窄间隙摆动电弧数值模拟

为了探究窄间隙摆动电弧焊接过程中窄间隙坡口对电弧形态的影响，课题组以实际焊接工艺为依据，利用磁流体动力学理论建立了窄间隙焊接电弧燃烧侧壁的三维对称数学模型。通过对FLUENT自定义函数（UDF）二次开发，实现了对窄间隙焊接电弧的数值计算，且计算的电弧形态与试验结果吻合良好;获得了窄间隙焊接电弧的流场及温度场分布规律。计算结果表明：远离侧壁处电弧的磁感应强度大于靠近侧壁处电弧的磁感应强度；引起了等离子流场、压力场及温度场向侧壁偏转；由于窄间隙焊缝形貌影响，电弧底部等离子体沿熔池切线向焊缝凹面底部运动，并影响熔池上方电流密度及温度场的分布。     

焊缝宽度对碳钢对接接头残余应力分布的影响

针对当前大量焊接结构采用对接接头形式，存在焊缝宽度影响结构表面残余应力分布的问题，课题组结合有限元仿真软件ABAQUS建立了一种利用双椭球摆动热源进行窄间隙焊接的平板对接模型，并使用焊缝非线性的热弹塑性有限元法，计算出Q235A钢在4种不同焊缝宽度下对接焊接接头的残余应力分布。计算结果表明：小尺寸焊缝宽度的对接接头在焊缝中心和热影响区存在超过屈服强度级别的残余拉应力；大尺寸焊缝宽度则会导致不利的横向残余拉应力。因此，在进行焊接结构设计时，选取中等焊缝宽度可以提高焊接结构的力学性能。     

表面张力对激光深熔焊熔池小孔的影响

为了探究表面张力对于激光焊接熔池的影响，课题组使用移动旋转高斯体热源来简化焊接的热过程，建立数学模型，获得了奥氏体不锈钢深熔焊接过程中动态熔池的温度场以及流场分布；同时以奥氏体不锈钢为基板进行激光焊接试验，试验得到的焊缝横截面尺寸同模型计算结果得到的熔池尺寸相吻合，验证了模型的可靠性；以此为基础对2种不同表面张力系数下激光焊接熔池过程进行仿真。研究结果表明：激光深熔的过程中，表面张力系数较小时，焊接小孔深度较深，有利于热量向钢板厚度方向传递，增大了熔池深度，但是降低了焊接小孔的稳定性。因此，可以通过改变表面张力系数来调整熔池的流动行为，提高焊接质量。     

超薄镍基合金P MPAW焊缝成形特征及微观组织演变

为了获得成形良好的超薄镍基合金焊接接头及其细化的微观组织,课题组基于恒定的平均电流,设计不同脉冲电流参数,采用脉冲微束等离子弧焊（P MPAW）对100 μm厚的镍基高温合金板材进行焊接实验。然后借助超景深显微镜对焊缝的宏观形貌及微观组织进行观察,分析脉冲参数下焊缝成形特征,并采用直线截点法计算焊缝中心的平均晶粒尺寸。结果表明：不同脉冲参数匹配下形成5种焊缝形貌,随着基值电流和脉冲频率的增加,焊缝熔池趋于连续均匀变化趋势。当基值电流为0.8 A、占空比为30%以及脉冲频率为100 Hz时,焊缝中心的平均晶粒尺寸最小。因此,脉冲微束等离子弧焊下,较小的占空比和基值电流以及较大频率的脉冲参数匹配,可获得成形良好且晶粒细化的焊缝。     

基于FLUENT的超薄板微束等离子弧焊熔池行为研究

焊接熔池的特征信息与焊缝的成形质量具有直接的对应关系，为了获得高质量的焊缝，课题组对超薄板微束等离子弧焊的熔池进行研究。通过FLUENT软件采用Solidification & Melting模型与SIMPLEC算法对直流和脉冲微束等离子弧焊熔池进行数值研究，并设计了焊接熔池视觉检测系统；通过实验采集熔池的几何特征对数值分析的结果进行了验证。结果表明：在平均电流相同的情况下，直流状态下熔池的温度和宽度大于脉冲电流时熔池的温度和宽度；但是直流时熔池中液态金属的流速与熔池的振幅都小于脉冲电流状时熔池中液态金属的流速和熔池的振幅。通过实验发现使用数值模拟的方法可以获得一定的熔池特征信息。     

遗传算法优化的神经网络熔深预测模型

依据熔化极气体保护焊(GMAW)焊接时对焊缝熔深的影响因素,结合遗传算法,建立以焊接电流、焊接电压、焊接速度和焊缝熔宽为输入、以熔深为输出的BP神经网络焊缝熔深预测模型。仿真试验和结果分析表明：使用遗传算法能得到神经网络较好的初始权值和阈值,能显著提高网络性能;所建模型符合已有的焊接熔深理论研究,并且预测误差较小,具有较好的泛比能力和较高的预测准确性,对工程实际具有一定的指导意义。     

磁场约束对CMT增材制造铝合金微观组织及力学性能的影响

为了解决电弧增材制造铝合金过程中出现的气孔和微观组织缺陷问题，课题组采用了纵向直流磁场来辅助电弧增材制造铝合金的方法，研究了纵向直流磁场对成形件的焊缝气孔、组织形貌和力学性能的影响。结果表明：纵向直流磁场可以降低增材制造铝合金成形件的孔隙率，改变熔合线的形貌，细化铝合金内部的微观组织；施加了纵向直流磁场辅助电弧增材制造铝合金的成形件，横向和纵向极限抗拉强度分别达到了176.5和182.9 MPa，相比于无磁场条件下提升了9.3%和14.4%，组织性能明显优于无磁场条件下的成形件；施加了磁场后的成形件拉伸断口表面气孔数较无磁场下明显减少，断口形貌呈韧性断裂。     

基于ANSYS数值模拟高频焊接工艺优化及试验研究

通过ANSYS有限元模拟分析软件及正交试验,对Q195钢管的高频感应焊接工艺参数进行了模拟优化,确定了最佳工艺参数组合:开口角大小为7°,焊接频率为325 k Hz,激励电流为1 400 A,焊接速度为70 m/min。分析了该工艺参数下高频感应温度场和应力场的分布规律,并对优化结果进行了研究和试验验证。结果表明:在优化参数下,焊管的焊缝区域残余应力集中较小,晶粒较为细小,组织分布均匀,整个焊管的质量较好。以此验证了高频感应焊接成形数值模拟优化的准确性。     

YG20/45钢激光熔钎焊焊缝界面显微组织与元素扩散研究

针对YG20/45钢异种金属焊接时，存在焊缝接头脆性高及焊缝连接性能差等缺点，课题组提出以Cu/Invar/Ni复合层为中间层进行激光熔钎焊焊接，研究焊缝区域微观组织、化学成分及元素扩散规律。试验结果表明：母材硬质合金中的WC晶粒棱角在焊接试验中会溶解，部分晶粒聚集但不长大，从而降低了焊接接头的脆性；在焊缝过渡区Invar合金和硬质合金中的元素发生扩散反应，其中Invar合金中的Fe和Ni元素补充硬质合金流失的Co元素，形成粘结相，提高了焊接母材的连接性；硬质合金和45钢之间加Cu/ Invar/Ni复合层，激光钎焊接头宏观形貌都较好，在母材厚为4 mm时，试验采用激光功率为1 700 W，激光扫描速度为0.1 m/s，离焦量-3 mm时可以获得冶金性良好的焊接接头。     

非正弦电压供电对笼型异步电动机特性的影响

由于电力系统日益广泛地使用非线性特征的用电设备和电力变压器夜间运行时的电压偏高，造成电流中的谐波含量较大。这些谐波电流注入电力系统，使电力系统的电压产生谐波分量，引进正弦电压波形畸变，本文介绍利用等效电路分析谐波电压作用下的谐波电流、谐波转矩及产生的谐波损耗对笼型异步电机性能的影响。     

40 mm厚铁素体不锈钢与16Mn钢异种电子束焊接接头显微组织结构研究

为了探究异种钢焊接接头的强度和使用性能，课题组对焊接接头不同位置处的显微组织结构进行研究。首先，电子束焊接将06Cr13Al铁素体不锈钢（FSS）对接连接到16Mn低合金钢厚板上；通过工艺优化，在电子束偏移向16Mn钢1.5 mm时获得成型良好的焊接接头；采用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究异种焊接接头不同位置处的显微组织，并测试异种接头硬度。结果表明：焊缝主要由粗大的柱状晶和中心轴向晶粒组成，显微组织由板条马氏体组成；16Mn钢的热影响区（HAZ）显微组织为羽毛状的上贝氏体和针状铁素体，铁素体不锈钢热影响区主要以粗大的铁素体和马氏体组成；焊缝区的显微硬度明显高于母材，焊缝不同厚度处的显微硬度没有明显的差异。焊接接头成型良好，未观察到缺陷。     

铝钢异种金属CMT焊接变形研究

针对目前使用冷金属过度焊（CMT）对铝钢异种金属薄板进行焊接时,存在焊接质量差,焊接热变形及使用性能低等缺点,对薄板件焊接过程采用SYSWELD软件进行模拟。通过不同的试验参数进行组合,得出金属薄板在X,Y以及整体方向上的焊接变形量,分析不同焊接参数对焊接热变形的影响规律。结果表明：在达到焊接要求的前提下,应尽量减少焊接时间和焊接电流;在一定焊接电压范围内,焊接电压越大,相同时间内焊接变形量就越大,Y方向焊接变形值约为X方向的1.5倍;为了避免焊接变形量过大,宜选用相对较大的焊接速度。     

介质层对真空微电子三极管特性的影响研究

用粒子模拟程序MAGIC模拟了真空微电子三极管的电子学特性,其发射电流由Folwer-Nordheim公式得出.研究了栅极与阴极间介质层对电子发射特性的影响,发现介质层的位置对发射特性有较大的影响.对一个典型结构真空微电子三极管的模拟结果表明,当介质孔半径从0.4μm增加到2.0 μm时,发射电流将从0.198μA减小到0.115 μA,前人的研究工作中常常忽略了介质层对电子发射特性的影响.同时还得到了电流-电压特性和电子轨迹图等模拟结果.     

一种新型用于VGA的微功耗指数电流电路

提出了一种适用于可变增益放大器(VGA)的微功耗指数电流电路。该电路结构简单,以偏置在亚阈值区的MOSFET为核心器件,并利用其漏源电流Ids与栅源电压Vgs呈指数关系的特性产生指数电流。该电路从系统架构出发,通过引入阈值监测电路,控制电压转换电路及求和电路,补偿了其阈值的工艺和温度偏差,使该指数电流电路具有较好的工艺和温度偏差抑制能力。基于TSMC 0.18μm标准的CMOS工艺平台验证表明:该指数电流电路dB线性动态范围为30 dB,其线性误差为±0.41 dB,最低工作电压为0.9 V,功耗为11μW。     

用数值模拟方法优化列车转向架侧梁焊接工艺的研究

基于ANSYS平台热弹塑性有限元分析，利用APDL语言，采用单元生死技术模拟焊缝形成过程，对B型列车14 t转向架侧梁的焊接残余应力与变形进行了模拟。结果显示，侧梁沿x方向(即焊缝方向)产生了收缩，两端向中心的收缩量大致相等，其值分别为0.846 mm和－0935 mm；在y方向上，上盖板沿y的负方向产生了较大的变形，其值为－1.548 mm，下盖板的位移较小，最大值仅为0.213 mm；z方向上，由于约束较强，其变形值较其它方向相比大约小一个数量级。等效残余应力在焊缝上最大，其峰值约为     

夹持条件对铝钢薄板CMT点焊变形的影响

夹持条件对焊接变形存在着突出影响，为了获得变形较小的焊接件，改善焊接质量，课题组利用CMT技术对异种金属铝钢薄板搭接进行点焊试验，测出焊后板件变形；然后，在相同工艺下对铝钢薄板试样的点焊进行有限元仿真，得到样件的变形规律，并与试验测量数据进行对比，验证了焊接仿真的可靠性；最后，采用响应面法建立夹持点位置、搭接宽度与焊接变形的数学模型。研究结果表明：随着搭接宽度或者夹持点位置的改变，焊接变形均呈现出由小到大的变化规律；不同搭接宽度下均存在最佳的夹持点位置使得焊接变形最小；当夹持点位置处于40~63 mm、搭接宽度在30~53 mm范围时，焊接件的变形量较小。     

钢芯铝绞导线的微动疲劳及其寿命预测

在自制的微动试验装置上，对钢芯铝绞导线（ACSR）进行微动试验研究。观察铝股线的断裂情况及断口特征，探讨导线的微动损伤机制。基于导线微动疲劳断裂机制，建立断裂力学寿命预测模型，对导线寿命进行预测。结果表明：ACSR导线微动疲劳过程中，内外层AI股线的断股都发生在高应力区，导线断口呈现正断口、45°口和“V”形断口三种形态；断口由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区及瞬断区三个不同形貌特征区域构成。寿命预测结果与实际试验结果相对误差较小。准确度较高。     

钢齿牙轮钻头齿面强化复合堆焊实验研究

运用自制的包含金属化的金刚石和硬质合金复合堆焊焊条，以O₂-C₂H₂焰为焊接热源进行堆焊，制备了含有金刚石的复合堆焊层。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜、材料性能实验机、动载磨料磨损实验机等实验手段和方法进行了金刚石表面和复合堆焊层形貌分析，堆焊层与基体的结合强度及堆焊层在动载荷条件下耐磨损性能的测试。研究表明：金刚石经过金属化处理后表面具有一定的金属性和浸润性，通过一定堆焊工艺在钢齿牙轮钻头齿面形成了组织致密均匀、硬质点与基体熔合良好的强化层，其抗剪强度达到了625MPa，磨损量减少了10％～70％，延长了钻头的使用寿命。     

光学球罩真空吸附装夹结构设计

为了改善光学球罩表面加工过程中效率低、装夹繁琐等问题，课题组设计了一种针对光学球罩的真空吸附装夹结构。选用“2转动+1摆动+微量进给”的加工工艺对光学球罩的内外表面进行磨削和抛光，并设计了中空的转台结构；分析球罩装夹时所需要的真空负压并验证在此真空负压下球罩在加工过程中不会出现滑移；运用Workbench软件仿真球罩 装夹头模型在加工过程中的变形量。仿真结果表明：在相同参数下内装夹头模型的变形量大于外装夹头；作为装夹头材料，45钢抗变形效果优于铝合金；模型的变形量随磨削力的增大而增大；真空负压及砂轮尺寸对变形量影响较小。该研究有助于提高球罩表面加工的质量和效率。     

基于有限元的冲裁力影响规律分析

摘 要：利用DEFORM-2D软件模拟了冲裁变形过程中冲裁力的变化情况,并与已有文献的实验结果进行比较,误差在可以接受范围以内,表明DEFORM-2D软件能够很好的表达冲裁变形过程。并在此基础上详细分析了冲裁过程中模具磨损、板料厚度及工艺参数等对冲裁力的影响规律,发现冲裁间隙对冲裁力的影响较小,而模具磨损程度、冲裁板料厚度等对冲裁力的影响较大,这些结果将有助于选择合适的工艺参数和冲压设备,有利于提高生产效率和降低成本,提高企业的市场竞争力。