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热塑性复合材料磨削温度对表面质量影响研究
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作者 张红哲 周顺 +3 位作者 鲍永杰 陈晨 贾煜鑫 殷国运 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1438-1445,共8页
热塑性碳纤维复合材料对切削热敏感,为了更好地研究磨削温度对其加工性能的影响,本文建立了磨削温度场仿真模型,以获取不同铺层方向以及磨削参数下的温度分布特征,进而探究磨削温度与表面质量的关联关系。结果表明:建立的温度场仿真模... 热塑性碳纤维复合材料对切削热敏感,为了更好地研究磨削温度对其加工性能的影响,本文建立了磨削温度场仿真模型,以获取不同铺层方向以及磨削参数下的温度分布特征,进而探究磨削温度与表面质量的关联关系。结果表明:建立的温度场仿真模型有效的预测了磨削温度,误差小于12.37%;磨削热主要沿纤维方向传导,导致不同铺层方向材料表面的磨削温度呈现明显的差异;当磨削温度超过80℃时,磨削表面树脂涂覆现象明显,并且随着温度的增加损伤加重。 展开更多
关键词 热塑性碳纤维复合材料 复合材料 磨削温度 温度场仿真 热传导 表面质量 热损伤 数值仿真
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CFRTP蒙皮桁条构件感应焊接磁-热-力耦合仿真
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作者 占小红 卜珩倡 +1 位作者 罗杰帮 李晓东 《航空材料学报》 北大核心 2025年第3期61-74,共14页
碳纤维增强热塑性复合材料(carbon fiber reinforced thermoplastic composite,CFRTP)凭借其比强度高、韧性强、可焊接,被广泛应用于航空航天领域;感应焊接是其构件制造的关键工艺,然而,感应焊接过程中多场高度复杂耦合,其演化及分布特... 碳纤维增强热塑性复合材料(carbon fiber reinforced thermoplastic composite,CFRTP)凭借其比强度高、韧性强、可焊接,被广泛应用于航空航天领域;感应焊接是其构件制造的关键工艺,然而,感应焊接过程中多场高度复杂耦合,其演化及分布特征尚不明晰,制约了构件的高效高质量生产。本研究通过耦合求解麦克斯韦方程组、傅里叶传热方程及弹塑性本构方程,构建CFRTP蒙皮桁条构件感应焊接过程磁-热-力耦合仿真模型,研究焊接过程磁、热及力的分布与演化特征。结果表明:在交变电磁场作用下,构件边缘区域磁场强度达1.45mT,模拟所得磁场、温度场与应力场均存在显著边缘效应,焊接过程界面温度可超500℃,该现象与高频涡流引起的趋肤效应密切相关;焊接过程中蒙皮底部两侧存在非对称、近半椭圆状的高温区域,且靠近立桁区域的温度显著高于远离立桁区域的温度;当电流频率从150 kHz增加至250 kHz,焊件上应力最大值从637 MPa增加至778 MPa,焊接界面处的非对称应力集中区域不断扩大;焊接过程温度场及焊后应力测量结果与模拟结果高度吻合,这有效验证所构建模型的准确性和适用性,本研究为CFRTP复杂构件感应焊接的工艺优化与质量控制提供了理论支撑。 展开更多
关键词 热塑性复合材料 磁-热-力耦合仿真 温度场 应力场 磁场 感应焊接
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碳纤维增强热塑性复合材料的变温单点飞切去除特性
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作者 鲍永杰 殷国运 +3 位作者 郑植 杨宇星 陈晨 程东 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第3期616-625,共10页
基于切削温度模拟与单点飞切试验研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)的力热变化规律及其去除特性,分析不同纤维角度和切削温度下CFRTP去除过程和损伤特点.采用单点飞切试验开展CFRTP表面损伤特性研究,通过改变工艺参数、纤维方向和材... 基于切削温度模拟与单点飞切试验研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)的力热变化规律及其去除特性,分析不同纤维角度和切削温度下CFRTP去除过程和损伤特点.采用单点飞切试验开展CFRTP表面损伤特性研究,通过改变工艺参数、纤维方向和材料加热温度,分析切削力热的变化趋势以及温度对材料去除的影响.当飞切速度从3 m/s增大到7 m/s时,切向力和法向力分别增大130.60%和147.80%;当飞切深度从0.05 mm增加到0.10mm时,切向力和法向力分别增大72.44%和58.13%;当纤维角度从0°增大到30°、45°、60°、90°时,切向力分别增大12.50%、37.50%、75.00%、137.50%.CFRTP在20.0℃下以剪切破坏为主,在高温下以拉伸破坏为主且易出现分层和纤维拉拔现象.随切削温度升高,热塑性树脂软化,CFRTP层间强度和承载性能降低,切削力下降,有效切断的纤维数量降低,加工表面质量变差. 展开更多
关键词 碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP) 单点飞切试验 切削温度模拟 去除特性 金刚石磨粒
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热塑性预浸丝铺放过程中温度场数学模型及其仿真 被引量:11
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作者 李志猛 杨涛 +1 位作者 杜宇 戴维荣 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期20-23,共4页
建立了热塑性碳纤维预浸丝铺放过程中二维温度场分布的模型。考虑铺放中热气筒的热气速率、热气温度的影响,当热气流速从650升高至800 m/s时,APC2的对流传热系数增加150 W/(m2.℃)。利用ANSYS对整个铺放过程热量的瞬态热传导进行了仿真... 建立了热塑性碳纤维预浸丝铺放过程中二维温度场分布的模型。考虑铺放中热气筒的热气速率、热气温度的影响,当热气流速从650升高至800 m/s时,APC2的对流传热系数增加150 W/(m2.℃)。利用ANSYS对整个铺放过程热量的瞬态热传导进行了仿真,得到复合材料构件在整个铺放过程中温度场分布及其随时间的变化。通过对铺放头分别以40和20 mm/s进行铺放时温度场随时间变化的比较,可知铺放头移动速率越慢,粘合点处的温度峰值越高。当把铺放头移动速率降至20 mm/s以后,粘合点温度峰值升至355℃以上,达到APC2的熔点,因此在此条件下加工时铺放头移动速率理论上应低于20 mm/s。通过对比,证明了温度场数学模型的正确性。 展开更多
关键词 预浸丝铺放 温度场分布 仿真
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树脂基复合材料制造过程温度变化模拟研究 被引量:25
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作者 陈祥宝 邢丽英 周正刚 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期61-65,共5页
本文在树脂基复合材料树脂基体固化动力学研究的基础上,将固化反应热通过固化反应动力学方程引入热传导方程,模拟实际工艺条件建立了复合材料固化过程的温度分布模型,将模拟计算值和实际测量值进行了比较,发现所建立的复合材料制造过程... 本文在树脂基复合材料树脂基体固化动力学研究的基础上,将固化反应热通过固化反应动力学方程引入热传导方程,模拟实际工艺条件建立了复合材料固化过程的温度分布模型,将模拟计算值和实际测量值进行了比较,发现所建立的复合材料制造过程温度分布模拟技术可以准确模拟环氧和双马复合材料在制造过程中的温度变化。 展开更多
关键词 复合材料制造 温度分布 模拟
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超精密切削切屑形成过程的三维有限元仿真 被引量:9
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作者 王洪祥 汤敬计 +2 位作者 廖世宾 徐志强 刘俊利 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期293-295,共3页
基于大变形有限元理论,建立了超精密切削的三维有限元模型,利用通用的商业有限元软件实现了超精密切削切屑形成过程的三维仿真.并对正交直角切削和斜角切削切屑的形成过程进行了比较深入的分析研究.结果表明:在同样切削条件下,斜角切削... 基于大变形有限元理论,建立了超精密切削的三维有限元模型,利用通用的商业有限元软件实现了超精密切削切屑形成过程的三维仿真.并对正交直角切削和斜角切削切屑的形成过程进行了比较深入的分析研究.结果表明:在同样切削条件下,斜角切削过程中产生的切削热、塑性应变和等效应力小于正交直角切削时产生的切削热、塑性应变和等效应力. 展开更多
关键词 超精密切削 有限元分析 仿真
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连续铸造复合轧辊辊芯预热的数值模拟 被引量:4
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作者 冯明杰 王恩刚 +1 位作者 王俊刚 赫冀成 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期1401-1405,共5页
建立了连续铸造复合轧辊辊芯预热的数学模型,并对辊芯预热温度的分布情况进行了数值模拟,分析了拉坯速度及陶瓷隔热管对辊芯预热温度分布的影响.结果表明,辊芯到达线圈下端面时,辊芯表面与中心具有最大的断面温差,离开线圈一定距离后,... 建立了连续铸造复合轧辊辊芯预热的数学模型,并对辊芯预热温度的分布情况进行了数值模拟,分析了拉坯速度及陶瓷隔热管对辊芯预热温度分布的影响.结果表明,辊芯到达线圈下端面时,辊芯表面与中心具有最大的断面温差,离开线圈一定距离后,由于表面的散热作用,中心温度会超过表面温度;较大的拉坯速度不利于提高辊芯的预热质量;在拉坯速度较小的情况下,安装陶瓷隔热管将会对辊芯表面起到较好的保温作用,而在拉坯速度较大时,保温效果不明显. 展开更多
关键词 复合轧辊 辊芯预热 温度分布 数值模拟
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下吸式固定床生物质气化温度场和组分场分布特性 被引量:3
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作者 盖超 董玉平 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期91-96,共6页
首先采用多维数值模拟方法解析了下吸式固定床反应器生物质气化反应的发展过程,并通过主动配气下吸式固定床的气化试验结果验证了该数值解析方法的可行性。在此基础上,解析了气化过程中炉内温度场和组分场的分布特性。结果表明,空气当量... 首先采用多维数值模拟方法解析了下吸式固定床反应器生物质气化反应的发展过程,并通过主动配气下吸式固定床的气化试验结果验证了该数值解析方法的可行性。在此基础上,解析了气化过程中炉内温度场和组分场的分布特性。结果表明,空气当量比RER是影响下吸式固定床气化过程气化特性的重要因素,并且对于炉内温度场分布和气化产气组分场的最优取值范围为0.24~0.28。 展开更多
关键词 生物质 固定床 气化 温度场 组分场 数值模拟
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复合生物质燃烧性能的数值模拟及实验 被引量:1
9
作者 赵嵩颖 徐建光 陈雷 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第22期9630-9636,共7页
为探究复合生物质的燃烧性能,以圆筒形燃烧室的锅炉为例,利用FLUENT软件建立数学燃烧模型,并选取玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质作为模拟燃烧的燃料。分析4种生物质单独燃烧时燃烧室中心截面的温度分布,结合分析结果将玉米秸秆分... 为探究复合生物质的燃烧性能,以圆筒形燃烧室的锅炉为例,利用FLUENT软件建立数学燃烧模型,并选取玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质作为模拟燃烧的燃料。分析4种生物质单独燃烧时燃烧室中心截面的温度分布,结合分析结果将玉米秸秆分别和木屑、稻秆按照不同的质量配比方案进行混合燃烧模拟,并对4种生物质及复合生物质做单烧及混烧实验验证。研究结果表明:4种生物质燃烧时燃烧室中心截面最高温度的排序为玉米秸秆>棉秆>木屑>稻秆,玉米秸秆的最高温度比其他3种生物质高100 K以上;生物质的燃烧性能受一次风速、风温及自身含水率的影响较大;混烧明显好于单烧,实验验证玉米秸秆与木屑、稻秆的最佳质量配比分别为3∶1、7∶3,此时燃烧室中心截面的最高温度混烧比单烧分别提高90 K和92 K,且复合生物质提高了单一生物质的燃烧性能。 展开更多
关键词 复合生物质 燃烧性能 数值模拟 实验研究 温度分布
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有限元模拟分析巴基纸基复合材料热传导性能
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作者 张阿樱 吕海宝 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1721-1726,共6页
为了分析加热片的埋入位置及厚度对巴基纸/SMP复合材料热传导性能的影响规律,本文通过有限元软件FLUENT对巴基纸/SMP复合材料的加热工况进行模拟计算,并分析了复合材料的导热性能及不同加热工况的适用性。计算结果表明:埋入1层加热片的... 为了分析加热片的埋入位置及厚度对巴基纸/SMP复合材料热传导性能的影响规律,本文通过有限元软件FLUENT对巴基纸/SMP复合材料的加热工况进行模拟计算,并分析了复合材料的导热性能及不同加热工况的适用性。计算结果表明:埋入1层加热片的巴基纸基复合材料加热达到稳态时最高温度相对较高,最低温度和平均温度均相对较低。埋入2层加热片的巴基纸基复合材料加热达到稳态时整体温度均更低,温度分布更加平均。计算工况条件下,随着加热片厚度的增大,复合材料最高温度均略微下降,最低温度均略微上升。分析认为:随着加热片厚度的增加,加热片的单位体积内热源呈减小趋势,流经巴基纸和聚合物基体外表面的热流量均有所下降,并且加热片厚度对巴基纸基复合材料加热达到稳态时的典型温度值影响较小。 展开更多
关键词 纳米纸 复合材料 聚合物 有限元模拟 热传导 温度场分布 FLUNT 导热性能
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巴基纸/SMP复合材料热传导性能有限元模拟
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作者 张阿樱 吕海宝 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1931-1935,共5页
为了对巴基纸/形状记忆聚合物复合材料中巴基纸埋入方式、尺寸参数和加热工况进行优化设计,本文采用FLUENT软件分析了不同形状巴基纸/形状记忆聚合物复合材料达到稳态时温度分布规律和加热效果。计算结果表明:加热达到稳态时,矩形弯曲... 为了对巴基纸/形状记忆聚合物复合材料中巴基纸埋入方式、尺寸参数和加热工况进行优化设计,本文采用FLUENT软件分析了不同形状巴基纸/形状记忆聚合物复合材料达到稳态时温度分布规律和加热效果。计算结果表明:加热达到稳态时,矩形弯曲巴基纸/形状记忆聚合物复合材料温度相对较低,但是加热更均匀。相同单位体积内热源作用下,平板形巴基纸/形状记忆聚合物复合材料典型温度值均低于矩形弯曲巴基纸/形状记忆聚合物复合材料。形状记忆聚合物基体的导热系数越大,巴基纸/形状记忆聚合物复合材料加热达到稳态时最低温度也呈增大趋势,但是最高温度和平均温度则呈降低趋势,因而温度分布更加均匀。巴基纸厚度越小,巴基纸/形状记忆聚合物复合材料达到稳态时温度越高。分析认为:巴基纸的单位体积内热源越小,形状记忆聚合物基体的导热系数越大,巴基纸/形状记忆聚合物纸基复合材料达到稳态时温度越低,温度分布越均匀。 展开更多
关键词 纳米纸 复合材料 聚合物 有限元模拟 热传导 温度场分布
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陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料高温变形行为研究 被引量:2
12
作者 余国卿 许永康 +5 位作者 王东亮 牛勇 司明达 张茂 龚攀 王新云 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期178-184,共7页
在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si... 在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si_(3)N_(4),通过放电等离子烧结法制备了一系列不同体积分数的陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料。通过进行高温压缩试验,并建立多颗粒随机分布模型进行数值模拟,对其高温变形行为进行了系统性研究。结果表明,在421℃时,两种复合材料都表现为应力过冲后应变硬化;在441℃时,Al_(2)O_(3)增强的复合材料表现为屈服后应变硬化,对于Si_(3)N_(4)增强复合材料,当第二相体积分数小于25%时表现为屈服后应变硬化,当第二相体积分数大于25%时材料却表现为应力过冲后应变硬化。两种非晶合金复合材料的高温变形行为差异与增强相形貌以及增强相颗粒团聚行为导致的第二相分布不均匀有关。 展开更多
关键词 非晶合金复合材料 热塑性成形 高温变形行为 数值模拟
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碳纤维增强热塑性复合材料/钛合金激光焊接模拟仿真研究 被引量:2
13
作者 焦俊科 徐纪豪 +5 位作者 井成虎 曾堃 孙圣元 茹浩磊 张文武 王斌 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第21期45-53,共9页
为研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与钛合金激光高速旋转焊接接头形成机理,探索工艺参数对接头质量的影响规律,建立了CFRTP/钛合金激光高速旋转焊接数学模型,利用有限元方法对焊接接头温度分布进行理论计算,分析了激光功率、焊接... 为研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与钛合金激光高速旋转焊接接头形成机理,探索工艺参数对接头质量的影响规律,建立了CFRTP/钛合金激光高速旋转焊接数学模型,利用有限元方法对焊接接头温度分布进行理论计算,分析了激光功率、焊接速度和光斑半径等工艺参数对接头熔宽和熔深的影响规律,并将理论计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,利用有限元模拟仿真能够较好地预测CFRTP/钛合金接头的温度场分布;通过对温度场求解结果的数值分析,可以实现CFRTP/钛合金激光焊接过程中接头熔深、熔宽的预测;理论计算结果与试验结果基本吻合,表明模拟仿真能够为CFRTP/钛合金高质量激光焊接提供理论支持。 展开更多
关键词 碳纤维热塑性复合材料(CFRTP) 钛合金 激光焊接 温度场 有限元模拟
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离心渗透铸造产生液固共熔现象的数值计算 被引量:1
14
作者 杨丽辉 胡国新 +1 位作者 张利祥 田芩蔚 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期202-205,210,共5页
在离心渗透铸造工艺中,如果Al2O3颗粒预热温度过低,当渗透前沿达到一定深度时会出现瞬态液固共熔现象.针对离心渗透铸造工艺中金属铝熔液在旋转的Al2O3短纤维预型体内的充型过程,研究伴随有瞬态固化和再熔现象的流场温度分布,分析渗透... 在离心渗透铸造工艺中,如果Al2O3颗粒预热温度过低,当渗透前沿达到一定深度时会出现瞬态液固共熔现象.针对离心渗透铸造工艺中金属铝熔液在旋转的Al2O3短纤维预型体内的充型过程,研究伴随有瞬态固化和再熔现象的流场温度分布,分析渗透前沿推移速度和再熔前沿推移速度的影响因素,提出各界面的移动速度计算公式.对这两个移动边界进行数值计算,得出程序收敛的判断标准.数值计算的结果得出了不同工况下,温度分布、压力分布和渗透速度分布图,对离心渗透铸造金属基复合材料的实际工艺起理论参考作用. 展开更多
关键词 离心铸造 再熔 数值分析 金属基复合材料
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CF/PEEK复合材料自阻电热-原位膜混合加热固化方法 被引量:2
15
作者 陶双全 郝小忠 +1 位作者 杨子剑 刘舒霆 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第22期2748-2754,共7页
碳纤维增强聚醚醚酮树脂基(CF/PEEK)复合材料密度小、韧性强、疲劳强度高,且可循环使用,但PEEK树脂熔融温度高(>340℃)、熔融黏度大(>1000 Pa·s)、熔融-烧蚀工艺温度窗口小,零件固化难度大。提出一种CF/PEEK树脂基复合材料... 碳纤维增强聚醚醚酮树脂基(CF/PEEK)复合材料密度小、韧性强、疲劳强度高,且可循环使用,但PEEK树脂熔融温度高(>340℃)、熔融黏度大(>1000 Pa·s)、熔融-烧蚀工艺温度窗口小,零件固化难度大。提出一种CF/PEEK树脂基复合材料自阻电热-原位膜混合加热固化方法,结合有限元仿真,引入组合原位膜自适应地辅助加热制件。有限元仿真和实验研究结果证明了该方法的有效性:加热过程中相较纯自阻电热加热方法,制件温度均匀性提高了75%,结晶度提高了16.2%,实现了CF/PEEK树脂基复合材料的高效、均匀加热固化。 展开更多
关键词 热塑性复合材料 聚醚醚酮 自阻电热 有限元仿真 温度场分布
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Cu/Cr复合电极电火花加工电蚀凹坑的数值仿真及实验分析 被引量:1
16
作者 滕达 曹明让 刘冬冬 《工具技术》 2012年第2期25-28,共4页
介绍了一种电火花加工的Cu/Cr复合电极,分析了影响电蚀凹坑的主要因素。以ANSYS温度场分布分析为基础,对复合电极的两部分Cu和Cr在单脉冲条件下的温度场进行了数值模拟,获得放电能量与电蚀凹坑尺寸之间的关系,并同实验进行了比较。结果... 介绍了一种电火花加工的Cu/Cr复合电极,分析了影响电蚀凹坑的主要因素。以ANSYS温度场分布分析为基础,对复合电极的两部分Cu和Cr在单脉冲条件下的温度场进行了数值模拟,获得放电能量与电蚀凹坑尺寸之间的关系,并同实验进行了比较。结果表明,通过模拟温度场分布,能够较准确地得到电蚀凹坑的尺寸,为模拟连续放电过程提供了理论依据。 展开更多
关键词 复合电极 温度场 仿真 电蚀凹坑
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热载荷作用下颗粒增强复合材料温升分布数值模拟 被引量:2
17
作者 杨万友 王家序 +2 位作者 黄彦彦 周青华 杨勇 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1342-1351,共10页
对在严酷太空环境中服役的航天器而言,高低温交变是严重影响颗粒增强复合材料性能的关键因素之一.热载荷将造成材料表面和内部温升发生变化,进一步导致材料产生热变形和热应力,严重影响材料的力学性能.颗粒增强复合材料中,增强体具备与... 对在严酷太空环境中服役的航天器而言,高低温交变是严重影响颗粒增强复合材料性能的关键因素之一.热载荷将造成材料表面和内部温升发生变化,进一步导致材料产生热变形和热应力,严重影响材料的力学性能.颗粒增强复合材料中,增强体具备与基体材料不一样的热传导属性,且分布不规则,使得热量在复合材料中的稳态热传导以及温升分布规律极其复杂.论文基于等效夹杂方法,提出一种求解分布热载荷作用下复合材料温升分布场的数值分析方法,并利用共轭梯度法和快速傅里叶变换法提升数值分析方法效率.分析结果表明,颗粒增强体形状、大小、位置和热传导属性对颗粒增强复合材料内部温升分布有着显著影响. 展开更多
关键词 热载荷 颗粒增强复合材料 稳态热传导 数值模拟 温升分布
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