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关键词： 工程力学   课程思政   社会主义核心价值观  

摘要： 鉴于《工程力学》课程思政的重要性和必要性,重点研究了《课程力学》课程思政的教学模式及其实践逻辑,以实现对学生的社会主义核心价值观的全面塑造。

关键词： 激光淬火强化   温度场   应力场   硬度分析   显微组织   摩擦磨损  

摘要： 中国是全球最大的城市轨道交通和城际高速铁路建设市场,盾构机市场需求巨大,但是国产盾构机刀具表面性能与国外仍存在较大的差距。武汉某钻具股份有限公司是国内最大的盾构机刀具制造商之一,所生产盾构机滚刀材质采用KDCMSV特种钢,现使用传统调质处理提升表面性能,硬度低、耐磨性差,使用寿命短。激光淬火是一种新型表面强化技术,利用急热急冷的特性,花费较小成本,大幅提高工件表面硬度、耐磨等性能。然而,激光淬火性能受到不同工艺参数的影响,传统上通过反复实验总结经验选取加工参数,优化性能有限,耗费成本高、时间长。本文采用有限元仿真模拟、实验对比等新方法研究盾构刀具激光淬火强化,并获得较优工艺参数。本文的主要内容如下:（1）针对未调质处理的KDCMSV特种钢滚刀,使用ANSYS Workbench建立激光淬火的有限元模型和热弹塑性模型并进行仿真分析,根据金属热处理理论确定硬化层尺寸并与实验结果对比分析,发现最高温度不超过熔点时平均误差为5.43%,具有较大的准确性,并通过应力场分析激光淬火的应力分布;（2）根据模拟的参数对调质前后的特种钢分别进行实验,运用光学显微镜和电子显微镜观察硬化层、过渡区、基体的显微组织差异,分析激光淬火硬化的机理。实验结果显示,调质处理后的刀具的激光淬火效果更好,最佳工艺参数为激光功率2200W、扫描速度45 mm/s、离焦量3 cm;（3）通过直线往复滑动摩擦实验测试空白组与不同激光表面淬火工艺下硬化层的耐磨性能。使用称重法根据磨损量确定耐磨性,采用超景深三维显微镜和扫描电子显微镜观察磨损的表面形貌,并分析磨损的机理。实验结果显示:调质处理+激光淬火后,磨损量最小为调质处理前的10.8%,是调质处理后的41.7%,几乎为完全的磨粒磨损破坏机制,其磨损表面的微观形貌表现为明显的犁沟现象和少量的脆性断裂解理面。

关键词： 边坡工程   三维边坡   应力场   空间滑移面   下滑矢量   安全系数   稳定性控制  

摘要： 为更好地将数值方法应用于边坡稳定性计算,提出一种基于应力场柱网离散式三维边坡稳定性控制分析方法。在完成三维边坡数值计算的基础上,将三维边坡的长、宽和高所围成的最小立方体划分为m×n×k个立方体网格,并使平面位置相同的方格沿高度方向串联成m×n个条柱,构建出三维边坡条柱网格和数值计算单元网格并存的空间坐标体系。首先,通过搜索任意第i个立方网格中心点对应的数值计算单元,实现了数值应力场网格化离散;其次,提出了基于滑面上下滑方向剪应力的安全系数表达式,推导了柱网内任意滑移面上下滑方向矢量的求解方法,并建立方格网内最小安全系数的计算模型;再次,提出了基于安全系数与变形组合控制的滑移面搜索条件和搜索模式,通过搜索最符合控制条件的潜在滑移网格,得到了三维边坡空间滑移面;最后,通过典型算例,验证了该方法的可行性、合理性及优越性,并分析了空间效应对三维边坡安全系数和变形的影响,得到了可控条件下安全系数与位移相关曲线。研究结论对复杂工况下三维边坡稳定性及安全控制的数值计算研究具有重要的科学意义和应用价值。

关键词： Q345qD   裂纹   热塑性   拉速   温度场   应力场  

摘要： 目前,国内某钢厂生产的Q345qD铸坯角部裂纹和表面横裂纹发生率较高,严重影响其连铸生产顺行和产品质量。本文利用Gleeble-3500热模拟试验和Factsage7.0、扫描电子显微镜、红外热像仪、ANSYS有限元软件等手段对某钢厂生产的Q345qD铸坯裂纹形成原因、高温热塑性及温度场、热应力场规律进行研究,得到的主要结论如下:(1)通过对Q345qD铸坯裂纹形貌和夹杂物分析可知,其铸坯表面横裂纹、角裂纹的开裂形貌主要为锯齿状,属于典型的脆性开裂,其裂纹处未发现大型夹杂物,表明其裂纹形成与夹杂物基本无关,可能与在脆性敏感温度区间过度变形有关。(2)通过高温热塑性试验得出,随着拉伸变形温度的降低,Q345qD钢的断面收缩率呈现先提高后减小的趋势。Q345qD的第Ⅰ脆性区间为熔点～1250℃,高温塑性区间为1200℃～900℃,第Ⅲ脆性区间为850℃～800℃(或更低);Q345qD钢铸坯角裂的形成可能与其连铸二冷8、9段铸坯内、外弧角部温度处于脆性温度区间且进行了静态压下有关。(3)通过Q345qD铸坯三维温度场模拟得出,拉速对铸坯温度场、凝固终点和中心固相率的影响较大,其次为二冷比水量,而板坯宽度和过热度的影响相对较小。提高拉速会导致其铸坯凝固终点后移和液相穴深度拉长,拉速提高0.1m/min时,凝固终点后移约2.7 m,且铸坯在连铸二冷7段末、8段末和9段末铸坯宽面中心温度分别增加23℃、28.3℃和61.3℃,铸坯窄面中心温度分别提高62.3℃、63.6℃和65.2℃。因此可通过优化拉速或二冷比水量避免Q345qD铸坯在热裂纹敏感区间进行矫直而导致裂纹的生成,或避免其铸坯在静态压下时铸坯内、外弧角部温度处于脆性温度区间导致生成表面横裂纹和角部裂纹。(4)通过Q345qD铸坯三维热应力场模拟得出,其全铸流全尺寸铸坯的热应力场分布很不均匀,最大热应力集中在弯曲段往矫直段过渡部分铸坯角部,易导致该区域铸坯角部产生裂纹。(5)通过在Q345qD连铸二冷矫直段增加压缩空气(增加一根管子吹气,压力为4 bar)吹掉铸坯表面积水和降低二冷比水量(比水量由0.4 L/kg降至0.35L/kg),显著降低了其铸坯裂纹发生率,2020年裂纹发生率相对2019年降低约54.81%,2020年北侧角裂发生率相对2019年降低约73.03%。

关键词： 清管系统   批处理   逻辑图   封装   热膨胀   应力  

摘要： 清管系统是广泛应用于精细化工装置的一种成套设备,本文通过对清管系统控制策略集成到批处理控制系统的方法论述,皮碗速度控制,清管系统管道热膨胀应力分析等实践,提供了成套设备在工程设计和施工中遇到此类问题的解决方案

关键词： 盘式制动   改性聚酰亚胺   温度场   应力场  

摘要： 盘式制动过程是通过摩擦产生的制动阻力阻止了车轴的继续转动,最终实现列车减速及停车的过程。在这整个制动过程之中,制动盘和闸片会产生非常大的热量,而研究怎么将产生的热量传递到空气之中就是制动盘使用寿命以及安全的关键所在。这其中就有几种方式对制动盘的散热性能进行改进:（1）改变闸片和制动盘的材料,从而使闸片和制动盘的摩擦磨损达到更优的状态;（2）改变制动盘内部的散热结构,从而使制动盘的散热得到更好的提高。本文设计制备了低速列车制动的树脂基合成闸片材料,并对该合成闸片材料的摩擦磨损机理进行研究。接着对不同结构制动盘在相同制动过程中的温度场和应力场进行分析,为优化制动系统在工作中的稳定性和安全性做了一定基础的研究。经过研究得出结论:（1）通过硅烷偶联剂合成TiO2修饰的还原氧化石墨烯（Ti O2@RGO）,将Ti O2@RGO作为聚酰亚胺（PI）的填充颗粒制备聚酰亚胺合成闸片,并系统研究了改性聚酰亚胺合成闸片材料的摩擦磨损性能,并且与填充颗粒为RGO的聚酰亚胺材料对比,加入Ti O2@RGO的聚酰亚胺材料的摩擦磨损以及压缩性能明显更加优秀。这主要的原因是Ti O2@RGO的加入使聚酰亚胺材料的疲劳磨损和磨粒磨损得到了降低。可以看出,在较高的载荷之下,改性聚酰亚胺材料的磨损率仅仅只有纯聚酰亚胺材料的1/10。接着对导致这个良好性能的原因进行探查分析,改性聚酰亚胺的非常好的性能归结于内部填料Ti O2@RGO的独特立体结构和还原氧化石墨烯和二氧化钛之间的化学键,这种独特的结构能够将裂隙阻拦,使聚酰亚胺复合材料的磨损变得很小。（2）采用改性聚酰亚胺合成材料闸片和球墨铸铁制动盘,在Abaqus工程模拟软件中,将整个刹车过程仿真模拟。研究了直线肋板式制动盘（制动时间是50s,刹车开始的速度:152.6km/h）,模拟过后得到了温度场和应力场。对比温度场和应力场发现,制动盘的中心区域温度升高较快并且在制动35s左右的时候温度达到了最高的328℃。可以从制动盘的径向温度看出,制动盘主要被分为中心区域,次中心区域,过渡区域以及边缘区域,边缘区域的温度在制动期间一直上升,而其他三个区域温度呈现先上升后下降,有一个最大温度值。从周向温度可以看出,单元温度只和所在区域有关。（3）对制动盘内部结构进行优化,对比研究了曲线肋板式制动盘和圆柱直线式制动盘。从结果产生的温度场和应力场中,我们可以发现曲线肋板式制动盘和圆柱直线式制动盘的温度都低于直线肋板式制动盘,而且曲线肋板式制动盘的最高温度相比与直线肋板式制动盘的最高温度降14.6℃。

关键词： 脊骨梁斜拉桥   施工模拟   影响矩阵   应力分析   索梁锚固区  

摘要： 斜拉桥凭借其优秀的跨越能力和易于结合各种截面形式的主梁等优点在国内外得到快速发展,许多重大工程都采用了这一力学性能优良的桥梁形式。然而,国内对斜拉桥与大悬臂脊骨梁相结合的桥梁结构体系的研究较少。此外,施工控制在桥梁建设过程中发挥着非常重要的作用,是保证斜拉桥建成后达到理想设计状态的关键。本文以孔城河大悬臂脊骨梁斜拉桥为工程背景,基于有限元法,针对斜拉桥悬臂施工受力特点以及锚拉板式索梁锚固结构中的若干问题展开研究,主要工作有以下几个方面:(1)本文研究了考虑结构几何非线性影响的施工影响矩阵计算方法,引入等效刚度法建立了大悬臂脊骨梁斜拉桥杆系有限元简化模型,结合影响矩阵法和正装迭代法求解斜拉桥广义施工张拉索力。(2)对斜拉桥进行了考虑非线性影响的施工过程分析。研究了一种结合杆系模型和精细空间模型的施工过程分析方法,用于解决利用精细空间有限元模型迭代求解施工张拉索力并进行施工过程分析需要耗费大量时间的问题。采用降温法将利用杆系模型求得的广义施工张拉索力引入精细空间有限元模型进行施工过程分析,对斜拉桥重点区域在施工过程中的应力变化进行分析。(3)分析了脊骨梁索梁锚固结构受力性能。分别在斜拉桥成桥状态的主跨和边跨中部对称施加车辆荷载,提取两种工况下主跨和边跨的最大索力。本文按照锚拉板是否延伸至横拉板并将其与锚拉板和横拉板在接触位置焊接,为边跨和主跨各建立了两种索梁锚固节段精细模型。将索力以面荷载形式施加在锚拉板结构的锚垫板上,研究了锚拉板结构和钢主梁的受力特点。(4)对脊骨梁索梁锚固结构关键构件进行了优化。对比分析了延伸锚垫板和未延伸锚垫板的锚拉板结构在最大索力作用下应力状态的差异。通过参数分析研究了锚拉板结构关键构件的Mises应力受锚拉板结构关键构件厚度变化的影响。基于参数分析所得结果,对延伸锚垫板的大悬臂脊骨梁锚固节段模型锚拉板结构进行参数优化,改善了锚拉板结构的力学性能。

关键词： LaCoO3薄膜   La0.7Sr0.3MnO3薄膜   SrCuO2/SrMnO3异质结   应力   各向异性   极性不连续  

摘要： 钙钛矿型过渡金属氧化物具有诸多新奇的物理现象,其中钙钛矿型钴、锰氧化物由于在自旋电子学器件中的广泛应用,一直是凝聚态物理学的研究热点。钴酸镧（La Co O3）作为典型的钴氧化物,具有独特的磁性和丰富的自旋态,具体表现为:块体时不具有磁性,而当以薄膜存在时,显示明显的铁磁性,并且其自旋序排布在受到外界作用时,将会表现为高自旋态、中自旋态以及低自旋态;锰氧化物—锰酸锶镧(La0.7Sr0.3Mn O3)具有半金属性、高居里温度及庞磁阻效应,在自旋阀、磁性隧道结等器件中有着广阔的应用前景,因此吸引了研究者的广泛关注。此外,在氧化物异质结中,由于界面处极性不连续的存在,导致二维电子气、超导等新奇物理现象的产生,使得极性不连续体系也成为一个新的研究热点。本论文选取典型的钙钛矿型氧化物La Co O3和La0.7Sr0.3Mn O3薄膜以及SrCuO2/SrMnO3异质结为主要研究对象,通过应变、取向以及极性等手段进行磁性的调控。论文的具体研究内容如下:（1）利用带有反射式高能电子衍射的脉冲激光沉积设备,分别在（001）取向的Sr Ti O3（STO）、（La Al O3）0.3（Sr2Al Ta O6）0.7（LSAT）、La Al O3（LAO）、YAl O3（YAO）基片上制备一系列高质量外延的La Co O3薄膜,通过磁性测试,发现了LCO薄膜的磁各向异性。而且我们还发现无论薄膜受到拉应力还是压应力,都会有铁磁性信号的出现,并且LCO薄膜在应力由拉到压的变化中,易轴也会由开始的面内方向转到面外,同时利用X射线光电子能谱仪精确的测量了在不同LCO薄膜中Co2+的百分含量从12.8%到10.6%,证明这种微小的变化对LCO薄膜的不同磁化强度有相对较弱的影响。（2）系统的研究了相同衬底不同取向和相同取向不同衬底对LSMO薄膜各向异性的影响,利用带有RHEED系统的脉冲激光沉积设备制备出高质量的厚度为13 u.c.（5nm）的LSMO外延薄膜。对于（001）取向来说,拉应力衬底STO和LSAT上的薄膜易轴在面内,而在压应力LAO上,易轴转到面外。（110）取向的衬底上的LSMO薄膜,在提供拉应力的STO、LSAT衬底上,表现为优先占据面内的轨道3z2-r2;在压应力LAO衬底上由于提供的应力不同,导致电子轨道的占据情况不同,为优先占据x2-y2轨道。通过本实验的研究阐明了LSMO薄膜的磁各向异性和轨道占据状态是如何受应力及取向的影响。（3）设计制备[（SrCuO2）_n/（SrMnO3）6]10超晶格样品,n取2～8。我们发现在SrMnO3厚度保持不变,随着SCO层厚度的减小,其中的铜氧面原子构型由面状结构变为链状型。随着这一结构变化,异质结中面外方向的磁序也发生变化,具体变现为:SCO厚度增大时,异质结的饱和磁化强度正在逐渐减小,当到达七个晶胞时,异质结的饱和磁化强度反而逐渐增加。这是因为当异质结中SCO较薄呈现面外链状时,界面处的Cu和Mn之间存在较强的交换作用,这种交换作用会产生界面铁磁序,所以较薄时饱和磁化强度较强;随着SCO层变厚呈现面状结构时,界面处Cu和Mn之间的交换作用被打破,此时铜氧化物表现为块体时的非补偿状态的反铁磁性,饱和磁化强度出现微弱增加的趋势。综上所述,本论文研究了钙钛矿过渡金属氧化物薄膜中应力、取向以及极性不连续等条件对薄膜各向异性和磁性的影响。这些研究有助于人们对钙钛矿过渡金属氧化物的理解,对以后的研究具有一定的指导意义。

关键词： 选区激光熔化技术   温度场   应力场   悬垂孔桥   试验分析  

摘要： 选区激光熔化技术(selective laser melting)是增材制造技术之一,在成形过程中具有快热快冷的特点,造成材料在成形过程中产生孔隙、翘曲,甚至开裂报废,尤其是具有特殊形状的悬垂孔桥结构表现更加明显。针对316L不锈钢选区激光熔化成形过程采用ANSYS有限元分析软件进行温度场和应力场耦合分析,并进行成形质量研究。首先,基于材料的热物性等物理属性,结合热源选择,冷却时间和对流传热等影响因素,通过有限元参数化设计语言建立单层单道的选区激光熔化成形数值模拟模型,研究激光功率、扫描速度、预热温度和线能量密度对单道温度场、应力场的影响。结果表明,熔池内部温度和熔池尺寸与激光功率、预热温度和线能量密度成正相关,与扫描速度成负相关;热应力与激光功率、扫描速度和线能量密度成正相关,与预热温度成负相关。其次,研究多层多道的温度场和应力场演变规律。结果表明,在多层多道温度场中存在温度热循环曲线。因热积累效应,上层的最高温度大于下层的最高温度,且随着层数的增加逐渐趋于稳定;温度变化率随着激光功率的增大而增大;应力大小随着扫描轨道次数增加而减少,应力分布呈现周期性变化,成形表面冷却后形成中间内凹四周翘曲的形变现象。线性扫描和蛇形扫描在应力大小和应力分布上基本一致。第三,研究不同扫描路径对悬垂孔桥结构的应力场和形变的影响。结果表明,每层改变90°扫描偏转角的扫描方式产生的热应力循环曲线比线性扫描方式产生的热应力循环曲线周期更短、幅值更小,在悬垂的孔桥处产生的应力和形变更小。最后,进行工艺参数对316L成形质量影响研究。结果表明,能量密度为250J/m,扫描方式为每层改变90°扫描偏转角时,致密度达到99.2%。通过试验得出每层改变90°扫描偏转角扫描方式下悬垂结构成形的尺寸精度最高,试验结果与模拟的误差约为9%,仿真准确可靠。

关键词： 铝型材   挤压   模具   分流桥   应力  

摘要： 铝合金制品具有质量轻、强度高、耐腐蚀的优点,在生产生活中应用非常广泛。随着型材截面的多样化、复杂化,新型铝型材模具已成为铝挤压行业的重点研究课题。传统模具制造往往经过制模、试模、修模等一系列过程,时间成本和经济成本巨大,而且传统方法生产出来的模具经常由于设计经验不足而导致应力集中致使桥底断裂,造成模具的早期报废。利用有限元技术对模具工作过程进行模拟分析,根据分析结果对结构改进,已成为模具设计的新方法。本文研究内容主要如下:1、在现有500T液压机的基础上设计配套的挤压部件,充分利用有限的工作空间,设计并加工模具、模座、模垫、支座、挤压垫等,得到改进的500T挤压机。2、采用50.5mm×25.25mm,壁厚1.2mm矩形方管铝型材设计本实验的模具。通过挤压坯料的变形率、挤压分流比、分流孔的数目及选择、型芯的设计、分流桥的设计、焊合室的设计研发出合格模具。3、通过Inspire Extrude软件对模具工作过程进行模拟,综合流场分析和模具分析的结果,分析发现应力集中点的位置,提出模具改进的方案。对初始模具的分流桥下桥进行不同深度的对称和非对称沉桥,模拟结果显示:模具结构的变化对模具的受力影响显著,沉桥后分流桥与型芯接合处应力明显下降,沉桥5mm时应力下降最显著,最大下降约48%;沉桥时随着沉桥深度的增加应力集中点的位置逐渐向桥身中间移动;在型芯2/3桥长位置进行非对称沉桥时,应力在桥身上分布更加均匀,其中沉桥3mm时,有效应力减小最多,降低了10%。应力最大值的下降以及应力最大点的移动可有效缓解根部应力集中问题,降低根部开裂风险,相较原模具能承受更多次的挤压循环,延长模具的使用寿命。