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金属材料的晶体建模方法及有限元数值模拟

塑性工程学报 2024年第3期31卷 119-126页

作者：方学彬李贵许成武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院湖北武汉430081

以AA7075-T6材料为研究对象,通过对广泛应用的3种建模方法进行比较研究,分析其晶粒及晶界表征特点。利用Python语言将3种建模方法无缝集成到Abaqus软件,实现晶体模型的参数化建模。基于该软件建立3种晶体有限元模型并进行数值模拟研究... 详细信息

以AA7075-T6材料为研究对象,通过对广泛应用的3种建模方法进行比较研究,分析其晶粒及晶界表征特点。利用Python语言将3种建模方法无缝集成到Abaqus软件,实现晶体模型的参数化建模。基于该软件建立3种晶体有限元模型并进行数值模拟研究。结果表明,在相同设置条件下,模型中的晶粒尺寸越均匀,晶粒的面积分布曲线越趋于正态分布,并且晶界内聚力单元损伤过程演化的进展越快;模型边界附近小晶粒分布越多,裂纹出现的可能性越大,不同晶体模型的内聚力单元在相同的损伤参数下受晶粒尺寸的影响呈现不同的演化规律;晶界单元附近的晶粒单元在拉伸断裂时呈现与实验结果一致的塑性演化规律,并且其损伤演化速度与内聚力单元损伤的速度有关。

关键词：晶体建模 Abaqus 二次开发数值模拟

高温烟气热解废轮胎过程中痕量金属Cu、Pb的迁移特性分析

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化工进展 2024年第3期43卷 1606-1613页

作者：张鑫汤吉昀陈娟宋占龙董勇姚洪山东大学能源与动力工程学院山东济南250061 昌吉学院能源与控制工程学院新疆昌吉831100 华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧与低碳利用全国重点实验室湖北武汉430000

废轮胎(WT)作为一种常见固废,不合理的处置会对环境造成较大污染。本文采用燃煤高温烟气对WT进行热解,重点研究了热解过程中重金属Cu和Pb的释放特性,以及不同金属氧化物(CaO、MgO、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3))对两种重金属的控制效果,此... 详细信息

废轮胎(WT)作为一种常见固废,不合理的处置会对环境造成较大污染。本文采用燃煤高温烟气对WT进行热解,重点研究了热解过程中重金属Cu和Pb的释放特性,以及不同金属氧化物(CaO、MgO、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3))对两种重金属的控制效果,此外还研究了添加聚氯乙烯(PVC)对两种重金属迁移释放的影响。结果表明,当热解时间为10min时,两种元素已经基本释放完全。高温促进了Cu的富集,而低温反而促进了Cu的释放。对Pb元素而言,随着温度的升高,其释放量不断增加,展现出明显的线性规律。当WT添加金属氧化物热解时,MgO促进了Cu的富集,而Al_(2)O_(3)促进了Pb的富集。当WT添加PVC热解时,低温促进了Cu的富集,而高温促进了Cu的释放。但不论温度的高低,PVC的添加使得Pb几乎完全释放。此时,添加Fe_(2)O_(3)对两种重金属的释放均起到了抑制作用。

关键词：废轮胎热解高温烟气铜铅

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航空圆柱直齿轮热摆辗成形工艺分析

塑性工程学报 2024年第10期31卷 35-43页

作者：冯玮吕毅韬赵彭朱鹏武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070 武汉理工大学湖北省材料绿色精密成形工程技术研究中心湖北武汉430070 武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070

为研究航空圆柱直齿轮热摆辗成形过程中金属变形规律和齿形充填特点,利用DEFORM-3D软件建立了圆柱直齿轮热摆辗成形三维刚塑性有限元模型,模拟了其热摆辗成形过程。结果表明,圆柱直齿轮热摆辗成形过程中,坯料变形区分为主动变形区和被... 详细信息

为研究航空圆柱直齿轮热摆辗成形过程中金属变形规律和齿形充填特点,利用DEFORM-3D软件建立了圆柱直齿轮热摆辗成形三维刚塑性有限元模型,模拟了其热摆辗成形过程。结果表明,圆柱直齿轮热摆辗成形过程中,坯料变形区分为主动变形区和被动变形区,并随着摆头的运动而呈周期性变化;随着变形的进行,主动变形区金属流动方向从径向转变为轴向充填模具型腔,齿形从上端到下端逐渐成形,坯料呈蘑菇状;齿根区域等效应变与等效应力值最大,齿顶温度高于齿根温度;轴向载荷随塑性变形的进行逐渐增大,最大值约为2500 kN,径向载荷呈周期性变化,径向载荷远小于轴向载荷。开展了圆柱直齿轮热摆辗工艺实验,实验结果与模拟结果吻合。

关键词：圆柱直齿轮热摆辗成形有限元模拟成形规律

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重卡轮毂的缩松缩孔形成机理及工艺优化

铸造 2024年第4期73卷 551-555页

作者：熊仁龙王荣昌吴和保苏现想凌骏春连明堂万鹏武汉工程大学机电工程学院化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室湖北武汉430205 湖北新兴全力机械有限公司湖北随州441300

针对重卡汽车轮毂在铸造过程中出现的缩孔缩松缺陷问题,采用顺序凝固结合均衡凝固理论,利用华铸CAE进行铸造模拟,优化了补缩系统。优化后的浇冒口系统显著缩短了凝固时间,降低了因缩松缩孔造成的废品率。结果表明,铸件的结构完整性和理... 详细信息

针对重卡汽车轮毂在铸造过程中出现的缩孔缩松缺陷问题,采用顺序凝固结合均衡凝固理论,利用华铸CAE进行铸造模拟,优化了补缩系统。优化后的浇冒口系统显著缩短了凝固时间,降低了因缩松缩孔造成的废品率。结果表明,铸件的结构完整性和理化性能均满足标准要求。本研究为提高铸件质量和优化铸造工艺提供了有益参考。

关键词：重卡轮毂球墨铸铁缩松缩孔工艺优化

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Mn含量对Ti_(53)Al_(45)Nb_(2)合金组织和力学性能影响

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特种铸造及有色合金 2024年第10期44卷 1398-1402页

作者：况侨吴鑫林张海龙王强陆装驻株洲地区航空军代室株洲412000 武汉科技大学机械自动化学院武汉430081 中国航发南方工业有限公司株洲410000

采用金相显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、扫面电镜等手段研究了Mn含量对TiAl合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,Ti_(53-x)Al_(45)Nb_(2)Mn_(x)(x=0、1、2.5、4,摩尔分数,%)合金的组成相包括γ-TiAl相和α_(2)-Ti_(3)Al相,添加... 详细信息

采用金相显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、扫面电镜等手段研究了Mn含量对TiAl合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,Ti_(53-x)Al_(45)Nb_(2)Mn_(x)(x=0、1、2.5、4,摩尔分数,%)合金的组成相包括γ-TiAl相和α_(2)-Ti_(3)Al相,添加的Mn元素以固溶原子的形式固溶于合金基体中,引起晶格畸变,导致晶面间距变大。随着x从0增至1,2.5,4,合金片层结构显著细化,片层厚度由(670±120)nm分别降到(610±90)、(580±100)和(540±90)nm。合金的室温压缩屈服强度、抗压强度和断裂应变均随着Mn含量增加先增大后减小,Ti_(51.5)Al_(45)Nb_(2)Mn_(2.5)合金性能最佳,分别达到了930 MPa、1605 MPa和30.4%。相较于未添加Mn的合金,分别提高了32.9%、35.4%和83.1%。

关键词： TiAl合金 Mn合金化微观组织力学性能

基于ThermaKin模型的环氧树脂热解反应动力学与热力学研究

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安全与环境工程 2024年第1期31卷 34-43页

作者：陈湛文丁雁王鑫杨龚俊辉胡红云方庆艳中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 南京工业大学安全科学与工程学院江苏南京211816 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

为评估环氧树脂涂层材料的火灾危险性,提出了一种借助ThermaKin模型解析腰果酚改性胺固化的环氧树脂(EP-PAA)材料热解特性的方法。该方法通过对热重分析(TGA)试验结果进行数值反演,获取EP-PAA材料的热解反应动力学参量,并通过对差示扫... 详细信息

为评估环氧树脂涂层材料的火灾危险性,提出了一种借助ThermaKin模型解析腰果酚改性胺固化的环氧树脂(EP-PAA)材料热解特性的方法。该方法通过对热重分析(TGA)试验结果进行数值反演,获取EP-PAA材料的热解反应动力学参量,并通过对差示扫描量热分析(DSC)试验结果进行数值反演,求取EP-PAA材料的固相反应物与生成物的比热容及热解反应热,建立完整的热解反应模型。结果表明:EP-PAA材料的热失重主要集中于550~800K温度区间,且其质量损失速率峰呈双峰分布;通过由两步连续一级反应(均为吸热反应)组成的热解反应模型实现了对TGA和DSC试验结果的准确预测;不同升温速率条件下该热解反应模型的残碳值和质量损失速率峰值预测结果与TGA试验结果的误差分别小于5%和8%,该研究结果进一步验证了本模型的可靠性和准确性。

关键词：环氧树脂热解 ThermaKin模型反应动力学热力学

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TiAl合金低周疲劳失效机理综述

铸造技术 2024年

作者：罗青松相恒高魏代修殷亚军祁志祥郑功许昊周冰陈旸南京理工大学材料科学与工程学院高端装备铸造技术全国重点实验室先进金属与金属间化合物材料技术工业和信息化部重点实验室材料评价与设计教育部工程研究中心华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室

TiAl合金具有优异的比强度和高温稳定性,被广泛应用于航空航天领域。随着社会发展对飞机发动机运行的稳定性和可靠性要求越来越高,TiAl合金的低周疲劳性能和失效机理越来越受到关注。本文综述了近30年来TiAl合金低周疲劳方面的研究进展... 详细信息

TiAl合金具有优异的比强度和高温稳定性,被广泛应用于航空航天领域。随着社会发展对飞机发动机运行的稳定性和可靠性要求越来越高,TiAl合金的低周疲劳性能和失效机理越来越受到关注。本文综述了近30年来TiAl合金低周疲劳方面的研究进展,包括应变范围、温度、合金成分、组织类型、片层取向、微观变形等对TiAl合金低周疲劳行为的影响机理,重点阐释了测试条件与TiAl合金微观结构的交互作用对疲劳失效行为的影响规律。

关键词： TiAl合金低周疲劳片层取向位错孪晶失效机理

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连续多稳态齿轮元胞机械超结构及其力学性能

中国机械工程 2024年

作者：莫帅黄轩黄祖瑞张伟广西大学特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室广西大学机械工程学院华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室

为拓展力学超结构形式、优化力学超结构动态调节能力，本文设计出一种微观齿轮单元结构，在二维平面内周期性排列形成超结构，从结构设计原理，稳定性对其进行了分析，表明所设计超结构能够实现力学性能连续、稳定地调节。通过有限元模... 详细信息

为拓展力学超结构形式、优化力学超结构动态调节能力，本文设计出一种微观齿轮单元结构，在二维平面内周期性排列形成超结构，从结构设计原理，稳定性对其进行了分析，表明所设计超结构能够实现力学性能连续、稳定地调节。通过有限元模拟的方法分析了这种超结构广泛的力学性能，包括静力学与动力学，结果显示，外啮合齿轮胞的杨氏模量调节范围超过了10倍，内啮合行星齿轮胞的则超过200倍，其剪切模量也有可观的调节范围；另外，基于齿轮单元的超结构可以实现固有频率与频幅曲线的连续变化，为材料的避振减振设计提供新的思路，最后，基于这种微观齿轮单元设计出多种减振装置，表明其在减振与动力学调控的独特优势与广阔应用前景。

关键词：机械超结构齿轮元胞力学性能连续可调减振结构

室内人体呼吸代谢暴露对学生阅读效率影响的实验研究

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西部人居环境学刊 2024年第05期 57-63页

作者：徐燊朱宇航王明豪华中科技大学建筑与城市规划学院湖北省城镇化工程技术研究中心自然资源部城市仿真重点实验室中信建筑设计研究总院有限公司

高校教室是学生学习和生活的重要场所，其室内空气质量与学生健康及学习效率密切相关，而针对代谢污染暴露引起的健康影响量化研究还有待深化。本文以CO2作为室内空气质量的表征参数，利用实验舱进行室内环境调控，通过主观舒适度评价... 详细信息

高校教室是学生学习和生活的重要场所，其室内空气质量与学生健康及学习效率密切相关，而针对代谢污染暴露引起的健康影响量化研究还有待深化。本文以CO2作为室内空气质量的表征参数，利用实验舱进行室内环境调控，通过主观舒适度评价、学习任务测试等方法，探讨不同工况（CO2浓度分别为600 ppm、1 000 ppm、1 500 ppm、2 000 ppm、2 500 ppm、3 000 ppm和4 000 ppm）下人体代谢污染物对室内人员生理感知指标及各类型学习任务的影响关系。结果表明：第一，随着室内CO2浓度升高，受试学生的热舒适度下降22.2%，其中人体的热感觉和病态建筑综合征（SBS）中各项生理反馈在室内CO2浓度超过1 500 ppm时发生显著变化；第二，CO2浓度升高对校对任务速度的减缓影响更显著，而对文本阅读的影响主要表现在正确率上；第三，在高浓度工况下（4 000 ppm）受试学生的综合阅读效率相比低浓度（1 000 ppm）下降14.1%，而低于1 500 ppm时维持更低的CO2浓度对阅读效率的提高不会有明显收益。实验结果为教室空气质量调控和规范制定提供参考。

关键词：高校教室代谢污染暴露室内CO2浓度阅读效率热舒适

来源：博看期刊