瞬间液相扩散连接过程数值模拟的研究进展

综述了近年来国内外关于瞬间液相扩散连接数值模拟的研究现状,内容涉及了异种材料接头元素的扩散与反应层形成的模拟,接头变形与应力行为的模拟,并提出了要解决的问题,为今后的研究提供了一定的借鉴.     

变形率对CuAlBe合金与不锈钢扩散焊接头强度的影响

针对CuAlBe合金与不锈钢扩散连接,研究了扩散焊工艺参数对接头变形率的影响以及接头的变形率与接头强度的关系.研究结果表明:随温度、压力和时间增加,CuAlBe合金变形率迅速增加,而1Cr18Ni9Ti变形率较小;随变形率增加,界面紧密接触,接头强度增加;当变形率较小时界面有未焊合存在.液相扩散焊时,随变形率增加,接头强度增加.     

变形率对CuAlBe合金与不锈钢扩散焊接头强度的影响

针对ＣｕＡｌＢｅ合金与不锈钢扩散连接,研究了扩散焊工艺参数对接头变形率的影响以及接头的变形率与接头强度的强度。研究结果表明,随温度,压力和时间增加,ＣｕＡｌＢｅ合金变形率迅速增加,而１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ变形率较小;随变形率增加,界面紧密接触,接头强度增加,当变形率较小时界面有未焊合存在。液相扩散焊时,随变形率增加,接头强度增加。     

中间过渡金属对阻尼铜与不锈钢扩散焊接头强度的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针及X射线衍仪射仪等,采用加中间过渡金属Ni、Cu后,铜合金CuAlBe与不锈钢lCrl8Ni9Ti扩散焊接头的结合强度进行了试验研究。结果表明,在相同条件下,采用Ni中间层的接头强度明显高于采用Cu中间层的接头强度;但当Ni箔较薄时,Al与Fe及Ni将发生相互作用,形成金属间化合物Fe2Al等,从而降低了接头性能;当温度较高时,由于Ni在Cu中的扩散速度大于Cu在Ni中的扩散速度,界面处会产生柯肯达尔效应,也导致接头强度降低。     

船舶结构T型接头焊接变形数值模拟研究

基于ANSYS WORKBENCH有限元软件,建立了某集装箱船T型焊接接头的热-弹塑性有限元模型。通过顺序耦合的计算方式,对接头的焊接温度场、焊接残余应力及变形进行了数值模拟。最后将数值模拟结果与试验结果进行比较。研究结果表明：数值模拟计算得到的T型接头横向位移和纵向位移与试验结果相符合,所建立的数值模拟模型较准确地预报了T型接头的焊接变形情况。     

焊接预测理论和数值模拟技术的发展

介绍了焊接预测理论和数值模拟技术的最新发展和动向，包括焊接熔池中的流体动力学和传热分析。焊接电弧的传热传质过程，焊接冶金和焊接接头组织性能的预测。焊接变形与应力的预测，焊接接头的力学行为以及特种焊接过程的数值模拟等。     

基于压条拘束的薄板接头焊接失稳控制

将焊接试验与数值模拟相结合，对采用压条拘束控制的2种典型焊接接头失稳变形机理进行了研究。基于热-弹-塑性有限元方法，分别再现5mm厚对接接头和T型接头在常规自由态和压条拘束下的焊接过程，将2种接头计算得到的面外变形与焊接试验后测量的面外变形进行对比，从而验证所采用的有限元计算方法的准确性。分别计算对接接头与T型接头在不同压条拘束距离下的面外变形，并分析拘束距离对2种接头焊接失稳变形的控制效果；比较不同拘束距离下接头的焊接温度场及固有变形，阐明压条拘束控制2种焊接接头失稳变形的机理。结果表明：施加压条拘束使对接接头的纵向固有收缩和横向固有弯曲均减小，从而控制其焊接失稳变形；T型接头施加压条拘束后，几乎不影响纵向固有收缩，但使得横向固有弯曲显著减小，从而达到控制焊接失稳变形的效果。     

中间过渡金属对阻泥铜与不锈钢扩散焊接头强度的影响

利用金相显微镜,扫描电阄,电子探针及Ｘ射线衍仪射要用加中间过渡金属Ｎｉ、Ｃｕ后,铜合金ＣｕＡｌＢｅ与不锈钢１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ扩散焊接头的结合强度进行了试验研究。结果表明,在相同条件下,采用Ｎｉ中间层的接头强度明显高于采用Ｃｕ中间层的接头强度;但当Ｎｉ箔较薄时,Ａｌ与Ｆｅ及Ｎｉ将发生相互作用,形成金属间化合物Ｆｅ２Ａｌ等,从而降低了接头性能;当温度较高时,由于Ｎｉ在Ｃｕ中的扩散速度大于Ｃｕ在ＮＩＫ     

中间过渡金属对阻尼铜与不锈钢扩散焊接头强度的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针及X射线衍仪射仪等,采用加中间过渡金属Ni、Cu后,铜合金Cu Al Be与不锈钢1Cr18Ni9Ti扩散焊接接头的结合强度进行了试验研究。结果表明,在相同条件下,采用中间层的接头强度明显高于采用Cu中间层的接头强度;但当Ni箔较薄时,Al与Fe及Ni将发生相互作用,形成金属间化合物Fe2Al等,     

不同海况下风浪对船舶排气扩散的影响研究

针对船舶航行过程中污染气体的排放和再吸入问题。基于开源CFD代码OpenFOAM，采用内外场混合算法模拟船舶在不规则波浪中的运动，采用多组分气体扩散模型模拟风口气体的排放与扩散，将两者相结合对船舶在波浪中航行时的气体扩散进行数值仿真。在固定船舶排风口排气速度、新风入口进气速度以及船舶航速的前提下，分别模拟了四、六、九级海况下的船舶航行运动，研究了不同海况及风速下船舶运动对排气口气体浓度扩散所产生的影响，以及对新风入口处气体再吸入率的作用。     

陶瓷—金属二次部分瞬间液相连接接头残余应力分析

利用热弹塑性有限元方法，模拟分析了Si3N4陶瓷与Ni合金进行二次部分瞬间液相连接接头残余应力分布状态和中间层对此连接接头应力分布的影响。结果表明：在靠近连接界面附近的陶瓷外表面存在最大拉伸应力；有中间过渡层的接头应力出现大幅度的降低。分析认为：陶瓷与金属之间热膨胀系数的重大差异是导致残余应力的主要原因；采用中间过渡层能缓和接头的残余应力，提高接头强度。     

AH32钢T型焊接接头疲劳强度的试验与数值模拟

对AH32钢T型试件进行疲劳试验,并利用有限元软件对T型焊接接头的应力分布及疲劳寿命进行数值模拟,最终将疲劳试验结果与数值模拟结果对比分析。研究发现,T型焊接接头在焊趾附近处应力值最大,寿命最短。本文研究结果为今后船海结构物的疲劳寿命预测提供了有益参考。     

6082-T6铝合金焊接接头软化模型的研究

6082-T6铝合金在焊接热循环的作用下不可避免地出现焊接接头软化.文中基于Al-Mg-Si系铝合金焊接热过程的析出相演变规律,建立了铝合金焊接接头软化模型.同时采用热模拟试验机模拟焊接接头微区热循环过程,测量微区的动态屈服强度,验证软化模型的准确性.研究结果表明,6082-T6铝合金随着热循环峰值温度的增加,材料的屈服强度降低,软化模型预测结果与试验结果非常吻合,平均误差率为8.5%.     

Ti(C,N)-Al_2O_3与40Cr焊接界面组织与接头强度研究

采用Cu73Ti27/Cu/Ag72Cu28非对称中间层,通过辅助脉冲电流液相扩散焊和常规钎焊,对Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料和40 Cr钢进行了焊接试验,利用扫描电镜研究了焊接界面的微观组织及元素扩散行为.结果表明:辅助脉冲电流液相扩散焊可以减少焊缝中Cu-Ti金属间化合物的生成量,从而提高焊接接头的强度;液相区宽度随着焊接温度的提高而增加.而常规钎焊因为焊接温度较高,保温时间较长,易生成大量的Cu-Ti金属间化合物,降低了接头强度.     

船舶燃油泄漏下水体污染扩散特征模拟

船舶燃油泄漏后,对其扩散特征进行模拟,对水污染控制具有重要作用。利用GIS技术对水体污染物扩散特征进行模拟研究是目前应用最广的手段之一,但在实际应用中,发现模拟结果误差较大,特征分析不准确。针对上述问题,提出基于元胞自动机的水体污染扩散特征模拟模型。该模型建立分为4部分:首先确定元胞和元胞邻居,然后对选的元胞进行状态(未污染和污染)确定,最后建立元胞演化规则,准确分析水体污染扩散特征。结果表明:与基于GIS的水体污染物扩散特征模拟分析模型相比,本次研究的模型能更为准确地模拟出水体污染的扩散特征,水体污染面积模拟误差降低11.3%,浓度模拟误差降低9.4%。     

T型接头横向埋藏裂纹扩展特性

基于断裂力学理论和有限元分析,研究T型接头横向埋藏裂纹扩展特性,实现了双向拉伸载荷作用下T型接头横向埋藏裂纹扩展形状变化的数值模拟。结果表明:T型接头横向埋藏裂纹扩展至结构表面时的形状为近圆形,与裂纹埋藏位置和初始形状无关;埋藏于焊趾端部板材中的裂纹扩展快于埋藏于焊缝中的裂纹扩展。     

沥青再生剂扩散机理与扩散模拟试验研究

从扩散理论入手，分析再生剂与旧沥青之间的扩散机理．认为温度、再生剂性质和沥青性质是影响沥青热再生中再生剂扩散能力的3个重要因素。通过旧沥青向新集料的扩散模拟试验，分析了拌和时间、施工温度、再生剂量、旧沥青量对旧料扩散转移的影响。     

船舶结构用铝—钛—钢复合过渡接头疲劳性能研究

铝－钛－钢爆炸复合板作为新型舰船结构铝合金，钢之间连接过渡接头取代传统的铆接连接具有优越的连接性能和施工工艺。本研究模拟实际应用条件，测定了其焊接前后在固定应力水平下的弯曲疲劳寿命和弯曲疲劳Ｓ－Ｎ曲线，并运用计算机得到Ｓ－Ｎ曲线的回归方程，为复合过渡接头疲劳寿命的预测和最大应力的控制等提供了依据。     

材料与结构形式变化对玻璃钢船用粘接T型接头性能的影响

本文概述有关单板加筋式玻璃钢舰船用T型接头的设计问题。首先，对问题作了简要的回顾，对这类接头设计用的现行方法作了介绍。对起重要作用的各因素，特别是对接头特性具有重大影响的诸因素加以说明。这些因素在接头的试验和数值计算模型化中系统地予以考虑。给出了机械性能试验得到的载荷／挠度曲线，并说明了这种接头在载荷作用下的力学特性。然后使用数值有限元模型以深入了解内部载荷分配和破坏的机理。并采用模拟方法着重说明材料及结构形式变化对T型接头性能的重要影响。     

考虑偏心影响的灌浆套筒连接受力性能研究

为了研究偏心率变化对钢筋接头的等级、接头承载力、灌浆料应力、套筒应力的影响,文中在无偏心试验的基础上采用有限元软件ABAQUS对18个偏心钢筋套筒灌浆连接进行单向拉伸试验的数值模拟研究.结果表明当接头的偏心率控制在10%以内时,满足JGJ107Ⅰ级接头的要求;随着偏心率的增大接头极限轴力N_u不断下降直至为零,且接头截面的极限弯矩M_u和极限轴力N_u存在相关性;偏心率的变化几乎对灌浆料的应力没有影响;套筒的应力与偏心率呈比例关系且应力分布呈现出不均匀分布.