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考虑压室预结晶的镁合金压铸组织实验及模拟研究

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金属学报 2011年第5期47卷 528-534页

作者：吴孟武熊守美清华大学机械工程系汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

针对镁合金压铸件表层晶粒细小均匀而心部晶粒较粗大且不均匀的特点,开展一系列压铸实验,研究镁合金压铸工艺对压室预结晶和压铸件最终凝固组织(特别是对晶粒大小、压室预结晶组织的含量及分布形态)的影响.采用数值模拟方法,以压铸实验... 详细信息

针对镁合金压铸件表层晶粒细小均匀而心部晶粒较粗大且不均匀的特点,开展一系列压铸实验,研究镁合金压铸工艺对压室预结晶和压铸件最终凝固组织(特别是对晶粒大小、压室预结晶组织的含量及分布形态)的影响.采用数值模拟方法,以压铸实验统计数据为基础,建立了考虑压室预结晶的镁合金压铸形核模型,以此模拟更接近实际的压铸组织.应用所建立的形核及生长模型,模拟了不同压铸工艺下AM50镁合金"阶梯"压铸件的凝固组织,模拟结果与实验结果吻合较好.

关键词：镁合金压铸预结晶组织形核模型组织模拟

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压铸镁合金AM60B的微观组织特征

稀有金属材料与工程 2012年第9期41卷 1580-1585页

作者：吴孟武熊守美清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

镁合金压铸件中的压室预结晶组织及离异共晶组织对铸件最终使用性能有着重要的影响。针对冷室压铸工艺,采用AM60B镁合金研究不同低速速度及高速速度下压铸实验件的凝固组织特征。通过OM、EBSD、XRD、SEM及EDS等实验手段进行分析和定量... 详细信息

镁合金压铸件中的压室预结晶组织及离异共晶组织对铸件最终使用性能有着重要的影响。针对冷室压铸工艺,采用AM60B镁合金研究不同低速速度及高速速度下压铸实验件的凝固组织特征。通过OM、EBSD、XRD、SEM及EDS等实验手段进行分析和定量统计。结果表明:在低速压射阶段,压室中熔体的过热度消失,达到初生相形核条件;在高速充填型腔过程中,压室预结晶组织向铸件中心偏聚,使得其心部含量高于表层;同时,压铸件靠近浇口端压室预结晶组织含量高于远离浇口端;低速速度越小,压铸件中压室预结晶组织含量越高;高速速度越小,压铸件中压室预结晶颗粒越粗大,枝晶形貌越完整。在压铸凝固后期,初生α-Mg晶界处出现离异共晶组织,共晶β-Mg17Al12相在压铸件中心及表层分别呈网状和粒状分布,且压铸件中心及缺陷带位置的共晶组织含量高于表层。

关键词： AM60B镁合金压铸微观组织预结晶组织离异共晶

Modeling of equiaxed and columnar dendritic growth of magnesium alloy

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2012年第9期22卷 2212-2219页

作者：吴孟武熊守美清华大学机械工程系北京100084 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

Based on the cellular automaton （CA） method, a numerical model was developed to simulate the dendritic growth of magnesium alloy with HCP crystal structure. The growth kinetics was calculated from the complete solution of the transport equations. By defining a special neighborhood configuration with the square CA cell, and using a set of capturing rules which were proposed by BELTRAN-SANCHEZ and STEFANESCU for the dendritic growth of cubic crystal metals during solidification, modeling of dendritic growth of magnesium alloy with different growth orientations was achieved. Simulation of equiaxed dendritic growth and columnar dendritic growth under directional solidification was carried out, and validation was performed by comparing the simulated results with the experimental results and those in the previously published works.

关键词： magnesium alloy dendritic growth cellular automaton method growth orientation

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采用元胞自动机法模拟二元规则共晶生长

物理学报 2011年第5期60卷 757-765页

作者：吴孟武熊守美清华大学机械工程系汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

基于元胞自动机方法,建立了二元规则共晶生长的数值模拟模型.该模型耦合宏观温度场,考虑了溶质扩散、成分过冷以及曲率过冷等重要因素,实现了二元规则共晶的稳态层片生长.以共晶模型合金为对象,研究了定向凝固条件下不同过冷度、初始层... 详细信息

基于元胞自动机方法,建立了二元规则共晶生长的数值模拟模型.该模型耦合宏观温度场,考虑了溶质扩散、成分过冷以及曲率过冷等重要因素,实现了二元规则共晶的稳态层片生长.以共晶模型合金为对象,研究了定向凝固条件下不同过冷度、初始层片间距、温度梯度及凝固速率对共晶两相生长形貌及层片间距的影响,再现了两相在溶质扩散及界面能的相互作用下通过形核、分岔、湮没及合并等机理实现共晶层片间距的调整.模拟得到的结果与Jackson-Hunt模型及前人实验结果规律一致.将模型扩展到三维系统,验证了二元规则共晶生长三维模拟的可行性.

关键词：规则共晶生长形貌层片间距 CA方法

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轮腿式可变形车轮设计及整车控制研究

中国机械工程 2023年第12期34卷 1446-1452页

作者：耿雪晴吴孟武华林武汉理工大学汽车工程学院武汉430070 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070

针对当前复杂地形与路况对整车机动性及越障能力的需求,设计了一种轮腿式可变形车轮结构,该车轮结构可在不同地形与路况下进行轮式与腿式的状态转换。介绍了可变形车轮的设计原理并对结构参数进行了计算与优化,分析得到了轮腿式可变形... 详细信息

针对当前复杂地形与路况对整车机动性及越障能力的需求,设计了一种轮腿式可变形车轮结构,该车轮结构可在不同地形与路况下进行轮式与腿式的状态转换。介绍了可变形车轮的设计原理并对结构参数进行了计算与优化,分析得到了轮腿式可变形车轮最大变径比。设计了一套简单有效的轮腿式可变形车轮智能变形控制系统,并据此开展整车布局设计,分析整车运动过程。制作并搭建了样车平台,通过实验测试了整车的机动性与越障能力。结果表明该变形车轮可在轮式与腿式状态下快速智能转换,使得整车系统可同时在结构化与非结构化路面稳定行驶,具有较高的机动性与越障能力。

关键词：可变形车轮最大变径比智能转换整车控制

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导热铝合金及铝基复合材料的研究进展

材料导报 2018年第9期32卷 1486-1495页

作者：吴孟武华林周建新殷亚军武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

铝合金具有密度小、强度高、导电导热性好及加工简单等优点,基于这些综合性能的优势,其作为结构和散热材料广泛应用于汽车、电子及通讯等领域。然而随着系统及设备向着集成化、小型化、轻量化及高功率等方向发展,以铝为主体的金属材料... 详细信息

铝合金具有密度小、强度高、导电导热性好及加工简单等优点,基于这些综合性能的优势,其作为结构和散热材料广泛应用于汽车、电子及通讯等领域。然而随着系统及设备向着集成化、小型化、轻量化及高功率等方向发展,以铝为主体的金属材料的散热面临着严峻挑战。本文综述了国内外高导热铝合金及铝基复合材料的研究与开发现状,阐述了铝合金的导热机理以及合金成分和加工工艺等对铝合金导热性能的影响规律,分析了高硅铝、铝-碳化硅、铝-金刚石、铝-石墨片/碳纳米管等系列铝基复合材料的导热特性,展望了高导热铝合金及铝基复合材料研究存在的问题及未来的发展方向。

关键词：变形铝合金铸造铝合金铝基复合材料热导率

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基于数字孪生的车间扰动判别与重调度研究

现代制造工程 2023年第4期 33-42页

作者：刘钊吴孟武武汉理工大学汽车工程学院武汉430070 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070

针对车间生产过程中扰动事件频发、扰动影响程度难以判别以及现有重调度方案应用不理想等问题,提出一种基于数字孪生的车间重调度方法,建立了扰动分层判别机制,分别采用数字孪生虚拟模型与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类... 详细信息

针对车间生产过程中扰动事件频发、扰动影响程度难以判别以及现有重调度方案应用不理想等问题,提出一种基于数字孪生的车间重调度方法,建立了扰动分层判别机制,分别采用数字孪生虚拟模型与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类决策模型识别显性与隐性扰动,为重调度触发提供决策;通过算法与数字孪生虚拟模型协同优化,得到兼具效率和稳定性的重调度方案。以某大型机械制造工厂为例,仿真实验结果表明,建立的扰动分层判别机制能对车间扰动类型进行有效判别,通过数字孪生虚拟模型仿真输出性能指标能够判定显性扰动,SVM分类决策模型对于隐性扰动的识别具有较高的准确率;基于数字孪生的车间重调度方案可得到效率较高、工序变动成本较低的重调度方案,提高了车间的生产性能。

关键词：数字孪生车间重调度扰动判别仿真优化支持向量机

锂金属电池充放电过程中锂枝晶生长与溶解的相场模拟研究

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储能科学与技术 2024年

作者：梁辰邢鹏飞吴孟武秦训鹏武汉理工大学汽车工程学院智能农业动力装备全国重点实验室湖北隆中实验室

随着锂金属电池（LMBs）在高能量密度电池中的应用潜力不断显现，其在电动汽车、便携电子设备等领域的应用前景日益广阔。然而，锂金属电池充放电过程中锂枝晶的不可控生长及死锂的形成显著降低了电池的循环特性和安全性。本文采用相场... 详细信息

随着锂金属电池（LMBs）在高能量密度电池中的应用潜力不断显现，其在电动汽车、便携电子设备等领域的应用前景日益广阔。然而，锂金属电池充放电过程中锂枝晶的不可控生长及死锂的形成显著降低了电池的循环特性和安全性。本文采用相场方法建立了多物理场仿真模型，模拟了锂枝晶的生长与溶解过程，系统研究了充放电电压、循环周期数、温度等对锂枝晶形貌和死锂形成的影响。结果表明，充电时锂枝晶开始生长，放电时锂枝晶发生溶解，溶解从枝晶的主干与根部开始，在较窄区域出现缩颈进而逐渐与电极脱离形成死锂。锂沉积速率随着充电时间的增加而增大，而溶解速率随着放电时间的增加而减小，锂枝晶的溶解速率整体大于沉积速率。充电电压越高，锂枝晶的沉积速率越大，形貌越复杂；放电电压越高，锂枝晶溶解速率越大，但增加了死锂的形成；循环周期数的增加在减缓锂枝晶生长的同时，亦会导致死锂的累积；升高温度能够抑制锂枝晶的生长，同时促进锂的溶解反应，减少了死锂的形成。本文的研究工作对于提升锂金属电池的循环特性和安全性提供了一定的指导意义。

关键词：锂金属电池充放电锂枝晶死锂相场模拟

重力驱动的自然对流下hcp金属枝晶生长的相场-格子玻尔兹曼方法研究

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第6期33卷 1629-1643页

作者：吴孟武田冰辉张昂郭志鹏熊守美武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心重庆400044 清华大学材料学院北京100084

开发了一种耦合并行-自适应网格划分算法的相场-格子玻尔兹曼方法来模拟hcp金属的等轴和柱状枝晶生长,重点讨论了重力驱动的自然对流以及自然对流与强制对流耦合对枝晶生长的影响。模拟结果表明,二维情况下的hcp金属枝晶在重力驱动的自... 详细信息

开发了一种耦合并行-自适应网格划分算法的相场-格子玻尔兹曼方法来模拟hcp金属的等轴和柱状枝晶生长,重点讨论了重力驱动的自然对流以及自然对流与强制对流耦合对枝晶生长的影响。模拟结果表明,二维情况下的hcp金属枝晶在重力驱动的自然对流下呈现非对称生长,同时揭示了溶质偏析和溶质羽流的演化过程。研究得出,溶质羽流的形成是由枝晶的溶质阻塞和熔体流动时溶质传输之间的竞争决定的。引入适当的强制对流可以消除溶质羽流的形成并抑制枝晶尖端溶质浓度的局部波动。研究还发现,重力驱动的自然对流丰富了hcp金属3D枝晶形貌的多样性。

关键词：枝晶生长相场对流 hcp金属溶质羽流