBN砂轮对渗碳钢18CrNiMo7-6进行不同工艺参数下的外圆磨削,并借助三维形貌测量系统、残余应力测试仪以及显微硬度计分别对表面粗糙度、三维表面形貌、残余应力和显微硬度进行测量,探究不同外圆磨削工艺参数对表面完整性的影响规律。研究结果表明:在以砂轮线速度v_s为单因素变量研究时,v_s=16. 89 m/s(4 300 r/min)下表面粗糙度最优;在以工件速度v_w为单因素变量研究时,v_w=11. 12 m/min (150 r/min)下表面粗糙度值最大,v_w=22. 24 m/min (300 r/min)下表面粗糙度值最小;在以磨削深度a_p为单因素变量研究时,ap=0. 02 mm下表面粗糙度最小。不同磨削工艺参数下工件表面残余应力均呈现为残余压应力,且不同砂轮线速度和工件速度下,深度方向上周向残余应力σ_x和轴向残余应力σ_y也都呈现为残余压应力,残余压应力最大值都出现在表面,之后随深度逐渐减小并趋于稳定。同时结合原始试样的残余应力梯度分布可知,外圆磨削使得工件表层的残余压应力值变大,形成了30μm左右的残余应力变质层。不同砂轮线速度以及不同工件速度下的显微硬度梯度分布均呈现的是先下降后稳定的趋势,且结合原始试样的硬度梯度分布可知,磨削工艺使工件表层形成了约30～60μm的硬化层,显微硬度相对于原始试样有明显的提升。并采用单颗磨粒进行磨削仿真,获得了较为可靠的残余应力梯度分布,与试验结果相比整体趋势一致,具有一定的实际意义。     

基于ANSYS的激光焊接温度场数值模拟与实验研究

为了探究钢铝2种金属材料的焊接性能,以B1500HS高强钢和6016铝合金为对象,基于ANSYS平台建立钢／铝激光平板搭接焊的三维有限元模型,进行焊接过程温度场数值模拟,采用热电偶同步测温方法测得焊接热循环曲线。将实测结果与数值模拟结果对比分析,表明吻合度较好。验证了模拟计算的准确性。     

基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状，课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟。模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解，探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况。结果表明：相同工况下，不同搅拌组合的流场特性差异较大；上桨采用径向流桨的搅拌组合形成的混合流场整体速度分布更均匀，能为釜内物质提供更佳的混合和传递效果；同时上桨和底桨采用6半圆叶圆盘涡轮桨的搅拌组合C气液分散性能更好；功耗方面，搅拌组合A>组合C>组合B>组合D。模拟结果及分析可为气液反应釜搅拌器的设计及优选提供重要的参考。     

苏氨酸发酵罐内不同搅拌桨组合下流场模拟

针对目前工业大型苏氨酸发酵罐搅拌设备在设计过程中依赖传统经验的现状,课题组基于CFD技术模拟了发酵罐内不同搅拌桨组合下的搅拌流场,根据模拟试验结果,为设计提供数据支持。从模拟结果中提取了罐内底桨处的流速大小分布情况,同时研究了罐内特征线上的流速分布情况;利用Patch方法,研究了搅拌流场的混合时间,试验给出了搅拌桨功率,结合二者分析了搅拌桨组合的混合效率。结果表明上3层搅拌桨选用3斜直叶桨,底层桨选用6叶前抛物线式圆盘涡轮桨的搅拌组合为较优组合。模拟试验结果及分析为苏氨酸发酵罐搅拌器的设计提供了参考。