材料变形过程的虚拟仿真技术

运用虚拟现实(Virtualreality,VR)技术进行材料仿真,是目前材料模拟设计学科中一个备受关注的新领域。本文应用计算机模拟技术,结合VRML,3DSMAX和VB,建立了拉伸夹头和游标卡尺的三维几何模型以及材料的拉伸仿真;实现了材料拉伸过程中实时动态调试与控制的各种功能。在几何建模、物理建模、三维虚拟场景的组装与仿真的实时操作控制,以及系统总体设计等方面,为VR技术在材料科学与工程领域的应用作了有益的探索。     

高速铣削系统稳定性动态优化新方法

考虑铣削过程中的自激振动和强迫振动,基于延迟微分方程的稳定性判定准则和强迫振动共振区的半带宽理论,提出一种铣削系统稳定性动态优化新方法.该方法通过选择切削参数和修改系统结构参数,在保证加工表面精度的前提下,获得大的稳定性材料去除率.其目标函数是材料去除率,约束条件是铣削过程稳定且非共振,动态优化变量是铣削系统的切削参数和结构参数.优化程序被阐明,实例分析结果显示,系统在稳定非共振条件下,加工时的材料去除率相比于优化前提高了18.86%.另外,为获得最大的稳定材料去除率和较好的表面精度,在铣削系统优化过程中,应同时考虑颤振稳定性和共振的影响.     

离心力场中TiC/FeNiCr复合材料 涂层的原位反应合成

以Fe₂O₃,Cr₂O₃,CrO₃,NiO,Al,Ti粉和C粉为原料,在离心力场中在碳钢基体表面原位反应合成了TiC-FeNiCr复合材料涂层.利用X射线衍射、金相照相、扫描电镜、X射线能谱分析等手段对涂层的显微结构和组织形貌进行了研究.测试了涂层的显微硬度及干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,涂层和碳钢基体能形成冶金结合.涂层由FeNiCr奥氏体和其中弥散分布的TiC硬质相组成.TiC颗粒晶粒尺寸小于3μm,形状呈多边形或花瓣状.涂层显微硬度约为Hv 500~Hv 800,TiC含量增加,涂层的显微硬度提高.涂层较碳钢具有优异的耐磨性能.      

含SiO2,ZrO2微粒复合镀镍层抗高温氧化性能

通过对含有SiO₂,ZrO₂微粒复合电沉积的研究,在Cu合金表面分别获得了含量(原子数分数)为11.3％ SiO₂,5.31％ ZrO₂微粒的Ni基复合镀层.通过在800℃、900℃条件下的高温氧化和热震循环试验,研究了这种复合镀镍层的高温氧化性能和界面结合特性.结果表明:经过40?h的高温氧化,2种复合镀镍层的抗氧化性能均达到抗氧化级,而且含SiO₂微粒的复合镀镍层的抗氧化性能优于含ZrO₂微粒的复合镀镍层;经过55次冷热循环,含SiO₂微粒的复合镀镍层与铜基体结合良好.     

功能梯度材料活塞三维温度场分析

功能梯度材料零件具有单质材料零件无法比拟的理化性能优势,然而由于材料分布复杂以及对功能梯度材料本身性能研究不充分,功能梯度材料零件性能分析存在很多困难.以陶瓷纤维梯度增强活塞、陶瓷纤维非梯度增强活塞为例,应用复合材料热性能理论,采用有限元分析软件ADINA中的ADINA-T模块和结构分析模块对功能梯度材料活塞和普通活塞的温度场和热流场进行了计算分析,结果表明使用陶瓷纤维梯度层可以明显改变活塞温度分布,降低散热量,缓和由于热膨胀系数不匹配,在陶瓷纤维增强层与活塞本体交界处产生的应力.     

设计敏度在气动弹性遗传优化中的应用

利用遗传算法和遗传/敏度混合优化算法对某复合材料机翼进行气动弹性优化设计研究,并提出在使用这两种算法时根据设计敏度信息计算设计变量的重要性指标、从而确定主要和次要设计变量、进而调整设计变量变化域的方法,以提高算法的寻优效率.研究表明:设计变量变化域的定义直接影响遗传算法和遗传/敏度混合优化算法的寻优效率,特别是单独使用遗传算法时影响程度更大;定义时应该在确保设计空间包含足够的优秀可行解的前提下,尽可能地缩减搜索空间.所提出的基于设计敏度调整设计变量变化域的方法在实际应用中能取得较好的效果:该方法既能明显提高遗传算法和遗传/敏度混合优化算法的搜索效率,又能显著增强两种算法辨识可行域的能力.      

变截面毛细通道中气泡的运动特性分析

为了确定复合材料成型过程中气泡的运动条件,利用变截面毛细模拟通道实验系统,研究了气泡在变截面毛细管中的运动行为,分析了气泡长度、毛细管半径及液体种类对气泡垂直穿出行为的影响,并从理论角度推导出气泡穿出的临界压力方程.研究结果表明,气泡垂直穿出变截面毛细通道所需要的临界压力差,随气泡长度和毛细管半径的增大而减小,液体种类对其也有明显影响,实验结果与理论计算值基本吻合.该研究结果将为复合材料成型中工艺参数的优化提供实验依据.      

新型复合材料警棍的研制

对新型复合材料警棍的制造进行了研究,探索了几种不同复合材料芯材的结构和成型工艺,确定警棍内部芯材为圆柱弹簧形式.对复合材料警棍进行了弯曲回弹力、弯曲回复率、减振等性能的测试和分析.通过与传统金属芯材警棍进行对比,复合材料警棍符合国际惯例,使用性能优良.      

复合材料转动壳体动力特性分析

根据转动壳体的动力学方程,在利用DMAP对大型有限元软件MSC/NASTRAN二次开发的基础上,采用有限元方法对复合材料层合壳体转动状态下的动力特性进行了研究,分析了科氏力、离心力和横向剪力对固有频率的影响,并与实验结果进行了比较.结果显示由于科氏力的作用,即使在动坐标系下,层合壳体也会出现频率不等的前后行波,横向剪力使壳体的固有频率降低,且随着壳体厚径比的增加其影响显著增加.      

球形压头压入中摩擦对材料参数识别的影响

利用量纲分析原理和有限元方法,研究了球形压头压入中摩擦对于幂强化材料塑性材料参数识别的影响.通过定义一种基于能量的表征应变,根据识别的两个压入深度的表征应变和表征应力,得到材料的塑性特性;最后研究了摩擦对压入响应、表征应力及材料参数提取的影响.研究结果表明,摩擦对压入的影响与材料的应变硬化指数、弹性模量与屈服极限的比值及弹性功与总功的比值密切相关,弹性功与总功的比值越大,摩擦的影响越小;摩擦对材料参数提取的影响不可忽略,当摩擦系数未知时,对于压入过程中弹性功与总功的比值较大的材料,近似取摩擦系数为0.15,能得到较合理的材料参数识别的结果.