过冷状态下二维枝晶生长的相场方法模拟

通过相场理论建立了纯物质镍在过冷溶液中枝晶生长的相场模型。把相场方程和温度场方程进行耦合,建立了相对应的相场模型。该模型以熵增加函数为基础,通过熵增加函数推导出热力学一致性的相场控制方程。利用上述的模型和方法在计算机上编制二维组织凝固模拟程序得出结论,各向异性强度影响枝晶尖端生长速度,过冷度决定凝固速度的快慢。     

低镍奥氏体不锈钢定向凝固组织CAFE法模拟

通过对ProCAST&CAFE软件进行二次开发建立凝固过程动态边界条件,模拟低镍奥氏体不锈钢定向凝固过程中的温度场和固相分数,并探讨抽拉速率对凝固微观组织的影响。结果表明,随着抽拉速率的增大,等温线变密,糊状区变窄;铸件一次枝晶臂逐渐细化,边缘侧向散热逐渐远小于中心纵向散热造成一次枝晶轴向偏差度逐渐减小,晶粒择优取向效果提高。与此同时,模拟结果与实验结果吻合较好,模拟计算形核、生长及取向过程较为合理。     

焊接过程多场耦合模拟研究进展

焊接是一个涉及到多物理场耦合的复杂过程,采用传统的试验方法研究焊接现象存在成本高、效率低、局限性等问题,数值模拟技术很好地解决了这些问题,因此该技术已成为国内外焊接工作者研究的热点,在航空航天、汽车船舶等领域得到越来越广泛的应用。介绍了影响熔池形态和焊接变形的因素以及外加磁场对改善焊缝成形的作用,重点论述了数值模拟技术在多场耦合作用下焊接熔池形态、应力与变形以及焊缝成形控制等方面的应用及研究现状,在此基础上提出了焊接过程多场耦合模拟的未来发展动向。     

X2A66铝锂合金高温变形过程中的微观组织演变

研究了X2A66铝锂合金在高温变形过程中的微观组织及析出相的演变规律。结果表明,在变形温度为420℃,应变速率为0.01s~(–1)时,在变形初期,X2A66铝锂合金基体中亚晶组织不完整,同时出现少量动态再结晶晶粒;随着变形量增加,可以观察到平直且清晰的晶界,当变形量大于80%时,部分晶界内出现大量位错,在析出相周围产生位错缠结。X2A66在高温变形过程中T_1相出现破碎回溶的现象,同时在变形过程中动态析出δ'相。T_1相的破碎回溶使基体重新达到过饱和状态,尤其是Li元素的过饱和促进了δ'相的析出。处于晶界内部的析出相能阻碍位错运动,提升再结晶晶粒的形核率。钉扎在晶界上的析出相能有效阻碍晶界及亚晶界的运动从而降低动态再结晶速率。     

双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织模拟及验证

以双辊连续铸轧薄带工艺凝固过程为基础,同时基于金属凝固的基本原理建立了双辊连铸薄带凝固过程的异质形核模型、修正的枝晶尖端生长动力学模型、柱状晶向等轴晶转变(CET)的解析模型以及基于元胞自动机(CA)的双辊连续铸轧薄带凝固组织演变的仿真模型。数值模拟结果表明,所建立的数学模型能够合理描述晶粒沿任意角度生长的过程,温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理,同时利用双辊薄带连续铸轧工业纯铝凝固过程验证了数学模拟的可行性。     

GOI法蓝宝石单晶生长温场优化设计与模拟分析

通过对温场的数值模拟计算,发现外加轴向、径向温度梯度能够提高界面稳定性,减小熔体热对流,有利提高晶体的生长质量.根据大尺寸蓝宝石晶体生长的温场要求,对常规的GOI法晶体生长炉进行了改造,并设计了独特的加热体形状和隔热屏结构,能够为晶体生长系统提供可控的轴向、径向温度梯度.通过试验比较也证明了改造温场后的单晶炉能够生长出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体.     

基于子结构法与损伤识别的周期性结构脆性断裂相场模拟

相场断裂模型将裂纹近似描述为全局弥散标量场,通过求解偏微分方程模拟裂纹的成核与扩展,避免了不连续位移场中对裂纹几何形状描述和裂纹尖端追踪的难题;在处理裂纹分叉、多裂纹、非均质材料和三维等复杂断裂模拟问题时具有显著的优势。然而,相场断裂模型需要在裂纹附近进行精细化的有限元网格剖分,计算规模庞大,因此,对计算能力提出了极高的挑战。基于子结构法和损伤识别,发展了一种适用于周期性结构脆性断裂的高效相场模拟方法。首先,根据周期性特征对结构进行分区并对子域内部节点进行子结构静态凝聚,降低有限元模型位移响应的维数;然后,根据离线(Off-line)子域典型测试工况标定弹性应变能阈值,在线(On-line)断裂模拟过程中仅对阈值以上子域的内部位移和断裂相场进行解耦分析。一方面,利用结构的周期性特征,通过子结构静态凝聚降低计算规模;另一方面,根据能量阈值损伤识别,避免非裂纹扩展子域的重复计算消耗。     

粉末金属零件成形过程中出现损伤的数值模拟

使用基于Lee多孔材料屈服模型推导出的韧性损伤模型,对导向器类粉末金属零件成形过程中,在应力、应变、密度分布及其积累因素影响下,材料的损伤状态进行了数值模拟,在不同的加载状态下,压坯各点的损伤状况和破裂过程进行了跟踪,实验证实模拟结果具有较高的精度。     

Phase-field Modeling of the Influence of Elastic Field on the Nucleation and Microstructure Evolution in Precipitation

A phase-field method was employed to study the influence of elastic field on the nucleation and microstructure evolution. Two kinds of nucleation process were considered:one using fixed nucleation probability and the other calculated from the classical nucleation theory. In the latter case, the simulated results show that the anisotropic elastic strain field yields significant effects on the behavior of nucleation. With a large lattice misfit between the matrixes and the precipitates, the nucleation process does not appear fully random but displays some spatial correlation and has a preference for the elastic soft direction. However, with a small lattice misfit, this bias does not look quite clear. On the contrary, in the case of fixed nucleation probability, the elastic field has no influence on the nucleation proc- ess. The lattice mismatch also exerts influences on the microstructure morphology: with lattice mismatch becoming larger, the micro- structure proves to align along the elastic soft direction.     

基于试验数据识别的金属橡胶有限元仿真方法

金属橡胶工程应用分析常需要1种可以与商用有限元软件相结合,适用于复杂结构设计的快捷数值仿真方法。针对金属橡胶的有限元仿真问题,基于ANSYS软件,发展了基于试验数据识别的横向各向同性材料参数确定方法,并采用循环加载、模型更新的方法,实现了金属橡胶材料受压过程非线性力学特性的仿真计算。结果表明:该方法对立方体件在无约束状态下受压过程进行模拟时,相对误差在10%之内;安装约束使其刚度增大,仿真与试验结果相比规律吻合,刚度的误差在30%之内;环形金属橡胶件在径向受压时,仿真与试验测得刚度的相对误差在25%之内。     

模拟金属表面局部腐蚀的CA方法

模拟金属的局部腐蚀,采用元胞自动机方法(CA),提出模拟金属表面局部腐蚀的元胞自动机模型框架,将金属-溶剂体系离散成元胞网格,对金属腐蚀中涉及的转化、渗透、扩散等过程进行局部规则的定义。引入参数,λ和ε,建立腐蚀速率的参数化模型。在此基础上利用Matlab编程实现了对无防护层和有防护层金属表面局部腐蚀的复杂模拟。模拟结果表明:=1时,无防护层的金属表面发生普遍的均匀腐蚀,金属内部发生多种形式的局部腐蚀;而含防护层的金属表面腐蚀,在不同的参数λ和ε条件下,可得到不同的点腐蚀形貌。结果表明,CA方法可以实现对金属表面局部腐蚀的复杂模拟,而参数化模型的λ和ε则引起了腐蚀形貌的差异。     

基于同步电机电抗参数定义式的仿真计算方法

从同步电机各种稳态和瞬态电抗参数的定义、各种电抗参数与电机内部各绕组和磁路结构之间的电磁关系出发,提出了一种基于电抗参数定义式的仿真计算方法,给出了详细的仿真计算步骤。通过算例与样机实测结果的对比,表明仿真计算结果与实测值非常吻合,从而验证了所提计算方法的有效性和准确性。     

快速仿真方法在蒙特卡洛打靶中的应用

基于Matlab/RTW的快速仿真方法是一种适用于大批量运算的仿真方法.以某型巡航导弹为研究对象,首先建立了导弹六自由度数学模型,然后利用该快速仿真方法对其进行了蒙特卡洛打靶,完成了对导弹的制导精度和脱靶量的评估.仿真结果表明,该快速仿真算法可以有效地加快仿真速度,从而大大提高仿真的效率.     

TA15钛合金环件径轴向辗轧成形全过程组织演变模拟

钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程通常包含加热环坯转移、辗轧成形及轧制环件冷却3个阶段,而每个阶段都将对最终环件的微观组织产生重要影响。因此,研究阐明钛合金材料在该成形制造全过程的微观组织演变特征与规律,对控制环件最终的组织和性能至关重要。以TA15钛合金环件径轴向辗轧为研究对象,首先阐明了TA15钛合金在上述各阶段的微观组织演变机制与演变模型,进而基于ABAQUS软件平台,建立了TA15钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程的宏微观耦合有限元(FE)模型。通过大量模拟研究表明:加热环坯转移阶段促使初生α相的体积分数增加,晶粒尺寸略微增大;辗轧成形阶段一定程度上细化了初生α相晶粒尺寸,而对初生α相体积分数影响不明显;轧制环件冷却阶段会使初生α相体积分数明显增加,晶粒尺寸增大。     

一种基于威布尔分布的金属疲劳试验异常数据判别方法

金属疲劳试验的数据符合威布尔分布,是非对称的统计分布,而现有的异常数据判别方法均基于对称性分布(正态分布、t分布)。威布尔分布与对称性分布(正态分布、t分布)主要差异体现在低寿命区和高寿命区,这正是异常数据出现的区域。基于威布尔分布推导了一种异常数据判别方法,推导过程中进行了合理地工程处理。经比较,该方法相对于基于对称性分布的判别方法更可靠。     

一种基于地理信息系统的用频台站电磁态势仿真分析方法

针对复杂电磁环境下,对电磁场强分布进行有效定量分析这一普遍存在而又难以解决的问题,提出了一种基于地理信息系统的用频台站电磁态势仿真分析方法。从三维空间地理信息系统建模、用频设备行为级仿真、电波在三维空间传播计算以及场强影响分析等几个方面,分析并实验验证该仿真方法的有效性。采用该方法可有效分析用频台站电磁态势分布和指导用频台站科学合理选址。     

航天电子产品金属晶须形成机理、危害及抑制措施分析

金属晶须自发生长是材料科学中长期受到关注的科学现象.随着航天电子产品集成度的提高,由金属晶须自发生长引起的短路和电子故障问题对航天电子产品的可靠性构成了潜在的威胁.因此,研究金属晶须的生长规律,分析金属晶须的生长机理,探寻抑制金属晶须生长的技术手段成为当前研究的热点.针对近年来国内外对金属晶须生长现象的一些相关研究进行了分析,主要包括金属晶须的生长行为、各种影响金属晶须生长的因素、解释锡晶须生长机理的理论等.结合航天型号金属晶须生长导致的故障,对晶须危害进行了分析,并提出了金属晶须抑制的常用措施.