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颗粒复合材料细微观组织结构破坏及本构方程理论研究

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颗粒复合材料细微观组织结构破坏及本构方程理论研究

作者：王晴燕山大学

学位级别：硕士

颗粒复合材料力学性能由基体材料力学性能、散布在基体中的增强颗粒材料力学性能及基体与颗粒间界面相的性质共同决定。本文主要采用细观力学研究方法，研究颗粒复合材料及其组分材料的细微观组织结构力学性能并建立材料本构方程，以描... 详细信息

颗粒复合材料力学性能由基体材料力学性能、散布在基体中的增强颗粒材料力学性能及基体与颗粒间界面相的性质共同决定。本文主要采用细观力学研究方法，研究颗粒复合材料及其组分材料的细微观组织结构力学性能并建立材料本构方程，以描述基体与增强颗粒界面脱粘损伤、颗粒体积分数以及颗粒尺寸对材料变形和损伤行为的影响效果。本文结合Eshelby等效夹杂原理与自洽理论，视基体与增强颗粒为复合材料中地位等同的两个组成部分，即基体与颗粒均为复合材料的夹杂相，深入研究并推导出基体应变与颗粒应变关系的增量表达式，复合材料颗粒应力和应变、基体应力和应变以及空洞应变与复合材料总应力关系的增量表达式，以及复合材料等效弹性模量表达式。此等效弹性模量表达式可计算含有任意相增强颗粒的颗粒复合材料等效弹性模量，描述增强颗粒体积分数变化对复合材料弹性模量的影响，以及颗粒与基体界面脱粘损伤及破坏进程。将推导的等效弹性模量表达式应用于Ramburg-Osgood方程，并结合具体材料参数对实际材料进行数值模拟计算，得到了增强颗粒体积分数取值不同时的复合材料应力-应变曲线，进一步研究颗粒复合材料的力学性能。本文为颗粒复合材料等效弹性模量预测提供了新的表达式，揭示了不同颗粒复合材料等效弹性模量随颗粒体积分数变化及界面脱粘损伤演化的变化规律。将推导的弹性模量表达式代入描述材料应力-应变关系的Ramburg-Osgood方程后得到的本构方程曲线与实际已知的研究结果吻合，且相较于其他研究成果更接近实验数据。

关键词：颗粒复合材料本构关系等效弹性模量颗粒体积分数界面脱粘损伤细观力学方法

SiCp/6061搅拌制备及铸造组织性能的研究

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SiCp/6061搅拌制备及铸造组织性能的研究

作者：朱刚华南理工大学

学位级别：硕士

搅拌铸造法制备颗粒增强铝基复合材料因制造成本低廉、工艺简单、材料各相同性,具有广阔的发展和应用前景。挤压铸造结合铸造和锻造的工艺特点,成为复合材料近净成形的主要工艺之一。本文进行了挤压铸造Si Cp/6061搅拌制备、挤压铸造组... 详细信息

搅拌铸造法制备颗粒增强铝基复合材料因制造成本低廉、工艺简单、材料各相同性,具有广阔的发展和应用前景。挤压铸造结合铸造和锻造的工艺特点,成为复合材料近净成形的主要工艺之一。本文进行了挤压铸造Si Cp/6061搅拌制备、挤压铸造组织性能及时效析出动力学的研究,为推动该复合材料应用奠定基础。针对当前颗粒增强铝基复合材料(PAMCs)搅拌制备的不足,为高质量、高效地制备PAMCs,设计了PAMCS搅拌制备的装置,进行了实验装置中颗粒输送部分、搅拌部分及各配件的设计和制作,完成了PAMCs搅拌制备装置的研制,该装置可实现增强颗粒定量输送、气体保护和自动化操作。采用直接挤压铸造方法制备Si Cp/6061铸件,研究了挤压压力、颗粒体积分数和颗粒尺寸对复合材料微观组织和力学性能的影响。微观组织分析表明,重力条件下,存在气孔吸附Si C颗粒团聚现象,随着挤压压力的增加,颗粒依附孔洞团聚现象消除。随挤压压力增加,组织细化,颗粒与基体合金界面结合强度增加,Si Cp/6061抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度均逐渐增加。随颗粒体积分数的增加,Si Cp/6061屈服强度和硬度逐渐增加,伸长率逐渐降低,抗拉强度先增加后降低。随着颗粒尺寸的增加,Si Cp/6061抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度均逐渐减小。采用差示扫描量热法(DSC)对Si Cp/6061复合材料和6061合金时效析出动力学进行研究,结合Avrami-Johnson-Mehl模型分析了Si C颗粒的加入对6061铝合金时效析出动力学,及Si C颗粒体积分数对Si Cp/6061复合材料β″相析出动力学的影响,计算出连续升温过程中各亚稳相的析出动力学参数、析出动力学表达式及TTT曲线方程,利用硬度测试实验对计算结果进行了对比验证。结果表明,Si C颗粒抑制6061合金GP区的形成,促进β″相、β′相和Q′相、β相和Q相的析出;随着颗粒体积分数的增加,Si C颗粒对β″相析出的促进作用先增加后降低。

关键词： SiCp/6061复合材料挤压压力颗粒体积分数颗粒尺寸析出动力学

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基于固液两相流的高速离心泵流动特性研究

基于固液两相流的高速离心泵流动特性研究

作者：范飞西华大学

学位级别：硕士

高速离心泵具有小流量、高扬程而不需要多极化的优点,因而被广泛的使用到高层建筑物的消防、化工、航天和水利等领域。由于水质的原因,泵在输送的过程中时常会伴随着泥沙等固体颗粒,当高速泵输送固液两相介质时,由于液相与固相两种介质... 详细信息

高速离心泵具有小流量、高扬程而不需要多极化的优点,因而被广泛的使用到高层建筑物的消防、化工、航天和水利等领域。由于水质的原因,泵在输送的过程中时常会伴随着泥沙等固体颗粒,当高速泵输送固液两相介质时,由于液相与固相两种介质的相互作用、相互影响,使机械内部的流动异常复杂,过流部件的磨损和振动等严重地影响着泵的性能和寿命。本文以一台比转速为67的高速泵,基于Mixture多相流模型,分析了不同流量、不同颗粒粒径、不同转速、不同颗粒体积分数等影响因子下,叶轮内部固相体积分数、速度流线分布,并在叶轮流道、隔舌、蜗壳出口等关键位置设置监测点来分析其在不同影响因子下所产生的性能影响、压力脉动及径向力等的变化规律,为高速泵在固液两相下的运行提供一些实际工程参考价值。主要研究成果如下:(1)在叶轮进口颗粒体积分数相同的工况下,在低转速的运行工况下最优效率点向小流量工况偏移,在高转速的工况下运行最优效率点向大流量处偏移;叶轮内部整体的压力分布均是从叶轮进口到出口压力值在增大,并且叶轮进口处、叶片前缘和背面是磨损破坏最严重的部位。(2)高速泵在不同的颗粒直径下运行,漩涡产生的主要位置在叶轮流道内,在蜗壳出口的位置只有部分漩涡出现;在颗粒体积分数相同的工况下,速度流线在趋于大流量高转速工况下分布得较为均匀稳定,流线的均匀程度随着进口流量增大而增强;当叶轮进口流量相同时,颗粒体积分数0.65%是此高速泵固液两相高效运行的临界值。(3)颗粒体积分数为0.65%附近是叶轮流道监测点压力波动快慢的临界值;各监测点压力脉动主要频率发生在叶频和低倍频处;不同颗粒粒径工况下,D=0.1mm是监测点压力脉动增减快慢的分界值;隔舌是诱发压力脉动的主要原因;同一工况在相同的颗粒体积分数时,随着转速的增加各监测点的压力脉动值也在不断增大。(4)在进口流量为0.8Q和颗粒体积分数为0.65%工况时,高速离心泵叶轮所受的径向力较小;固体颗粒直径为0.1mm是叶轮径向力增减快慢的分界值;在不同颗粒体积分数和叶轮转速工况下,在颗粒体积分数为0.65%和转速n=11000r/min工况组合下叶轮所受径向力最小。

关键词：高速离心泵固液两相流颗粒体积分数压力脉动径向力

Viscosity and aggregation structure of nanocolloidal dispersions

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Chinese Science Bulletin 2012年第27期57卷 3644-3651页

作者： WANG Tao NI MingJiang LUO ZhongYang SHOU ChunHui CEN KeFa State Key Laboratory of Clean Energy Utilization Zhejiang UniversityHangzhou 310027China Earth Institute and Department of Earth and Environmental Engineering Columbia UniversityNew YorkNY 10027USA

In this work,the effects of nanoparticle size,particle volume fraction and pH on the viscosity of silicon dioxide nanocolloidal dispersions are *** size and pH are found to significantly affect nanocolloid *** models are used to study the effect of aggregate structure on the viscosity of the nanocolloidal *** fractal concept is introduced to describe the irregular and dynamic aggregate *** structure of aggregates,which is considered to play an important role in viscosity,is affected by both intermolecular and electrostatic *** particle interaction is primarily affected by particle distance and becomes stronger with decreasing particle size and increasing volume *** aggregate structure is also affected by the pH of the *** the relationship between pH and zeta-potential shows that with the neutralization of charges on the particle surface and decreasing electrical repulsion force,the particle interaction becomes dominated by attractive forces and the aggregates form a more compact structure.

关键词：聚集态结构分散体粘度颗粒体积分数粒子相互作用纳米粒子 pH值纳米胶体

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竖直弯管水合物浆液流动模拟研究

当代化工 2020年第11期49卷 2597-2601页

作者：杨蕊刘德俊王鹤超辽宁石油化工大学石油天然气工程学院抚顺113001 中国石油管道局工程有限公司东南亚(东亚·南亚)项目经理部廊坊065000

以竖直倾斜弯管内流动的天然气水合物浆液作为研究对象,运用Fluent软件进行数值模拟,并通过FBRM实验进行验证。主要研究了天然气水合物浆液在管道内流动、水合物颗粒体积分数的变化导致水合物颗粒不断聚集情况,因此研究了不同流速、不... 详细信息

以竖直倾斜弯管内流动的天然气水合物浆液作为研究对象,运用Fluent软件进行数值模拟,并通过FBRM实验进行验证。主要研究了天然气水合物浆液在管道内流动、水合物颗粒体积分数的变化导致水合物颗粒不断聚集情况,因此研究了不同流速、不同管径对天然气水合物颗粒体积分数产生的影响,并对其影响稳定流动的情况进行分析。研究结果表明:低流速下,受到浮力的影响,水合物颗粒会在进入弯管前的直管段处在管道上方聚集,在弯管处体积分数达到峰值;管径不变的情况下,流速越低,弯管处水合物体积分数越大,聚集范围也越大;流速不变情况下,管径越大,水合物体积分数在整个流动过程中变化越剧烈,弯管处水合物体积分数越大,聚集的风险越高;模拟的结果与实验的误差约为11%。模拟结果能够对水合物浆液输送提供理论支持。

关键词：水合物浆数值模拟颗粒体积分数竖直弯管

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污水处理自动加药分离器入口管道优化

应用能源技术 2016年第9期 35-37页

作者：刘远春匡青峰呼和刘超张立栋华能巢湖发电有限责任公司安徽巢湖238015 东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012

对活性炭加药分离器分离器入口管道进行优化,设置水平弯管和分流板,采用欧拉两相流,湍流模型选用K-ε标准型,对不同速度下的管道内颗粒分布进行研究。通过分析颗粒的流动以及出口颗粒分布得出结论:水平入口弯管和分流板能够将颗粒集中... 详细信息

对活性炭加药分离器分离器入口管道进行优化,设置水平弯管和分流板,采用欧拉两相流,湍流模型选用K-ε标准型,对不同速度下的管道内颗粒分布进行研究。通过分析颗粒的流动以及出口颗粒分布得出结论:水平入口弯管和分流板能够将颗粒集中在部分区域,并在出口汇聚,形成不同颗粒浓度的气流,便于分别处理,能够有效提高分离效率和降低能耗。同时在该结构下,入口速度为12 m/s时,粗分离效果最佳。

关键词：弯管分流板颗粒体积分数分离效果

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用于冲蚀磨损的WC/铁基表面复合材料研究

用于冲蚀磨损的WC/铁基表面复合材料研究

第十二届全国复合材料学术会议

作者：蒋业华周荣张玉勤邢建东西安交通大学机械工程学院昆明理工大学机电工程学院昆明理工大学机电工程学院西安交通大学机械工程学院

采用负压铸渗工艺制备了WC/铁基表面复合材料,分析了复合层微观组织结构和颗粒与基体、复合层与基材的界面,并研究了不同颗粒粒度、不同颗粒体积分数的复合材料的抗冲蚀磨损性能。结果表明:WC/铁基表面复合材料具有良好的组织结构,颗粒... 详细信息

采用负压铸渗工艺制备了WC/铁基表面复合材料,分析了复合层微观组织结构和颗粒与基体、复合层与基材的界面,并研究了不同颗粒粒度、不同颗粒体积分数的复合材料的抗冲蚀磨损性能。结果表明:WC/铁基表面复合材料具有良好的组织结构,颗粒与基体、复合层与基材的界面结合强度高,当颗粒粒度为40～60目,体积分数为36%时,其抗冲蚀磨损性能是高铬铸铁(Cr15Mo3)的3倍。

关键词：铁基表面复合材料冲蚀磨损颗粒粒度颗粒体积分数

来源： cnki会议评论

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WC/铁基表面复合材料抗冲蚀磨损性能研究

WC/铁基表面复合材料抗冲蚀磨损性能研究

2002年十一省、区、市机械工程学术年会暨云南省机械工程学会第六届学术年会

作者：蒋业华周荣邢建东西安交通大学机械工程学院昆明理工大学机电工程学院

采用负压铸渗工艺制备了WC/铁基表面复合材料,研究了不同颗粒粒度、不同颗粒体积分数的复合材料的抗冲蚀磨损性能,并对抗磨损机理进行了分析。结果表明:铸渗法制备的WC/铁基表面复合材料具有良好抗冲蚀磨损性能,当颗粒粒度为40～60目,... 详细信息

采用负压铸渗工艺制备了WC/铁基表面复合材料,研究了不同颗粒粒度、不同颗粒体积分数的复合材料的抗冲蚀磨损性能,并对抗磨损机理进行了分析。结果表明:铸渗法制备的WC/铁基表面复合材料具有良好抗冲蚀磨损性能,当颗粒粒度为40～60目,体积分数为36%时,其抗冲蚀磨损性能是高铬铸铁(Cr15Mo3)的3倍。适当的颗粒体积分数(36%左右)的复合材料因颗粒对基体保护好,起主要抗磨作用,因而抗冲蚀磨损性能高,较高或较低颗粒体积分数的复合材料因颗粒脱落或基体磨损严重使得其抗冲蚀磨损性能较低。合适的颗粒粒度(40～60目),颗粒对基体的“钉扎”作用强,不易脱落,颗粒间隙小,能有效保护基体,抗冲蚀磨损性能高。

关键词：铁基表面复合材料冲蚀磨损颗粒体积分数颗粒粒度

来源： cnki会议评论

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动水条件下起动底泥中污染物释放数值模拟

动水条件下起动底泥中污染物释放数值模拟