国家自然科学基金(51206179)
- 作品数：39 被引量：110H指数：6
- 相关作者：江国业崔艳雨丁清苗崔静初飞雪更多>>
- 相关机构：中国民航大学中国兵器科学研究院兰州城市学院更多>>
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- 相关领域：金属学及工艺一般工业技术理学石油与天然气工程更多>>
- 基于光束离散的激光相变硬化蠕墨铸铁应力场数值模拟被引量：1
- 2019年
- 为了研究基于光束离散的激光相变硬化蠕墨铸铁RuT300材料的应力分布状态,构建了离散激光相变硬化RuT300弹塑性本构模型,分析温度对热应力和残余应力的影响。结果表明:材料表面较大的热压应力分布与二维离散点阵光斑相对应,激光快速加热引起的材料各部分温度差异使得模型X轴路径上的热应力呈波浪形分布,离散光斑加载区域的X、Y方向热应力峰值为-635MPa,约为Z方向的1.8倍,随着深度的增加,模型截面热应力逐渐降低;材料表面激光加载区域的残余应力大于非加载区域,X、Y方向的残余拉应力为主要残余应力,应力值在200MPa左右,X轴路径上X方向的残余应力最大;随着激光功率的增加,残余应力峰值增大,材料受较大残余应力影响的区域扩大,延长激光加热时间时,加载区域残余应力峰值的变化幅度在2.4MPa内。
- 庞铭谭雯丹
- 关键词：激光技术相变硬化应力场蠕墨铸铁
- X80钢在含有SRB的海水溶液中阴极保护准则适用性被引量：3
- 2016年
- 通过表面观察及电化学方法研究X80钢在含有SRB的海水溶液中阴极保护准则的适用性,测试结果表明:腐蚀控制因素为阳极控制,对金属施加阴极极化第5天降低金属腐蚀速度主要通过增大金属表面SRB的附着电阻和电荷转移电阻实现;而施加阴极极化第10天,阴极保护主要通过改变金属表面电荷转移电阻控制腐蚀速度,且阴极极化电位越大控制效果越好。无阴级保护的金属试样腐蚀产物较多且附着力差,施加阴极保护的金属试样腐蚀产物较少且附着力较强。阴极保护的确能对存在SRB的海水溶液环境中X80钢起到阴极极化作用,但极化5d时传统的阴极保护准则中-850mVCSE(即-770mVSCE)电位未达到85%的保护要求,-950mVCSE(即-870mVSCE)电位刚刚能满足保护要求;而极化10d时2种极化电位下保护度都有所下降且都不能满足保护要求,因此还需要进一步实验确定其合适的阴极保护电位。
- 丁清苗范玥铭张迎芳
- 关键词：SRB
- 水平弯管内水合物浆的流动特性被引量：5
- 2015年
- 为了掌握水平弯管内水合物浆的流动特性,采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型进行建模研究,其中RNG k-ε模型用于模拟湍流运动,液固两相间的曳力体现相间耦合作用。结果表明,弯头处出现了明显的二次流现象,且速度最大值分布在偏向内侧横截面上;颗粒增大了管内水合物浆湍动能,并使弯曲段的浆液湍动能分布更均匀,弯管和水合物的存在对压能损失产生影响。在相同的水合物体积分数下,浆液压力梯度随平均流速的增加而增大;在相同的流速下,浆液压力梯度随水合物体积分数的增加出现了缓慢增长区、过渡区和快速增长区。为了对堵塞风险进行有效预警,除了考虑平均流速等因素,还需要从水合物生长过程中微观特性变化的角度对压降分区和流变多样性进行探索。
- 江国业王晓娅
- 关键词：水合物浆流动特性压力梯度
- 300M钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度场数值模拟研究被引量：9
- 2020年
- 为了提高飞机起落架减震支柱300M超高强钢的抗磨性能,突破由于温度梯度过大诱发的激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层裂纹等技术瓶颈,基于ANSYS软件的生死单元法编制热循环程序,考虑自润滑相和耐磨相材料热物性参数随温度的变化、相变潜热、激光熔覆过程中与外界的换热、激光熔覆功率、激光熔覆扫描速率等因素对激光熔覆过程温度场、熔池、温度梯度的影响,建立300M超高强钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度仿真模型。结果表明:基体的熔化需要激光、熔化的粉末等综合作用使传导到该区域的有效能量达到熔化的临界值,熔化高度增加率随激光功率的增加先降低后增加,熔化高度减少率随激光扫描速率的增加先变小后变大;由于激光熔覆的不同区域温度、冷却速率差异等综合因素影响,熔覆层熔池的纵截面为勺状熔池;伴随激光功率的增加,由于熔覆层不同区域对能量输入产生的温度响应速率差异导致Z方向温度梯度值增加,且最大冷却速率增加;伴随激光扫描速率的增加,激光输入能量降低,降低了高温区域温度及激光的快速局部加热等综合影响,Z方向温度梯度值降低。通过调控激光参数,在保持熔覆层结合强度的条件下,基体熔凝区能被控制到最小,并能够降低温度梯度。
- 庞铭刘全秀
- 关键词：激光熔覆自润滑300M钢温度梯度
- 冷却方式对等离子喷涂Mo/8YSZ热障涂层残余应力的影响规律研究被引量：3
- 2020年
- 为了研究冷却方式对等离子喷涂热障涂层残余应力的影响规律,基于热弹塑性有限元理论,并利用ANSYS有限元软件,建立了等离子喷涂Mo/8YSZ热障涂层的数值模型,模型中考虑了材料不同温度下的热物性参数,研究了在同步冷却和滞后冷却两种冷却方式下喷涂构件残余应力的分布情况及变化趋势。结果表明:伴随着对流换热系数的增加,喷涂构件的最大径向残余拉应力逐渐减小,而最大径向残余压应力呈现先减小后增大的变化趋势;采用空气自然冷却、压缩空气冷却或静水冷却的方式对喷涂构件进行冷却处理时,喷涂构件的最大轴向残余拉应力小于最大轴向残余压应力,当采用循环水冷却时,喷涂构件的轴向残余拉应力大于轴向残余压应力;伴随着滞后冷却时间间隔的增加,喷涂构件的最大轴向残余拉应力增大,最大轴向残余压应力减小,最大径向残余应力与最大剪残余应力的变化不明显;当滞后冷却时间间隔在0~60 s范围时,喷涂构件残余应力影响变化不明显;涂层剥离失效的大概率位置位于相异涂层界面或基体与涂层界面下方0.2~0.4 mm区间范围内,且伴随着滞后冷却时间间隔的增加及对流换热系数的增加,涂层缺陷的萌发位置逐渐向界面边缘转移。通过合理调控等离子喷涂作业的冷却方式,可实现喷涂构件的残余应力合理分布,进一步提升基体与涂层的结合强度。
- 崔艳雨张啸寒庞铭
- 关键词：等离子喷涂热障涂层冷却方式残余应力
- 喷枪扫描速度对等离子喷涂Mo/8YSZ梯度热障涂层温度场的影响规律研究被引量：5
- 2019年
- 目的突破新型动力热障涂层高温环境易剥落的技术瓶颈,揭示等离子喷涂过程中,喷枪扫描速度对梯度热障涂层温度分布的影响规律。方法利用ANSYS有限元仿真模拟软件,建立了等离子喷涂Mo/8YSZ梯度热障涂层温度场的仿真模型,模型中考虑了材料热物性参数随温度的变化情况及材料的相变潜热。结果当喷枪扫描速度由550mm/s增加至1000mm/s时,喷枪与基体或已沉积涂层间交互作用的时间缩短,在喷涂构件自身热传导及喷涂构件与外界环境对流换热等综合因素作用下,致使喷涂作业结束时,喷涂构件的最高温度由475℃降低至371℃,涂层厚度方向的最大温度梯度由2.15×10^7℃/m降低至2.05×10^7℃/m。由于喷涂构件的温度、温度梯度及等离子射流热源用于粉末粒子直接温升的比例均与材料的热物性参数密切相关,致使在喷涂作业结束时,喷涂构件各部分最高温度及涂层厚度方向的最大温度梯度均呈现陶瓷层最高、过渡层次之、粘结层最低的分布规律。由于等离子喷涂过程中,先沉积的涂层对后沉积的涂层存在一个预热作用,故伴随着涂层厚度的增加,喷涂构件的最高温度增加。结论在等离子喷涂过程中,通过增大喷枪扫描速度,可在牺牲涂层最高温度的条件下,降低喷涂构件的最大温度梯度。热障涂层采用梯度结构,可实现涂层厚度方向材料热物性参数的连续梯度变化,进而实现对喷涂构件空间温度分布的有效调控。
- 庞铭张啸寒刘光
- 关键词：等离子喷涂梯度热障涂层
- 激光增材制造钛合金温度场数值模拟被引量：6
- 2018年
- 利用ANSYS软件生死单元法,建立了激光增材制造钛合金温度场数值模型,模型中考虑了材料的相变潜热、材料的热物性参数随温度的变化以及激光增材过程中的热传导及与外界的换热;分析了激光扫描速度、激光功率对激光增材制造钛合金温度场的影响。结果表明:随激光功率的提高,激光扫描到相同位置的最大温度增加;随激光扫描速度的增加。激光扫描到相同位置的最大温度降低;在激光增材制造过程,由于激光束在空间的位置随时间的变化而改变,在激光扫描到增材区域,该区域温度快速增加;在激光离开增材区域时,由于热传导、与外界换热等综合作用,该区域的温度快速降低。
- 胡艳娇张钰李敏谢金蕾庞铭
- 关键词：ANSYS温度场钛合金
- 铝合金表面等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层残余应力的数值模拟被引量：1
- 2019年
- 为了突破传统热障涂层高温易剥落的技术瓶颈,基于ANSYS有限元仿真模拟软件"生死单元"的方法,建立了铝合金表面等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层的有限元模型,模型中考虑了材料热物性参数随温度的变化,分析了不同配比的金属钼和8%氧化钇部分稳定氧化锆复合涂层残余应力的变化规律。结果表明:随着复合涂层中金属钼比例的减小,喷涂构件的最大径向残余拉应力、最大轴向残余应力和最大剪残余应力减小,最大径向残余压应力和最大剪残余压应力增大;在距离涂层与基体界面边缘0. 5 mm处和距离涂层与基体界面边缘下方0. 04 mm处,存在着与其他区域相比更大的应力突变,且随着金属钼比例的减小,应力突变值逐渐减小;改变涂层材料的复合配比对基体与涂层界面边缘位置的残余应力影响更为显著;通过合理调控复合涂层材料配比,可实现喷涂构件的最佳应力分布状态,提升涂层的结合强度。
- 庞铭张啸寒刘光
- 关键词：等离子喷涂残余应力热力耦合数值模拟
- 非稳态温度效应对激光熔凝蠕墨铸铁控形和控性影响的研究
- 2020年
- 采用额定功率为3kW的Nd∶YAG激光器开展激光熔凝蠕墨铸铁实验。利用光学显微镜和硬度仪记录分析激光熔凝过程的非稳态温度效应对熔凝层深度、石墨分布及其硬度分布的影响。结果表明:沿激光扫描方向,前面熔凝过程对后面熔凝过程预热的非稳态温度效应对熔凝层深度的影响,取决于预热的非稳态温度效应形成的温度是否达到材料的熔点临界温度;激光能量输入大小影响熔凝层表面的鱼鳞纹大小和分布,在激光扫描速度为2 mm/s、激光功率为1100 W时,在熔凝层正面基本观察不到鱼鳞纹;在激光输入总能量不能达到熔池石墨完全消失的能量临界值时,伴随激光扫描速度的降低和激光功率的升高,熔凝区域石墨数量和面积降低,熔凝区域的残留奥氏体含量增加;由于激光熔凝过程的非稳态温度效应,前面熔凝过程的预热作用对后面熔凝熔池中碳元素含量和分布等的综合影响,在激光扫描速度为1.5 mm/s、激光功率为500 W时,硬度逐渐上升;在激光扫描速度为4 mm/s、激光功率为1100 W时,在扫描收尾区域硬度波动幅度降低。
- 庞铭刘全秀浮艺旋初飞雪
- 关键词：激光熔凝蠕墨铸铁
- 基于光束离散的激光相变硬化蠕墨铸铁温度场数值模拟被引量：3
- 2019年
- 为了提高材料表面的耐磨性,实现材料的强韧结合,采用激光热流密度均匀分布的二维离散式5×5点阵光斑,对蠕墨铸铁材料的激光相变硬化过程进行数值模拟,通过改变激光功率和激光加载时间,分析了硬化过程中温度场和硬化层的变化。结果表明:基于光束离散的激光相变硬化温度场分布形态与点阵光斑的空间分布相对应,在激光加载结束时,每个小光斑中心点的温度同时达到峰值,整个光斑中心点的温度因各光斑温度场的叠加而达到最高,且沿着各光斑中心点的温度分布呈波浪形;在截面上随着深度增加,温度逐渐降低,材料的整体温度随着激光功率的增大和激光加载时间的延长而升高;各激光离散光斑的硬化层均呈月牙形,随着激光功率增大,截面硬化层的分布基本不变,处于离散分布状态;随着激光加载时间延长,硬化层从离散形向整体月牙形转变,且数值模拟所得硬化层的最大深度随着2种激光参数的增大而增大;在激光光束离散相变硬化处理过程中,增大激光功率既可以满足材料表面激光辐照的高硬度强化区域与激光未辐照的低硬度非强化区域的强韧结合,又能够增加硬化层深度,而延长激光加载时间虽然可以获得更大的硬化层深度,但热传导传递能量具有累积作用,导致材料表面激光辐照区和非辐照区整体被强化,不能实现材料表面的强韧结合。
- 庞铭谭雯丹
- 关键词：激光器激光相变硬化蠕墨铸铁温度场
