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[学位]

外加颗粒高锰钢水韧处理中的热应力模拟计算

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Author:

常海军 (常海军.)

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Abstract:

本文通过数值模拟的方法, 研究了由氧化铝颗粒与高锰钢所组成的颗粒增强复合材料, 在水韧处理过程中热应力情况, 着重研究了颗粒棱角及尺寸对氧化铝颗粒和高锰钢应力的影响规律; 考察了尺寸和预热温度对氧化铝颗粒在铸造热冲击中的应力变化的影响, 同时设计了验证实验对模拟结果进行了验证。数值模拟部分利用大型有限元分析软件ANSYS 完成;采用小孔释放法测量验证试样的残余应力;利用可视化的编程工具编写了实验应力处理程序。基于热弹塑性有限元方法和适当的有限元几何模型, 在考虑材料的性能参数随温度变化的情况下, 作了一系列模拟分析。通过模拟计算发现: 水韧处理过程中由于温度场剧烈变化, 基体( 高锰钢) 的材料模型不能用弹性模型模拟, 必须考虑基体的塑性; 氧化铝颗粒增强体的棱角对基体和增强体应力集中影响很大, 特别是棱角小于60°时, 应力集中效应更为明显; 氧化铝增强体的尺寸对应力的数值和分布也有影响, 在增强体等效直径在0.2~ 1.0mm 范围内时,影响不明显;当增强体等效直径超过1.0mm 时, 随等效直径的变大, 应力也随之变大; 在双颗粒的干涉模拟中, 当增强体的体积分数比较大, 即颗粒之间的距离减小到一定程度时, 模拟结果显示, 在干涉区域出现应力增加现象。此外, 氧化铝颗粒加入到高温液态高锰钢中受到的热冲击应力随增强体直径的减小和预热温度的提高而减小。采用小尺寸的氧化铝颗粒和提高氧化铝颗粒的预热温度是减少热冲击应力并避免发生颗粒破坏的有效方法。验证试验的结果表明, 模拟计算结果和试验实测值在趋势上吻合的很好, 证明了所建立的有限元几何模型和热弹塑性材料模型用于分析含氧化铝颗粒高锰钢的水韧过程是完全正确的; 编写了处理验证实验中的测量数据的程序, 该程序采用参数化的编程和面向对象的方法, 针对不同基体物性值、不同钻孔直径, 可方便地通过测量的三个应变值来计算该点的应力值。本文与同类论文的区别在于: 根据增强体的真实形状, 避免采用传ii统的无棱角球模型、椭球模型以及圆柱模型, 而着重考察了陶瓷增强体的棱角尖锐度在水韧处理中对应力的影响情况。关于增强体棱角和尺寸对应力影响的一系列模拟结论, 对于颗粒增强金属基复合材料的设计与制备具有很好的借鉴和指导意义。

Keyword:

残余应力 颗粒增强复合材料 数值模拟 有限元分析

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学材料科学与工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 邢建东

Year: 2005

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 11

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