几种典型BCC金属的塑性流动特征及本构模型综述

为了理解BCC金属的塑性流动特征并研究其本构关系,本文对多晶Ta、V、Nb及高强度低合金钢HSLA-65和DH-36在温度从77K到1000K,应变率从0.001/s到8000/s,真实塑性应变超过35%的塑性流动行为进行了系统研究。结合试验结果,对塑性流动本构模型进行了推导。得出:(1)合金钢HSLA-65和DH-36与多晶金属Ta、V、Nb具有类似的塑性变形特征;(2)BCC金属的塑性流动应力对应变率和温度非常敏感,但加载历史对流动应力影响较小,即演化后的微观结构组织其流动应力并不变化;(3)在低应变率下出现的动态应变时效现象随应变率的增加,时效温度区将移至更高区域;(4)基于位错运动学和动力学,结合系统试验结果,所推导的基于物理概念本构模型通式,在很宽温度很宽应变率范围内能较好的预测BCC金属的塑性流动应力。     

高温高应变率耦合对DD407镍基单晶合金的性能影响

为了理解一种新型DD407镍基单晶高温合金在高温高应变率下的力学行为,利用CSS4410型电子万能材料试验机和具有高温高应变率耦合试验功能的Hopkinson压杆系统测试该合金在温度293~1 273K,应变率分别为0.001、1 000及4 000/s条件下的塑性流动特性,并对变形前后的试样进行金相和SEM微观分析。结果表明:DD407合金在高应变率下的使用温度不能超过1 073K;其在压缩情况下的破坏均为剪切破坏;在温度接近或超过某一临界值,该材料的屈服强度和塑性流动应力对温度和应变率才会有很强的敏感性,与常规金属不同,该材料应变时效现象不明显。     

高速切削过程材料变形的应变率研究

高速切削因众多优点被广泛研究,然而切削速度快这一特点也限制了对切削过程的认识。为了研究切削过程各类物理参量的变化规律,进而应用到工程实际,提出了从流动的角度去认识切削过程的思路。分析了从材料流动观点研究应变率的依据,提出了一种基于网格测量的应变率计算方法,获得了切削过程应变率的分布,并与计算机模拟计算结果进行了对比分析,结果表明前刀面上的应变率受前刀面摩擦的影响,越靠近前刀面应变率越大,中心剪切面上应变率在剪切面方向上最大,且剪切面两端（刀尖与自由表面处）数值最大;从流动的观点研究应变率的分布,可实现较为粗糙的应变率定量研究。     

CFD计算网格误差分析的一个算例

为了给一般工程问题的CFD仿真的网格划分提供参考,研究了光滑直圆管中粘性稳态等温流动在不同尺寸、不同纵横比网格情况下的CFD计算数值解的误差.采用FLUENT软件进行数值计算,应用CFD仿真验证和确认的基本方法,与精确解比较,计算了各种网格的数值计算结果的误差,得到了网格独立解的网格尺寸,给出了误差随网格尺寸变化的规律.     

不同加载应变率下有机玻璃的压缩破坏与力学行为

对有机玻璃试件进行准静态和动态压缩试验,研究加载应变率对有机玻璃材料力学性能的影响,分析不同加载应变率下有机玻璃材料的微观损伤破坏模式.通过简化黏弹性本构方程拟合出适用于有机玻璃材料的黏弹性模型参数,并与试验结果进行比较.结果表明:在准静态加载条件下,有机玻璃表现为延性破坏,在动态加载条件下则表现为脆性破坏;随着加载应变率的提高,有机玻璃的流动应力明显增加,且动态加载条件下的峰值应力增加速率高于准静态.     

热加工条件下Ti60高温钛合金的本构关系

通过等温恒应变速率压缩试验研究了热加工条件下热力参数对Ti60合金高温变形行为的影响。结果表明:随着温度的升高和应变速率的降低,Ti60合金流动应力显著减小,表现为较强的应变速率敏感性和温度敏感性。以幂函数型Arrhenius方程为基础,引入Z-H参数的多项式建立了Ti60合金的本构关系。误差分析结果表明,流动应力计算值与试验值之间的相对误差小于10%,所建立的本构关系能够比较精确地描述Ti60合金热加工过程中的流动行为。     

基于立体视觉的板料成形极限应变测量关键技术及其系统

 设计并实现了一种基于双目立体视觉和数字图像相关方法的板料成形极限应变测量系统—BOSAS(双目视觉应变测量分析系统),对其中的关键技术作了深入讨论。该系统可以克服传统坐标网格方法很难进行变形过程的动态监控、自动化程度不高等局限,并可计算试件各变形阶段全场应变分布,以及重建不同变形时刻下试件的几何外形。将分段位移传递法和有限应变理论相结合,可计算大变形下的极限应变。对深冲铝板6016以及航空铝板2A12-T4、2A12-O、7B04-O等材料的应变测量结果显示本文方法适用于板料成形三维变形及极限应变的测量,并将测得数据与由坐标网格方法测得的数据进行比较,结果表明本文方法测量准确、可靠。     

三维槽道湍流的大涡模拟

利用大涡模拟方法模拟了雷诺数为13000的充分发展槽道湍流流动。为了比较网格和亚格子模型对计算结果的影响,采用了三种不同的网格数目,以及Smagorinsky模型和动力模型等两种亚格子模型,并与直接数值模拟结果进行了比较。结果表明,大涡模拟可以比较准确地给出速度分布、脉动速度均方根分布等湍流统计参数。在此基础上,对近壁区小尺度湍流结构进行了研究。     

用于二维不定常气体力学问题的一个拉格朗日差分格式及网格的重新划分

本文介绍一个用于二维不定常气体力学问题的拉格朗日差分格式,当遇到复杂流动网格发生扭转时,根据网格变形的特点,提出了重分网格的办法。它的优点是,在重分网格后新面积计算有统一公式,不必作复杂的逻辑判断,机器自动划分。数字计算结果保持了较好的精确度。本文以轴对称情况作为算例,计算了二种气体在激波管内的流动,数字计算结果对纵向流动作了物理分析,另外还对对称轴上的流动和一维变截面拉格朗日坐标计算结果作了比较。     

基于立体视觉的板料成形极限应变测量

设计并实现了一种基于双目立体视觉和数字图像相关方法的板料成形极限应变测量系统-BOSAS(双目视觉应变测量分析系统),对其中的关键技术作了深入讨论.该系统可以克服传统坐标网格方法很难进行变形过程的动态监控、自动化程度不高等局限,并可计算试件各变形阶段全场应变分布,以及重建不同变形时刻下试件的几何外形.将分段位移传递法和有限应变理论相结合,可计算大变形下的极限应变.对深冲铝板6016以及航空铝板2A12-T4、2A12-O、7B04-O等材料的应变测量结果显示本文方法适用于板料成形三维变形及极限应变的测量,并将测得数据与由坐标网格方法测得的数据进行比较,结果表明本文方法测量准确、可靠.     

叶片精锻中材料流动应力的计算

流动应力是反映材料抵抗塑性变形的能力。锻压时,坯料的流动应力与变形温度相关。叶片在锻压过程中,温度分布极不均匀所以在各部位上的流动应力也各不相等。为了准确地估算叶片锻压时的应力分布与所需载何,有必要对流动应力进行计算。由于叶片类锻件的几何形状自成体系,借助计算机     

航空发动机叶片-机匣碰摩摩擦热效应仿真分析

为了分析航空发动机叶片-机匣碰摩摩擦热对叶片的影响,基于有限元法建立了叶片-机匣碰摩摩擦的热-结构直接耦合模型,分析了不同偏心距和转速对模型应力场和温度场的影响,并与未考虑摩擦热效应的碰摩模型进行对比。结果表明:当叶片与机匣之间发生摩擦时,需考虑材料参数随温度变化的影响;摩擦热主要分布在接触表面较小的区域,温度分布沿接触面向四周呈递减趋势,且温度梯度越来越小。并在该区域产生了较大的热应力;随着偏心距和转速的增大,叶片-机匣的摩擦热效应越发明显。在实际工程问题中,需考虑摩擦热效应对叶尖表面损伤的影响。     

平移速度的变化对搅拌焊接材料流动的影响

基于有限元方法对不同搅拌头平移速度下搅拌摩擦焊接过程中焊接构件Al6061-T6材料的三维流动问题进行分析,研究了搅拌头平移速度的变化对等效塑性应变的分布和材料流动的影响。结果表明,搅拌头前方的材料向上涌起,被旋推到搅拌头后方并开始向下运动,这一过程是促使搅拌摩擦焊接顺利完成的主要原因。材料的等效塑性应变等值线与不同焊接区域的边界具有较好的对应关系。随着搅拌头平移速度的增加,垂直于焊缝方向上的截面上,等效塑性应变减小,但是材料的流动速度会随之增加。较低的搅拌头平移速度有利于焊缝中心线两侧材料的融合。     

模型机匣/叶片的包容性数值分析

应用有限元分析方法研究了模型叶片飞断后撞击模型机匣的响应,模拟了不同厚度机匣结构和不同材料的模型叶片以及叶片不同飞断转速下机匣的包容能力,对不同应变率下机匣的响应进行了计算和对比分析,并评价了主要参数对机匣响应的影响。计算结果与试验结果对比表明两者具有较好的一致性。      

一种叶片缘板阻尼器二维耦合振动的分析方法

采用带滑动触点的并联弹簧来模拟二维平面运动时叶片-阻尼器间的干摩擦接触,建立一种二维局部滑动摩擦接触模型.在叶片缘板处附加两个相互垂直的弹簧阻尼单元来模拟叶片振动时的二维干摩擦力建立B-G(blade-ground)型叶片-缘板阻尼器有限元模型.结合两个模型提出二维耦合振动时叶片缘板阻尼器减振特性的分析方法.算例分析表明在工作频率附近,存在一个正压力的范围使得二维耦合振动时叶片稳态幅值减振效果最好,频率对稳态幅值减振特性无明显影响.分析方法适用于各种复杂平面摩擦接触时叶片缘板阻尼器耦合振动的分析.      

航空发动机风扇叶片冰雹撞击仿真

为预估航空发动机风扇转子叶片受到冰雹撞击后的损伤情况,基于PAM-CRASH软件进行冰雹撞击风扇转子叶片仿真。采用SPH方法和带失效应变的弹塑性材料模型建立冰雹数值模型,模拟冰雹撞击铝合金平板过程,仿真结果与试验数据吻合较好。针对冰雹撞击旋转状态风扇转子叶片试验,建立3维风扇转子有限元模型,使用带失效模型的J-C本构模型定义叶片材料性能,采用该冰雹模型对试验过程进行仿真,获得的冰雹撞击过程和叶片损伤与试验结果基本相同,叶片凹陷深度误差小于10%。仿真与试验结果对比表明:风扇叶片冰雹撞击仿真方法能够预估叶片被冰雹撞击后的损伤情况,可用于叶片抗冰雹撞击设计与评估。     

搅拌摩擦焊接中压紧力的变化对焊接过程的影响

使用基于固体力学的有限元方法模拟了不同压紧力作用下,搅拌摩擦焊接过程中焊接构件材料的三维流动过程。作为搅拌摩擦焊接工艺的重要参数,压紧力的变化会影响到搅拌摩擦焊接中靠近焊缝中心线材料的流动情况。在搅拌摩擦焊接工艺当中,材料的等效塑性应变可以对应于焊接构件的微结构分布情况。压紧力的变化仅仅会影响搅拌区内的等效塑性应变分布,并且在搅拌区内,压紧力的变化和等效塑性应变的变化具有准线性的关系。     

金属切削加工的热力耦合模型及有限元模拟研究

基于切削加工的热-弹塑性有限元方程并在一定假设的条件下,建立了金属正交切削加工的热力耦合有限元模型。分析、研究了切屑分离标准、刀屑界面的摩擦模型以及热控制方程等切削加工模拟所涉及的关键技术,并提出了几何-应力切屑分离标准。最后,采用ABAQUS软件对材料40CrNiMoA进行了切削加工模拟,并分析、讨论了模拟结果。通过与试验数据比较,证明了所建立的有限元模型的正确性。     

Mechanism of interconnected synchronized switch damping for vibration control of blades

The Synchronized Switch Damping (SSD) is regarded as a promising alternative to mitigate the vibration of thin-walled structures in aero-engines, especially for blades or bladed disks. The common manner is to shunt the switch circuit independently to a single piezoelectric structure. This paper is aimed at exploring a novel way of using the SSD, i.e., the SSD is interconnected between two piezoelectric structures or substructures. The damping mechanism, performance, and effective range of the interconnected SSD are studied numerically and experimentally. First, based on a dual cantilever beam finite element model, the time domain and frequency domain modeling and solving methods of the interconnected SSD are deduced and validated. Then, the influence of the amplitude and phase relationship on the damping effect of the interconnected SSD is numerically studied and compared with the shunted SSD. A self-sensing SSD control board is developed, and experimental studies are carried out. The results show that the interconnected SSD establishes an additional energy channel between the corresponding piezoelectric structures. When the amplitudes of the two cantilever beams are different, the interconnected SSD balances the vibration level of each beam. When the amplitudes of the two cantilever beams are the same, if the appropriate interconnection manner is selected according to the phase, the resonance peak can be reduced by more than 30%. When the vibration is in-phase/out-of-phase, the damping generated by the interconnected SSD in a cross/parallel manner is even more significant than the shunted SSD. Furthermore, this novel connection scheme reduces the number of SSD circuits in half. Finally, for engineering applications, we implement the proposed damping technology to the finite element model of a typical dummy bladed disk. A piezoelectric damping ratio of 13.7% is achieved when the amount of piezo material is only 10% of blade mass. Compared with traditional friction dampers, the major advancements of the interconnected SSD are: (A) it can reduce the vibration level of blades without friction interface; (B) the space constraint is overcome, i.e., the vibration energy is not necessarily dissipated independently in one sector or through physically adjacent blades, and instead, the dissipation and transfer of vibrational energy can be realized between any blade pair. If a specific gating circuit is adopted to adjust the interconnection manner of the SSD, vibration mitigation under variable working conditions with different engine orders will be expected; (C) designers do not need to worry about the annoying nonlinearities related to working conditions anymore.     

用传递矩阵法分析缘板干摩擦阻尼叶片的减振

针对在叶片缘板部位设置干摩擦阻尼块后的叶片减振效果问题,进行理论模型简化后,利用传递矩阵法进行分析计算。为了验证传递矩阵法的计算结果,利用ANSYS有限元程序对缘板干摩擦阻尼叶片减振进行计算。两种计算方法所得结果基本一致,说明适合于链状结构系统的传递矩阵法可以成功应于板状结构系统,且算法与结果均正确。