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关键词： 核工业精神   工科教学   工程力学  

摘要： 文章首先阐述了核工业精神与工科教学途径探索的契合点,然后以《工程力学》课程为例,阐述了核工业精神与工科教学的融合途径,事业高于一切,责任重于一切,严细融入一切,进取成就一切的核工业精神融入工科教学,提高学生职业素养。

关键词： 切角缺损   微创贴面   预备宽度   三维有限元   应力  

摘要： 目的 研究不同等级切角缺损唇侧斜面预备宽度部分瓷贴面修复后的应力情况.方法 将离体上颌中切牙经锥形束CT(CBCT)扫描及ASCⅡSTL、Mimics、Geomagic、CATIA软件处理,建立不同等级切角缺损与三种唇侧斜面预备宽度的部分瓷贴面与传统对接型瓷贴面修复后的三维有限元模型,经ANSYS软件分析应力情况.结果 对照组受力时最大应力值与最大等效应力值均位于加载点及腭侧颈部下方,瓷贴面复合体受力时最大等效应力值位于腭侧边缘咬合区及修复体唇面颈1/2处.牙体缺损面积越大,牙体及瓷贴面受力也增大.结论 加载点周围与牙颈部属瓷贴面修复牙预备体最大等效应力分布区域,各组应力大小与牙体预备量及牙体缺损程度不呈直线关系,科学的牙体预备量(推荐2mm)可更好地保护牙体.

关键词： 带式输送机   外转子永磁电机   极槽配合   应力分析  

摘要： 带式输送机作为重要的输送设备,其驱动部分的结构随着永磁电机的发展发生了改变,从传统的异步机+减速器+联轴器+耦合器+机械滚筒到现在的外转子永磁直驱辊,两者相比之下,外转子永磁直驱辊缩短了传动链,抛弃了减速器,减少了所带来的油液泄露等一系列问题,提高了系统运行效率。带式输送机在驱动结构发生变化的同时,输送距离也逐渐加长,一方面是提高永磁直驱电机的单机功率,另一方面选择由多台永磁直驱电机共同驱动皮带。本文就以上问题展开研究,主要研究内容如下:针对长距离带式输送机多点驱动问题,结合带式输送机所受的运行阻力,给出了多点驱动时电机的功率分配;确定多点驱动中间位置时,根据等圆周力或等围包角的的原理,结合实际工况,给出了等距离或者等张力的布置方式以及具体的计算方式,为后续多点驱动模型设计提供了理论支持。结合带式输送机驱动电机的设计要求,设计了一台表贴式永磁直驱辊,理论分析了转矩脉动的产生,齿槽转矩和纹波转矩作为主要因素,极槽配合对转矩脉动的影响重要,通过三种不同极槽配合的比较,选择了其中转矩脉动最小的进行样机生产,设计了分数槽集中绕组来降低谐波含量;通过对平底永磁体和同心圆永磁体两种不同形状的永磁体进行比较,平底永磁体气隙磁密波形的正弦度更好,谐波含量更少;针对外转子永磁电机的散热困难,样机冷却选择水冷,设计了永磁直驱辊的冷却水道,搭建实验平台,进行样机空载、负载和温升实验,将设计和样机实验进行对比验证。针对优化筒壁厚度,减小电机体积的问题,对筒壁进行模型简化和受力分析,并对永磁直驱辊筒壁进行建模,将筒壁受力作为载荷施加,对比分析了5种不同厚度下的筒壁的形变量,在满足机械强度的前提下,输出转矩不变,电机的体积和材料的用量相比原来有所减小。针对带式输送机长距离输送以及输送过程中负载不均匀的问题,结合实际工况,采用i=0的矢量控制模型,设计了负载自适应的三驱控制系统,能根据负载量选择投入驱动电机的数量,当电机在轻载的时候,减小投入电机的数量增大单台电机的负载量,提高系统效率,当多驱系统投入两台及以上的电机时,在依载调节电机数量的基础上,实现多驱系统间的功率平衡,保证带式输送机安全节能运行。最后,搭建控制模块,建立仿真模型,通过仿真得出多驱系统的输出电流和输出转矩波形验证控制系统的正确性。

关键词： 渗透率   应力   温度   力热耦合   气水相渗  

摘要： 我国具有十分丰富的褐煤煤层气资源,然而对褐煤煤层气渗流影响因素认识不足制约了煤层气开发。煤层气渗流能力常用渗透率表示,渗透率主要受温度、应力等因素影响,因此研究应力、温度等因素对褐煤渗透率影响特性具有重要意义。本文利用TCXS-Ⅱ型气水相渗实验设备对褐煤进行了应力与温度作用下渗透率特性变化实验,此外还考虑了氦气、氮气两种不同吸附性气体力热耦合下渗透率实验以及应力与温度作用下气水相渗实验,研究结果表明:有效应力作用下褐煤渗透率与温度不呈单调变化关系,在低有效应力作用下,褐煤渗透率随温度升高呈现上升后下降趋势,在较高有效应力作用下,褐煤渗透率随温度升高呈波动趋势变化,在高有效应力作用下,褐煤渗透率呈先下降后缓慢上升趋势;在较低温度作用下通入氦气时褐煤渗透率大于通入氮气时褐煤渗透率,随有效应力与温度上升,氦气作用下褐煤渗透率下降幅度大于氮气作用下褐煤渗透率下降幅度;在应力与温度作用下,随体积应力增大,褐煤束缚水饱和度增加,气相相相对渗透率增大,水相相对渗透率减小,体积应力对水相渗流抑制作用更强;随孔隙压力增大,残余水饱和度呈降低趋势,水相相对渗透率增大,气相相对渗透率减小;随温度上升残余水饱和度呈下降趋势,气相相对渗透率上升速率变快,气相饱和度升高;从饱和水到残余水过程中随温度升高,气相渗流量也呈增大趋势。图[41]表[23]参[71]

关键词： 有限元   无牙颌   种植   应力分析   All-On-6  

摘要： 目的: 建立无牙下颌骨、种植体、上部结构的三维有限元模型,按照模型分组建立不同种植位点、不同远中种植体倾斜角度的All-on-6种植固定修复三维有限元模型,分析三种不同加载方式下种植体周围骨组织应力分布的情况,为临床种植修复设计和全口咬合恢复提供一定的力学参考。 方法: 1.建模前的准备:通过阅读参考文献,获得无牙下颌骨建模相关的数据。 2.建模:使用COMSOL Multiphysics5.6软件进行无牙下颌骨三维有限元模型的建模,同时按照模型分组进行不同位点(46-43-41-31-33-36、46-44-41-31-34-36、46-43-42-32-33-36、46-44-42-32-34-36、46-44-43-33-34-36)种植体、不同远中种植体倾斜角度(0°、15°、30°)的建模,得到15组不同的有限元模型。其中A-P距是指最前端种植体和最后端种植体之间的垂直距离,是种植位点设计的要点。 3.载荷加载:以150N轴向力按照前牙加载、右侧尖牙加载、右侧后牙加载三种不同加载方式进行加载。 4.有限元分析:通过COMSOL Multiphysics5.6软件求解,进行有限元分析,得到各种植体周围骨组织Von mises应力及各模型应力分布云图。 5.对所得结果进行分析整理,得出结论。 结果: 1.从加力方式上来看,右侧后牙受力时的皮质骨应力峰值普遍高于另两种加力方式,右侧尖牙受力时的应力峰值均低于另外两种。 2.从种植体倾斜角度来说,右侧后牙加力时,随着种植体倾斜角度的增大,有较明显的应力峰值的增大。另外两种加力方式中,并未发现种植体倾斜角度对应力值改变的影响。 3.从种植位点选择上来看,前伸运动及尖牙引导的侧方运动时,模型V的应力值明显高于其他模型,可能与前牙区跨度较大有关,应力不容易分散,相比较来说不利于前牙骨组织的保存。模型Ⅰ和Ⅱ前伸运动时的应力峰值较低,模型Ⅱ后牙受力和尖牙受力时应力值均较低。 4.皮质骨的应力峰值位于种植体颈部周围的骨组织,松质骨应力峰值位于相应的种植体底部。 结论: 1.本研究使用COMSOL Multiphysics5.6建立的All-on-6无牙颌下颌骨三维有限元模型,具有较高的临床相似性,能够较好的模拟实际情况。为进行无牙颌种植修复三维有限元应力分析的实验研究提供了良好的模型基础。 2.与组牙功能牙合相比,尖牙保护牙合时应力峰值更小,为临床全口种植固定修复术后恢复咬合提供了一定的力学参考。 3.前伸运动时有更高的骨质吸收破坏的风险,在临床工作中要注意前伸运动牙合创伤的咬合检查和调整。 4.在本研究范围内,无悬臂梁设计的短牙弓修复设计,在0°、15°、30°的远中种植体倾斜角度的应力分析中发现,远中种植体倾斜角度的增加不会造成应力的显著增加。临床操作中,后牙区针对骨质差或骨量不足的病人,可以在合理的倾斜角度范围内,倾斜植入远中种植体。 5.选择种植体位点应遵循均匀分布的原则,A-P距有助于All-on-6种植全口固定修复的应力分布,在骨量合适的情况下,应尽量加大A-P距。

关键词： 激光熔覆   颗粒增强复合涂层   数值模拟   温度场   应力场  

摘要： 氧化铝陶瓷由于优良的耐热性、硬度、耐腐蚀性等性质,在航空航天材料热防护涂层领域有广泛的应用前景,但是脆性、低韧性及热应力敏感等缺点使其应用受到限制。使用激光熔覆原位制造技术制造颗粒增强型氧化铝陶瓷可以有效改善其脆性和韧性问题,为制造出优良的颗粒增强型氧化铝涂层,本文对使用四氧化三铁和铝的混合粉末在钛合金基板上激光熔覆原位制造Al2O3-Fe颗粒增强型复合涂层的过程进行热-力分析研究,为实际工程制造提供技术参考。主要研究内容如下:针对混合粉末在激光作用下发生诱导铝热反应对涂层成型造成的未知影响,本文基于激光熔覆过程温度场和应力场分析理论,建立了适用于Al2O3-Fe激光熔覆原位制造过程的热力耦合数值模拟模型,揭示了复合涂层制造过程中的温度场演变规律。结合涂层的微观结构建立代表体积元模型得到其热力学参数用于计算。针对涂层制造过程中发生的激光诱导反应,将内部生热热源模型和“生死单元”技术结合,建立了与半球状高斯热源同时作用的组合热源,温度场模型准确性通过仿真和实验的节点温度曲线得到了验证。在Al2O3-Fe激光熔覆原位制造过程的温度场研究中,获得了反应热对温度场分布和演变造成的影响以及不同激光加工参数对熔池最高温度和熔池形态的影响。为获得不同激光加工参数作用下制造同等规格复合涂层热应力的分布规律,本文在热力耦合仿真的基础上进一步进行了Al2O3-Fe激光熔覆原位制造实验研究。通过数值模拟预测了不同激光加工参数对涂层熔覆结束后等效应力分布以及各个方向上的应力大小与类型。对实验制备得到的涂层宏观形貌进行分析,验证了应力场仿真结果,得到了不同激光加工参数与涂层应力之间的关系。为了能制备出涂层形貌规整且基板热变形小的Al2O3-Fe涂层,提出使用激光扫描点云方法获取涂层形貌及基板热变形数据,揭示了其与激光加工参数之间的关系。对涂层两侧基板的点云进行线性拟合,实现了对不同参数组合下基板热变形定量分析。提出将涂层与基板数据分割获取涂层的熔高熔宽的方法,得到了不同激光加工参数下涂层几何形貌变化规律。总结分析并进行参数优选,为实际生产提供参考。

关键词： 薄板   压力容器   对接焊   应力分析   ANSYS  

摘要： 压力容器在生产生活中应用广泛,但容易因压力产生泄漏,造成安全事故,所以安全是压力容器生产的第一要素。目前对于薄板(0.4-4mm厚度)压力容器研究较少,而壁厚的减少,导致强度降低,对薄板压力容器关键结构的安全性有较大的影响,因此对薄板压力容器制造过程中应力分布、变化情况进行分析十分必要。本文主要以某特种设备制造企业生产的薄板压力容器储液罐为研究对象,针对圆筒焊缝,利用ANSYS有限元软件研究薄板对接焊焊接过程中热-应力变化情况,用于指导生产,确保安全。主要研究内容有:1、以薄板对接焊为对象,研究热输入和焊接速度对焊接温度和应力的影响。通过模拟热输入和焊接速度进行焊接温度场仿真,对比不同参数下的焊接温度场数据,得到最佳的模拟焊接热输入参数及此参数影响下焊接温度场、应力场分布情况。对焊接温度场、应力场分析,得到瞬时应力场变化情况和冷却后残余应力分布情况及变化趋势。2、以同样工艺参数下的实际焊接应力测试结果作为对比,验证分析模拟方法的可行性,确定本文所使用的高斯面热源方程合理,能用于薄板对接焊焊接接头的模拟研究。焊热输入参数、边界条件设置正确,为薄板压力容器焊缝分析奠定分析基础。3、基于薄板对接焊研究分析的基础上,对薄板压力容器圆筒横向焊缝对接焊进行数值模拟分析。研究结果表明:随着焊接热源的移动,温度场经历不稳定-稳定-不稳定的过程,焊接接头首、尾端由于瞬时热源移动及热传递效应原因,各存在一个温度缓慢上升区域,影响金属熔化效果,在进行分析比较的时候,尽量避免焊接接头首、尾两端区域。在对接焊焊接过程中,对接焊应力主要集中在沿焊缝方向,熔池中的应力最低,冷却后,由于晶体间运动,使得残余应力出现上升趋势,最后呈现焊缝首尾两头应力场梯度增大,中间应力场梯度范围基本不变情况;筒体横向焊缝的焊接残应力主要集中在焊缝区和焊接热影响区,在近焊缝区域内最大值为320Mpa,距离焊缝越远,残余应力越低,残余应力最大值远远小于材料许用应力,证明该焊接参数是安全有效的。与试验结果对比,基本符合,证明本文分析方法能适用于薄板压力容器对接焊分析。

关键词： 外墙外保温系统   强度   粘结强度   界面应变   ANSYS   温度场   应力场  

摘要： 外墙外保温系统是夏热冬冷地区建筑节能工程常用的技术之一。随着外墙外保温技术的不断完善和新技术的应用,建筑能效得到提高。但在实际使用时却存在开裂、脱落等诸多问题,造成该现象原因很多,如保温材料性能变化、粘结强度、界面产生变形等因素。根据以上现象,本文主要对外墙外保温系统失效进行研究,试验工作和结论有:(1)研究不同温度下,匀质保温板、聚苯板和石墨聚苯板的强度变化。常温下,匀质保温板、聚苯板和石墨聚苯板的强度最大;升高温度或降低温度,匀质保温板、聚苯板和石墨聚苯板的强度都减小。匀质保温板中含有水泥等无机材料,温度升高,水泥基体失去了孔隙中的毛细孔水和水化产物中的结合水,水泥产生了收缩,降低了匀质保温板的抗压强度。聚苯乙烯作为典型的无定型聚合物,侧苯基有很大空间位阻,使聚苯乙烯呈现刚性和脆性,温度升高时,分子间作用力变小,聚苯板和石墨聚苯板的压缩强度变小。匀质保温板中水泥基体孔隙含有水分,冷冻时水结冰膨胀产生了应力,使得水泥基体性能裂化,从而降低了匀质保温板的抗压强度。聚苯板和石墨聚苯板的压缩强度主要由聚苯乙烯颗粒和颗粒内部气室承担,冷冻时聚苯乙烯颗粒内部气室局部断裂,相邻的颗粒骨架损坏,降低了对外力的抵抗能力。(2)研究冻融循环下,外墙外保温系统中保温层与粘结砂浆的拉伸粘结强度变化和破坏断裂机理。保温层与粘结砂浆的拉伸粘结强度随冻融循环次数增加而减小。石墨聚苯板样品与聚苯板样品的破坏主要发生在砂浆粘结界面,匀质保温板样品的破坏在保温材料内部和砂浆粘结界面均有发生。主要受冻融的影响,粘结砂浆在硬化收缩时会出现微小的孔隙和裂纹,冻融循环时水汽会进入孔隙,低温状态下水汽凝结膨胀,在保温板和粘结处产生应力,反复累积后微小的裂纹变大,孔隙变大,降低了保温板与粘结砂浆界面处粘结强度。(3)研究热交变环境下,外墙外保温系统界面处的应变变化规律。随着热交变循环次数的增加,试验所选择保温材料组成的样品界面处应变量都增加。经过30次的热交变循环试验,由匀质保温板组成的样品界面应变总量最大,石墨聚苯板组成的样品界面应变总量最小。在连续循环波动下,界面随温度变化,应变片的应变不断进行积聚和释放,而一个循环结束时还没释放完全的应变会带到下一个循环,变形量在逐步的累积使得应变片的应变值逐循环上升。(4)利用ANSYS软件模拟温度变化幅度大和温度变化幅度小两种温度工况下,保温层和粘结层的温度场/应力场变化。两种工况条件下,降温阶段保温层的温度差值最大;降温和低温阶段,粘结层温度最高;升温和恒温阶段,粘结层温度最低。根据应力云图,保温层与粘结层之间界面应力集中,应力最大。温度直接作用在保温层时,保温层有保温隔热作用,保温层外侧直接受环境温度影响,内侧温度变化很慢,形成了温度梯度。粘结砂浆的弹性模量与保温层的弹性模量不同,温差作用下,保温层和粘结层变形量不同,界面处产生了应力集中。图[57]表[6]参[80]

关键词： H2S/CO2共存   腐蚀速率   应力   流速  

摘要： 采用带有磁力驱动轴的高温高压腐蚀测试釜,通过失重法研究了施加应力与介质流动对20#钢和L245NS钢在H2S/CO2共存环境中腐蚀行为的影响。采用SEM和XRD表征手段分析了浸泡腐蚀后四点弯曲试样表面的微观形貌及腐蚀产物的组成。结果表明:在H2S/CO2共存环境中的各实验条件下,20#钢的平均腐蚀速率均高于L245NS钢的。当施加应力和液态介质流动时,两种材料的腐蚀速率均增大;应力对腐蚀速率的影响更显著。推测腐蚀机理为:H2S在腐蚀过程中起主导作用,生成了具有保护性的FeS腐蚀产物膜。应力会导致腐蚀产物膜存在大量微观通道,促进了腐蚀过程的进行;流体流动加速了金属溶解和腐蚀性物质的扩散,表现出最大的腐蚀速率。

关键词： 3D打印   激光选区熔化   开裂   温度场   应力场   不锈钢   力学性能  

摘要： 金属3D打印是近些年发展起来的一项先进制造技术,理论上可以打印具有任意复杂空间结构的零件,已有模具厂商将金属3D打印技术应用于复杂模具零件的制造,来解决一些模具零件难以加工、加工周期长、成本高等问题。然而在实际生产中,打印过程中的热应力会导致零件的开裂,这严重影响了金属3D打印技术的应用。因此,本文针对3D打印420不锈钢模具零件出现的开裂问题展开研究。主要研究内容如下:（1）首先通过建立420不锈钢打印过程的单层模拟模型,对不同激光功率、扫描速度、基板预热温度下的熔池形态、温度场、应力场进行了模拟分析,发现熔池随着激光功率的增加而增大,随着扫描速度的增加而减小。激光作用区域的温度和温度梯度随着激光功率的增加而增大,随着扫描速度的增加而减小。冷却至室温时的应力随着激光功率的增加而增大,随着扫描速度增加而减小,提高基板预热温度使打印层冷却收缩产生应力的时间延长,冷却至室温时的应力明显减小。（2）然后根据开裂模具零件结构特征,建立开裂模具零件的模拟模型,对模具零件打印过程的温度场和应力场进行模拟,着重分析了零件不同位置的热循环和应力循环过程,并据此对模具零件的打印开裂过程进行了分析。发现打印过程中的热循环效应使应力周期性波动变化,随着打印层数增加,冷却收缩在棱角位置产生的应力积累。当应力最大值超过材料的强度极限时,零件出现初始裂纹,裂纹在应力的作用下逐渐扩展。通过降低激光功率和基板预热处理可有效减小应力最大值与波动幅度,并采用调整后的工艺参数打印出了成型良好的模具零件。（3）最后针对打印态420不锈钢塑性、韧性差的问题,进行了回火热处理实验,讨论了不同回火温度与冷却方式对420不锈钢组织性能的影响。发现随着回火温度的升高,材料的强度与硬度先增大后减小,回火温度在550℃以上时,材料的强度与硬度明显下降,延展性得到改善。回火温度为350℃时,材料的冲击韧性最好。随炉冷却与空冷相比,冷却速率明显降低,有利于组织内碳化物的分解与弥散化分布,使材料的强度与硬度有所提高。