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γ-TiAl增压涡轮熔模铸造过程数值模拟研究

, 许庆彦 , 李俊涛 , 李世琼 , 张继 , 柳百成 , 仲增墉

稀有金属材料与工程

根据熔模型壳离心浇注的铸造工艺特点,建立了γ-TiAl增压涡轮凝固传热过程的数值模型,推导了离心压力下γ-TiAl金属间化合物的凝固收缩和补缩过程数学模型,模拟计算了γ-TiAl增压涡轮铸件的温度场和收缩缺陷.结果表明,模型能可靠计算γ-TiAl增压涡轮铸件凝固过程的温度分布和准确预测铸件的收缩缺陷,数值模拟结果与实验结果吻合良好.数值模拟结果证实了前期工作所提出的进一步减少及消除收缩缺陷的优化工艺措施的合理性.

关键词: γ-TTil , 数值模拟 , 熔模铸造 , 收缩缺陷 , 增压涡轮

γ-TiAl增压涡轮近净形铸造过程实验研究

, 许庆彦 , 李俊涛 , 李世琼 , 张继 , 柳百成 , 仲增墉

稀有金属材料与工程

γ-TiAl金属间化合物的成形工艺是材料成形领域的前沿领域和研究热点.本研究采用水冷铜坩埚真空感应凝壳技术和熔模型壳离心浇注的铸造方法制备γ-TiAl增压涡轮,通过改善冒口工艺获得了健全的γ-TiAl涡轮铸件,分析了γ-TiAl增压涡轮的凝固过程和收缩缺陷产生原因.结果表明,增大冒口与铸件的模数之差以及冒口与铸件的体积之比有利于减少及消除涡轮铸件的收缩缺陷.为给数值模拟研究提供热物性参数,针对涡轮铸件用钛铝合金,实验测试了合金的热膨胀系数、比热和热导率等物性参数,其与温度的关系分别为:αl=8.10651+0.0073T-2.97619E-6T2;CP=668.28158-0.013T+1.11905E-4T2;λ=19.82252-0.02781T+6.51497E-5T2-3.21096E-8T3.

关键词: γ-TiAl , 熔模铸造 , 增压涡轮 , 收缩缺陷 , 物性参数

Ti-Al合金精密铸件微观缩松预测

, 许庆彦 , 李俊涛 , 李世琼 , 张继 , 柳百成 , 仲增墉

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2003.03.011

根据金属液凝固收缩理论和多孔介质中流体流动原理,建立了离心压力下Ti-Al合金精密铸件中微观缩松缺陷预测的数学模型,采用该模型对Ti-Al增压涡轮铸件进行模拟计算,并进行了实验验证.结果表明,数学模型能够合理反映离心转速、离心半径、温度梯度和冷却速度等重要因素对微观缩松的影响规律,数值模拟结果与实验结果相吻合.分析增压涡轮的计算结果表明,在涡轮轴向,温度梯度值是影响微观缩松度如何分布的主要原因;在涡轮径向,温度梯度、冷却速度和离心半径的共同作用决定着微观缩松度的变化规律.提高温度梯度,降低冷却速度,充分利用离心压力对枝晶间补缩的有效作用,有利于减少涡轮内部的微观缩松,保证叶片和涡轮的组织致密性和力学性能.

关键词: Ti-Al合金 , 微观缩松 , 数学模型 , 精密铸件

单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

, 许庆彦 , 李嘉荣 , 袁海龙 , 刘世忠 , 柳百成

金属学报

基于晶粒形核和生长物理过程及热质基本传输过程, 建立了单相合金凝固过程微观组织和微观偏析形成及枝晶形貌演化的三维数学模型, 模型中考虑了成分过冷、曲率过冷和各向异性等重要因素. 数值模拟结果表明, 所建数学模型能够合理反映质点形核、晶粒生长和柱状---等轴晶转变物 理过程, 温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理. 自由枝晶生长过程的模拟结果表明, 各向异性强度对枝晶生长和最终组织形貌具有重要影响: 强各向异性趋于得到分支发达的树型结构, 内部组织为取向平行排列规则的二次枝晶臂簇; 而弱各向异性趋于得到表面凹凸不平的近似正八面体结构. 模拟结果还证实枝晶内部存在小的孤立熔池, 这有助于揭 示微观组织中出现点偏析和微观缩松的根本原因.

关键词: 微观组织 , numerical simulation , single phase alloy

单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

, 许庆彦 , 李嘉荣 , 袁海龙 , 刘世忠 , 柳百成

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2004.04.021

基于晶粒形核和生长物理过程及热质基本传输过程,建立了单相合金凝固过程微观组织和微观偏析形成及枝晶形貌演化的三维数学模型,模型中考虑了成分过冷、曲率过冷和各向异性等重要因素.数值模拟结果表明,所建数学模型能够合理反映质点形核、晶粒生长和柱状→等轴晶转变物理过程,温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理.自由枝晶生长过程的模拟结果表明,各向异性强度对枝晶生长和最终组织形貌具有重要影响:强各向异性趋于得到分支发达的树型结构,内部组织为取向平行排列规则的二次枝晶臂簇;而弱各向异性趋于得到表面凹凸不平的近似正八面体结构.模拟结果还证实枝晶内部存在小的孤立熔池,这有助于揭示微观组织中出现点偏析和微观缩松的根本原因.

关键词: 微观组织 , 数值模拟 , 单相合金 , 凝固过程

微观偏析建模与仿真的研究进展

, 许庆彦 , 柳百成

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2002.08.013

微观偏析数值模拟是材料成形过程数值模拟研究的一个重要分支.论述了微观偏析数值模拟研究的重要性和研究进展,分析了晶粒域微观偏析模型和界面域微观偏析模型的建模思想、各自特点及其与相关模型的耦合方法.指出了当前微观偏析数值模拟研究中存在的问题,展望了这一领域未来的研究前景和发展方向.

关键词: 微观偏析 , 建模与仿真 , 耦合方法

Ti-Al合金精密铸件微观缩松预测

, 许庆彦 , 李俊涛

金属学报

根据金属液凝固收缩理论和多孔介质中流体流动原理,建立了离心压力下Ti-Al 合金精密铸件中微观缩松缺陷预测的数学模型,采用该模型对Ti-Al 增压涡轮铸件进行模拟计算,并进行了实验验证。结果表明,数学模型能够合理反映离心转速、离心半径、温度梯度和冷却速度等重要因素对微观缩松的影响规律,数值模拟结果与实验结果相吻合。分析增压涡轮的计算结果表明,在涡轮轴向,温度梯度是影响微观缩松度如何分布的主要原因;在涡轮径向,温度梯度、冷却速度和离心半径的共同作用决定着微观缩松度的变化规律。提高温度梯度,降低冷却速度,充分利用离心压力对枝晶间补缩的有效作用,有利于减少涡轮内部的微观缩松,保证叶片和涡轮的组织致密性和力学性能。

关键词: Ti-Al , null , null , null

RPM管弯曲试验及其弯曲应变的工程控制

周仕刚 , 沈星万 , 高永飞 , 薛元德 , 沈碧霞

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2001.04.002

本文介绍了φ1200RPM管弯曲试验以及针对RPM管在工程应用中如何控制其弯曲变形进行了探讨.

关键词: RPM管弯曲应变控制

格栅夹层的热弯曲变形

张锐 , 尚新春

复合材料学报

考虑内部热传导,研究了格栅夹层一侧受热后的弯曲变形.认为变形后夹层结构中间腹板无弯曲.利用格栅夹层结构上的周期性,通过胞元结构的内力平衡方程和变形协调关系,得到了胞元两端内力和位移的关系.引入传递矩阵,建立了夹层内力和变形随温度变化的表达式.应用所建立的模型计算了悬臂格栅夹层在其上表面受热后的变形.在格栅夹层包含的胞元数量较多、腹板高度较小且厚度与表板厚度相近的情况下,由本文模型计算得到的挠度结果与有限元结果吻合较好.

关键词: 格栅夹层结构 , 热弯曲 , 变形 , 胞元结构分析 , 传递矩阵

复合阻尼结构动力特性分析

张醒 , 徐超 , 李莉 , 游少雄

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2007.06.004

提出一种基于Layerwise层合理论的复合阻尼结构单元用于计算嵌入多阻尼层的复合阻尼结构.通过与NASTRAN软件的计算结果进行对比,证明该单元满足层间位移、应力连续条件并避免了剪切自锁,并且具有单元数量和节点数量少、计算精度高的优点.

关键词: 复合材料 , 有限元 , 层合理论

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