电渣熔铸过程渣池深度对金属熔池影响的数值模拟研究

电渣熔铸过程中,金属熔池深度直接影响熔铸件的结晶,从而影响钢锭的质量。本文借助大型通用有限元软件ANSYS．对不同渣池深度的金属熔池进行了模拟研究,得出金属熔池深度与渣池深度之间存在非线性函数关系。模拟结果与实验值吻合较好。运用此模型可预报金属熔池状况。指导实际生产。     

电渣熔铸钢锭微观组织的模拟

电渣熔铸中的工艺参数决定金属熔池的形状和微观晶粒的尺寸及取向,并最终影响熔铸钢锭的质量.本文采用元胞自动机法,借助MATLAB软件,对电渣熔铸钢锭微观组织进行数值模拟研究,模拟结果与实验结果吻合较好.同时研究了渣池温度,侧面换热系数,底部换热系数对熔池形状和晶粒取向的影响,为实际生产提供了理论依据.     

1 000 MW超超临界锅炉结渣特性预测模型

根据1 000 MW超超临界锅炉的实际运行数据,对其结渣特性进行研究和分析。建立了基于煤灰特性的锅炉结渣特性预测模型,包括单一指标和综合指标的各预测模型,这些预测模型能简单、快速地预测锅炉的结渣特性。但对于锅炉燃用煤质不均匀或采用混煤燃烧等情况,这类预测模型的准确性和可靠性将下降。同时根据锅炉运行时的实时监测数据,建立了基于炉膛清洁因子的炉膛结渣特性在线监测模型,通过炉膛出口后各受热面进出口蒸汽温度、流量,以及省煤器出口烟气温度等有关参数,利用反平衡法计算求得此时的炉膛出口烟气温度,然后求出炉膛的平均热有效性系数和炉膛清洁因子,最后根据清洁因子的大小来判断锅炉的结渣特性。该模型不仅能根据锅炉运行实时数据的采集,实现锅炉结渣特性的在线实时监测,而且能对煤质不均匀或采用混煤燃烧等情况的锅炉结渣特性做出较准确的判别。     

液滴撞击液面形成的液坑形态特征及其重力势能分析

用高速相机拍摄了不同直径的液滴（纯净水）以不同速度撞击不同深度液池的过程,对液坑的形态特征和规律进行了分析。液池较深时,当液坑体积达到最大时,其形状基本为半球形;液池较浅时,受池底限制,液坑不能充分发展,体积达到最大时,形状呈被横切掉底部的半球形。液池较深时,生成的液柱较粗且低,分离出的次生液滴较少;液池较浅时,液柱较高且细,分离出的次生液滴较多。无量纲液坑最大水平长度和无量纲最大深度均随韦伯数增大而增大,液滴直径越大,无量纲液坑最大水平长度和最大深度越小;液池较深时,无量纲液坑最大水平长度和最大深度随液池深度减小而增大,然而,当液池浅至一定程度时,无量纲液坑最大水平长度和最大深度却明显减小。对已有的液坑重力势能模型进行了扩展,并据此分析了液坑重力势能的变化规律,研究发现:液坑的重力势能随液滴初始动能增大而增大;液池较深时,液坑重力势能随液池深度减小而增大;液池较浅时,液坑重力势能与液滴初始动能的比值更低。     

锌渣的固化处理及浸出毒性试验研究

采用药剂稳定化、水泥固化以及二者结合等方法对锌渣进行了处理研究。结果表明重金属螯合剂的药剂稳定化和水泥固化相结合的方法处理锌渣,其重金属含量可以低于固体废物毒性浸出标准的限值,能有效控制对周围环境的污染。所以,采用药剂稳定化和水泥固化结合的方法处理锌渣是完全可行的。     

基于数值模拟的孔构件挤压强化疲劳寿命预测

为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为,分析了残余应力场对疲劳性能的影响,探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系,建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力,改变疲劳裂纹的萌生位置,抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展,提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍,疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。     

V型缺口根部裂纹应力强度因子的有限元分析

各种宏微观缺口会导致局部的应力/应变集中,疲劳裂纹往往萌生于缺口根部,缺口根部与裂纹前沿的三维应力场相互作用使得缺口根部裂纹前沿的应力场非常复杂,很难得到精确的解析解.文中利用三维有限元方法系统研究了V型缺口根部裂纹前沿的三维应力场,分析了缺口约束对裂纹前沿应力状态的影响,建立了考虑缺口约束影响的应力强度因子经验解,对实际应用具有指导意义.     

纤维泊松收缩对陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的影响

采用细现力学方法研究了纤维泊松收缩对陶瓷基复合材料迟滞回线的影响.采用库仑摩擦法则描述脱粘区界面剪应力分布,结合拉梅公式得到了界面脱粘区和粘结区的细观应力场.根据卸载与重新加载时纤维相对基体滑移机制,分析了加、卸栽纤维轴向应力分布,假设纤维轴向应力在界面脱粘尖端连续得到了初载时界面脱粘长度ls、卸载时界面反向滑移长度y以及重新加载时界面滑移长度z',讨论了纤维泊松比、纤维体积百分数和界面摩擦系数对加卸栽界面滑移长度、迟滞回线的影响.由于考虑了纤雏泊松收缩的影响,预测的迟滞回线面积及卸载残余应变大于Pryce-Smith模型预测值.     

基于电饱和模型的裂纹端部应力场分析

在非线性电弹性理论构架内,采用电饱和条带模型和复变函数方法,探讨了远场均匀载荷作用下无限大压电介质中裂尖附近的应力场,主要关注裂尖附近的应力场。所得解表明,裂尖附近任意一点处的各规格化应力分量均仅由这一点的角度决定,而与该点到坐标原点的距离无关。最后,基于PZT-5H的数值结果对其裂尖附近各面内的应力分量进行了分析,与相关研究结果比较,本文方法得到的解是有效的。     

调整工艺参数对ESR熔池深度影响的研究

研究了自耗电极自动进给系统下的电渣重熔 (Electroslagremelting简称ESR)工艺参数与熔池深度h( 0 ,Y)的关系 ,它可用h( 0 ,Y) =A·e-B/Y数学式表示 ,其中A ,B为工艺参数的函数。利用这一数学表达式 ,如果工艺参数变量为已知 ,则可求出任意锭高Y的h( 0 ,Y) 。比较了调整功率与等电流重熔二种工艺 ,结果表明 ,前者得到的h( 0 ,Y) 有明显的降低 ,且随锭高Y的增加 ,h( 0 ,Y) 变化亦小 ,有利于得到均匀的铸态组织。假若调整幅度选择得当 ,在锭高Y大于某一值时 ,获得近等深熔池是可能的     

电磁辅助激光熔化沉积的残余应力

针对激光熔化沉积内部残余应力较大的问题,对其产生的机理作了分析。基于电磁场的应用原理,提出电磁辅助激光熔化沉积以降低其残余应力的方法。利用ANSYS参数化编程语言APDL模拟了电磁辅助激光熔化沉积的过程,分析了成形件残余应力的变化规律,结果表明同步加载轴向电磁力能较好地消减成形件内部残余应力。采用X射线衍射结合电解腐蚀的方法进行深度方向的残余应力测量试验,试验结果验证了电磁辅助的有效性。     

静电场对轴对称射流雾化效果的影响

设计和组装一台实验装置,研究了柴油通过压缩空气进行喷射时,静电场对轴对称射流液体的浓度分布影响.结果表明:在无电场作用时,随着靶盘距喷嘴距离的增加,液流浓度逐渐减小;当喷雾压力增加时,射流轴线上的液流浓度变化较大;随着距轴心线距离的增加,液流浓度的变化逐渐趋于平缓,最后基本达到稳定.在静电场作用时,随着电场强度逐渐增大,液流的雾化分布与增加空气压力时液流的雾化分布具有基本相同的特点,电场强度对射流轴线上液流浓度的影响最为明显.利用实验结果拟合了液流浓度的准则关系式,得到了无量纲坐标内液流浓度的变化规律,为获得最佳雾化效果的设计提供了参考.     

Non-destructive Evaluation of Absolute Stress in Steel Members Using Shear-Wave Spectroscopy

Non-destructive measurement of absolute stress in steel members can provide useful information to optimize the design of steel structures and allow the safety of existing structures to be evaluated.This paper investigates the non-destructive capability of ultrasonic shear-wave spectroscopy in absolute stress evaluation of steel members.The effect of steel-member stress on the shear-wave amplitude spectrum is investigated,and a method of absolute stress measurement is proposed.Specifically,the process for evaluating absolute stress using shear-wave spectroscopy is summarized.Two steel members are employed to investigate the relationship between the stress and the frequency in shear-wave echo amplitude spectrum.The H-beam loaded by the universal testing machine is evaluated by the proposed method and the traditional strain gauge method for verification.The results show that the proposed method is effective and accurate for determining absolute stress in steel members.     

基于有限元分析的变截面轴向力支撑片内式应变天平研制

内式应变天平的轴向力元件结构在受到大载荷尤其是大力矩载荷后,其支撑片上的最大应力是限制天平最大承载能力的主要因素。研制了一台大力矩内式应变天平,并采用有限元分析方法对轴向力元件的支撑片和测量梁进行了优化和改进。将支撑片的外形由传统的等截面改进为变截面,减小支撑片中间部位的厚度,并增加两端的厚度,在保持天平轴向刚度一致的基础上,降低了支撑片上的最大应力;采用变截面结构的轴向力测量梁,减小了测量梁上的应变梯度。有限元分析结果表明:与传统的等截面支撑片相比,变截面支撑片上的应力分布比较均匀,其根部最大应力减小了20%以上;与等截面测量梁相比,变截面测量梁上的应变梯度降低了79%。天平校准结果与有限元分析结果一致,风洞测力试验也表明该天平具有良好的稳定性。     

气液两相分层流剪切应力的不确定度分析

基于水平气液两相分层流的压力梯度、波状液层和气壁剪切应力实验数据,对两流体剪切应力进行不确定度计算,分析各不确定度分量对液壁和气液界面剪切应力结果的影响.由剪切应力可以直接计算分层流动量平衡方程的本构参数,对本构参数的关联作了合理的解释.气液界面剪切应力受液层高度和压力梯度的准确性影响较大,而液壁剪切应力却相反,和气液界面剪切应力最大程度相关.通过和实验数据对比发现,液壁摩擦因子无法像气壁摩擦因子那样可以用单相管流的指数型关系式来描述,而是应该结合气液界面摩擦因子建立一个基于两相各流体特征参数的有效关联式.     

金属磁记忆微观机理试验研究

金属磁记忆检测机理中指出:地磁场环境中受载荷作用的铁磁试件,其内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向。将未经磁化且弯曲不同角度的无取向硅钢片和未经磁化且施加不同载荷的20#钢压缩试件制作成金相观察试样,利用B itter粉纹法观察受力程度不同的硅钢片和20#钢试件的磁畴结构,对比同种材料不同载荷试样的磁畴结构照片,分析应力对磁畴的影响。试验表明:未受力或应力集中较小时,晶粒内磁畴以片状畴为主,同一晶粒内畴壁相互平行,随着应力集中程度的增加,磁畴结构出现迷宫畴。且应力集中程度越大,迷宫畴个数越多,同时畴壁长度和间距发生改变。     

共轴式双旋翼悬停诱导速度场的PIV实验研究

采用粒子图像测速( PIV)技术对悬停状态下共轴式双旋翼和单旋翼的流场特性进行了水洞实验测量,得到流场矢量图和涡量云图数据.通过对所得数据进行处理和深入分析,得出了悬停状态下共轴双旋翼流场特性的一系列有价值的结论,如:共轴式双旋翼产生的轴向诱导速度大于单独靠下旋翼产生的轴向诱导速度,但小于其两倍;沿旋翼轴向下,轴向诱导速度逐渐增大.径向诱导速度在桨尖区域表现为快速向内收缩,上旋翼收缩速度比下旋翼快,收缩范围大;对于单双旋翼,周向诱导速度都存在一个方向转向的半径位置,在其内和该旋翼转向相同,在其外则相反,对于理论研究和工程设计有重要的参考作用.     

拉压、扭转载荷下铸铝合金的亿周疲劳性能研究

应用超声疲劳试验机对铸铝合金2-AS5U3G-Y35在扭转和拉压循环载荷下进行了超高周疲劳性能测试.介绍了超声扭转疲劳试验装置的设计.应用35 Hz常规疲劳试验机和20 kHz的超声疲劳试验机完成应力比R=-1的拉压、扭转疲劳试验,进而研究不同载荷条件、加载频率对铸铝合金超高周疲劳性能的影响.S-N曲线显示,铝合金在105～1010疲劳周次间仍发生疲劳断裂,不存在疲劳极限.断口分析表明,在超高周循环拉压载荷下,疲劳裂纹常萌生于试样次表面材料内部缩孔.与循环拉压载荷下的疲劳断裂机理不同,在循环扭转载荷下疲劳裂纹主要萌生于试样表面,疲劳断裂面为一种典型的沿试样轴向45°的螺旋面,即沿最大主应力平面断裂.扭转疲劳断面清晰的剪切条带表明扭转疲劳断裂实质上是剪切断裂.     

喷丸强化10Ni3MnCuAl钢的表面性能

对10Ni3MnCuAl钢磨削表面进行不同强度的喷丸强化处理,分析了喷丸强化后10Ni3MnCuAl钢的金相组织及喷丸表层下微观结构的变化,测量了喷丸影响层的显微硬度以及喷丸强化所形成的残余压应力场, 研究了喷丸所造成显微硬度、金相组织和表面残余应力等表面完整变化.结果表明, 喷丸强化可显著改善10Ni3MnCuAl钢表面完整性及其疲劳寿命. 喷丸强度高时将产生过喷效应,导致疲劳寿命的降低,实验测得最佳喷丸强化弧高值为0.40 mm时表面质量最好,喷丸影响层的残余应力深度达450 μm.