扩展有限元法在断裂力学相场模型中的应用

相场法和扩展有限元法(X-FEM)都是模拟裂纹扩展的重要手段。基于一种全新的相场中线算法将相场法和扩展有限元法的优势相结合, 在捕捉复杂裂纹几何的同时利用X-FEM显式地构造出断裂面。相场中线算法的核心是构造辅助网格并连接辅助网格单元与相场等高线的交点, 最终使用分段直线段生成相场中线。数值算例表明, 使用X-FEM及相场中线切割网格后, 求解域的力-位移曲线保持不变, 验证了将相场法与X-FEM方法结合的可行性。     

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。     

磁搅拌对铝铜合金MIG焊缝形状、组织及性能影响

研究电磁搅拌对2219铝铜合金脉冲MIG焊焊缝形状、组织及性能的影响.实验结果表明,电磁搅拌使MIG焊缝由指状熔深变为椭圆形熔深,改善焊缝成形.电磁搅拌通过增加焊缝中非均质形核核心,降低固液前沿液相的温度梯度,促进粗大柱状晶和枝晶转变为细小等轴晶,提高焊缝金属的强度和塑性.     

电磁搅拌对铸锭凝固组织的影响

疏松和偏析是铝合金铸锭中的常见缺陷,它们的存在严重影响了产品的使用性能与使用寿命。获得致密、均匀的凝固组织是提高金属材料综合机械性能的重要途径,旋转型电磁搅拌在钢的连铸工艺中已得到广泛应用,研究了旋转型电磁搅拌对铝合金铸锭凝固组织的影响。研究结果表明：在凝固过程中施加电磁搅拌,能明显细化晶粒,增加铸锭断面上的等轴晶区宽度,减轻疏松,抑制铝合金铸锭中铜的逆偏析。     

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.     

搅拌对熔铸—原位反应TiB2／Al和TiC／Al复合材料微观组织的影响

研究、开发了一种熔铸－ 原位反应颗粒增强铝基复合材料制备技术,探讨了搅拌工艺对３ｖｏｌ％ ＴｉＢ２ 和３ｖｏｌ％ ＴｉＣ颗粒增强铝基复合材料微观组织的影响。结果表明,采用圆盘状叶片的搅拌装置对获得颗粒均匀分布、组织致密的铝基复合材料十分有利。     

TC11钛合金整体叶盘锻件组织均匀性评价方法

根据锻件内热力参数分布情况建立了基于Taguchi方法的损失函数,探索盘类锻件组织均匀性数值评价方法。应用所建立的损失函数以及TC11钛合金整体叶盘的锻造过程有限元数值模拟结果,对TC11钛合金整体叶盘组织均匀性进行了数值评价,并进行了试验验证。结果表明,对于TC11钛合金整体叶盘锻件,应用本文建立的质量损失函数贡献因子得到的损失函数(情况2)的评价结果与实际生产得到的锻件内组织均匀性一致性好,且当质量损失函数值在0.33～0.44范围内时,锻件的组织均匀性能满足技术条件要求。     

电火工品电磁建模及仿真分析

以常规结构电火工品为研究对象,在分析电磁环境对火工品作用机理的基础上,采用ANSYS HFSS电磁仿真软件建立火工品电磁模型,按照GJB 786-89《预防电磁场对军械危害的一般要求》加载典型电磁能量,从感应射频电流和损耗功率2个层面,分别研究电磁环境对电火工品的安全性影响,并给出仿真结果。     

飞机电排斥除冰器件设计与仿真

结冰是飞机飞行中的重大安全隐患.电排斥除冰器利用电磁排斥力除去冻结在飞机表面的积冰,具有低功耗、高效率、对飞机气动性能影响小、安装简易等优点.本文采用ANSYS仿真软件,利用磁矢量位有限元仿真方法,构建了飞机电排斥除冰器单组排斥元件有限元模型,通过对模型进行电磁一结构瞬态耦合,分析了单组元件尺寸及通入电流峰值对元件运动...     

薄板坯连铸结晶器电磁制动的数值模拟

依据电磁流体力学理论,建立二维数学模型,使用交错网格及数值分析方法,分析了薄板坯结晶器在恒定磁场作用下钢水流动特性并考虑了湍流的影响。     

静电引信探测的主要影响因素分析

文章采用电磁场数值仿真的方法对影响静电引信探测的主要因素进行了分析。首先,在导弹壳体不存在的理想情况下验证了仿真模型的准确性;然后,分析了导弹壳体存在时,导弹壳体对探测结果的影响以及壳体带电、海/地平面对探测结果的影响。仿真结果表明,导弹壳体会导致电极板上的感应电荷和感应电流比理论值大,而壳体带电、海/地平面对探测电流基本没有影响。