构筑成形过程中连接界面愈合的多相场法模拟

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作者 袁瑶 杨继兰 +2 位作者 杨幸运 樊锐涵 郭正洪 《塑性工程学报》 北大核心 2025年第2期38-49,共12页

为探明动态再结晶机制对构筑成形工艺效果的影响规律,进行了纯镍材料连接界面愈合过程的多相场模拟。基于位错攀移理论,首次建立了亚晶合并机制下动态再结晶的多相场模型。对于已有模拟算例的晶界弓出机制,使用晶体塑性有限元法修正了... 为探明动态再结晶机制对构筑成形工艺效果的影响规律,进行了纯镍材料连接界面愈合过程的多相场模拟。基于位错攀移理论,首次建立了亚晶合并机制下动态再结晶的多相场模型。对于已有模拟算例的晶界弓出机制,使用晶体塑性有限元法修正了其位错演化模块。模拟结果表明,在亚晶合并机制下,材料内部的小角度晶界优先消除,而连接界面异侧亚晶由于取向差过大难以发生合并,不利于愈合。而在晶界弓出模式下,连接界面附近基体中初始位错密度更高,因此可以率先生成新的晶粒并促进连接界面的有效愈合;另外,由位错演化计算得到的流动应力曲线与实验结果较为吻合,表明模拟结果是合理的。 展开更多

关键词 构筑成形 多相场法 连接界面愈合 亚晶合并 晶界弓出

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热处理工艺模拟专用材料数据库的设计与实现 被引量：1

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作者 张伦凤 王治涵 +3 位作者 赵俊渝 安康 徐骏 顾剑锋 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期247-252,共6页

材料参数是热处理工艺模拟中至关重要的数据支撑,但目前国内相关的材料数据库十分缺乏,少数现有数据库存在数据准确性低、完整性差、无法共享等问题,且仅通过化学成分区分材料,无法应对热处理工艺模拟对参数的需求。为此,设计出以化学... 材料参数是热处理工艺模拟中至关重要的数据支撑,但目前国内相关的材料数据库十分缺乏,少数现有数据库存在数据准确性低、完整性差、无法共享等问题,且仅通过化学成分区分材料,无法应对热处理工艺模拟对参数的需求。为此,设计出以化学成分与微观组织为主的数据结构体,自主开发了一款在线的专用材料数据库。该数据库针对热处理工艺模拟所需的材料参数特性,优化设计了数据存储结构。采用B/S架构设计实现了数据共享,同时提高了数据使用便捷性。另外,该数据库通过采用数据挖掘技术,引入了多元线性回归、贝叶斯线性回归、决策树和随机森林4种机器学习算法,建立了一种创新的数据提取机制。可通过对现有数据的应用分析确定有效的数据提取策略,进而获取当前所需的实际数据,初步解决了当前普遍存在的数据缺失问题,有力支撑了热处理工艺模拟的开展。 展开更多

关键词 材料数据库 热处理 机器学习 数据挖掘

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热处理有限元求解器MetalX的改进与优化

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作者 吕越 徐骏 +3 位作者 王婧 郭正洪 顾剑锋 卢伟炜 《材料热处理学报》 北大核心 2025年第1期215-224,共10页

自主发展的热处理有限元求解器MetalX能够独立完成热处理过程多场非线性耦合计算,但在扩展性、计算效率方面与国外商业软件相比仍有一定差距。为此,采用面对对象技术、单指令多数据流(SIMD)技术与准线展开法分别对MetalX求解器的代码结... 自主发展的热处理有限元求解器MetalX能够独立完成热处理过程多场非线性耦合计算,但在扩展性、计算效率方面与国外商业软件相比仍有一定差距。为此,采用面对对象技术、单指令多数据流(SIMD)技术与准线展开法分别对MetalX求解器的代码结构、单元矩阵计算与弹塑性本构算法提出了改进与优化的方法。同时,构建了4种单元矩阵的乘法以及18CrNiMo7-6钢试样淬火模拟的案例,分别对改进后单元矩阵的计算效率与弹塑性本构算法的精确度进行了验证。结果表明:SIMD技术能够有效提升单元矩阵的计算效率,在实际工程应用时可以获得近3倍的加速。同时,在热处理应力场求解中,准线展开法相比MetalX求解器原先采用的径向回归法,取得了更好的求解效果,能够达到与主流商业有限元软件相当的计算精度。 展开更多

关键词 热处理 有限元求解器 多场耦合分析 非线性分析

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仿晶界铁素体长大动力学及典型形貌的相场模拟

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作者 张星 陆海明 +1 位作者 李传维 顾剑锋 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2018年第4期456-462,共7页

利用相场法研究了2个形核位置临近的仿晶界铁素体的典型形貌和单个铁素体晶粒的长大动力学。根据相间取向关系确定了不同奥氏体、铁素体晶粒间的取向差,由此计算得到基于相和取向差的界面能和迁移速度。模拟结果表明,对于2个形核位置临... 利用相场法研究了2个形核位置临近的仿晶界铁素体的典型形貌和单个铁素体晶粒的长大动力学。根据相间取向关系确定了不同奥氏体、铁素体晶粒间的取向差,由此计算得到基于相和取向差的界面能和迁移速度。模拟结果表明,对于2个形核位置临近的铁素体核心,核心长大后具有3种典型的铁素体形貌;基于Horval-Cahn模型,研究了温度和界面能对单个仿晶界铁素体长度和厚度方向长大动力学的影响,结果表明温度对仿晶界铁素体长度和厚度方向的长大均有较大影响,界面能对厚度方向的长大影响不显著。 展开更多

关键词 金属材料工程 仿晶界铁素体 相场法 长大动力学 形貌

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动态再结晶对纯镍热压连接界面结合率的影响

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作者 仝珏川 袁瑶 +2 位作者 仝大明 郭正洪 顾剑锋 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2708-2718,共11页

为研究热压连接过程中显微组织演化与连接界面结合效果的关系,以纯镍试棒为载体进行单向热压模拟实验。通过采用不同温度和变形速率的组合,触发不同类型的不连续动态再结晶;对热压后的试棒进行室温拉伸测试和显微组织表征。结果表明:纯... 为研究热压连接过程中显微组织演化与连接界面结合效果的关系,以纯镍试棒为载体进行单向热压模拟实验。通过采用不同温度和变形速率的组合,触发不同类型的不连续动态再结晶;对热压后的试棒进行室温拉伸测试和显微组织表征。结果表明:纯镍在动态再结晶过程中,当热压温度高至1100℃和热压变形速率低至0.001 s^(-1)的组合易于触发晶界弓出的再结晶方式,分体试棒连接界面的迁移效应显著,得到高的结合率;而当热压温度低至800℃和热压变形速率高至0.01 s^(-1)时易于产生亚晶合并的再结晶方式,其对界面迁移的影响相对较弱,分体试棒的界面结合率较低。亚晶合并耦合多相场法的界面迁移模型分析同样表明,亚晶合并形核仅能消除小角度晶界,而对大角度晶界(如连接界面)的消除效果较弱。 展开更多

关键词 热压连接 不连续动态再结晶 连接界面结合 再结晶形核类型 多相场法

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一种基于莫顿码及镜像编码的平衡八叉树模型

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作者 袁瑶 徐骏 顾剑锋 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期467-473,共7页

在接触分析和动画模拟等网格规模庞大、需要实时更新的应用场景下,普遍采用莫顿码实现包围盒层次树结构的快速重构。但现有的层次树由于结构平衡性差,普遍存在搜索效率不稳定的问题,为此本文在莫顿码法的基础上提出了一种兼顾构建与搜... 在接触分析和动画模拟等网格规模庞大、需要实时更新的应用场景下,普遍采用莫顿码实现包围盒层次树结构的快速重构。但现有的层次树由于结构平衡性差,普遍存在搜索效率不稳定的问题,为此本文在莫顿码法的基础上提出了一种兼顾构建与搜索效率的平衡八叉树模型BOT树(Balanced Octree)。设计了镜像编码来保证树的上层节点均有8个分支,且同层树节点所含三角面数之差不超过1。实际算例表明,BOT树与现有模型OIOT树在CUDA并行框架下对比,构建加速比最高可达1.29×,且网格规模越大,BOT树构建效率的优势越明显。同时,与OIOT树相比BOT树的筛除率更高,在凸体接触和边缘接触算例中加速比分别达到1.13×和1.06×。 展开更多

关键词 层次包围盒树 平衡八叉树 cuda并行框架 莫顿码

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淬火-配分-回火钢在模拟海水环境中的腐蚀性能研究 被引量：10

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作者 翟思昕 杨幸运 +1 位作者 杨继兰 顾剑锋 《中国腐蚀与防护学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期398-408,共11页

利用XRD、SEM和TEM等测试方法研究了淬火-配分-回火(Q-P-T)钢热处理后的物相结构和显微组织形貌,并以相同成分的淬火-回火(Q&T)钢和不含碳化物的淬火-配分(Q&P)钢为参照,利用失重法、电化学测试等方法研究了Q-P-T钢在模拟海水环... 利用XRD、SEM和TEM等测试方法研究了淬火-配分-回火(Q-P-T)钢热处理后的物相结构和显微组织形貌,并以相同成分的淬火-回火(Q&T)钢和不含碳化物的淬火-配分(Q&P)钢为参照,利用失重法、电化学测试等方法研究了Q-P-T钢在模拟海水环境3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,Q&T钢内的残余奥氏体主要以薄膜状分布在马氏体板条间,其含量低于3%(体积分数),而Q&P钢和Q-P-T钢内的残余奥氏体则以薄片状分布在马氏体板条间,其平均含量分别为15.35%(体积分数)和14.6%(体积分数);含碳化物的Q-P-T钢的耐蚀性优于不含碳化物的Q&P钢,且经配分的Q-P-T和Q&P钢的耐蚀性能稍优于Q&T钢。4种钢表面腐蚀产物的演变规律基本一致,即初期腐蚀产物以β-FeOOH和γ-FeOOH为主,随浸泡时间的延长,逐渐以α-FeOOH和Fe3O4为主;4种试样腐蚀表面初期均分布着尺寸不一的点蚀坑,随浸泡时间的延长,逐渐变为均匀腐蚀。 展开更多

关键词 淬火-配分-回火钢 残余奥氏体 碳化物 海水腐蚀 电化学

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热处理专用有限元求解器的开发 被引量：1

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作者 陈震昊 徐骏 +1 位作者 王婧 顾剑锋 《金属热处理》 CSCD 北大核心 2021年第8期77-84,共8页

热处理专用有限元求解器是实现热处理工艺模拟计算的核心技术,国外商业软件公司长期占据领先地位。介绍了自主开发热处理专用有限元求解器MetalX的基本物理场数学模型、功能特点及其算法流程。应用该求解器进行了18CrNiMo7-6钢试样的渗... 热处理专用有限元求解器是实现热处理工艺模拟计算的核心技术,国外商业软件公司长期占据领先地位。介绍了自主开发热处理专用有限元求解器MetalX的基本物理场数学模型、功能特点及其算法流程。应用该求解器进行了18CrNiMo7-6钢试样的渗碳过程模拟计算,并与主流商业有限元软件MSC.Marc的模拟结果进行了对比分析。结果表明:该求解器能够实现热-相变-扩散-结构四场耦合非线性分析,并能实现加热、渗碳、淬火全过程中零件温度、组织、碳浓度分布、变形与残余应力的预测,具有与主流商业有限元软件相近的计算精度。 展开更多

关键词 热处理 有限元求解器 多场耦合 非线性分析

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某重型燃气轮机涡轮叶片表面开裂分析 被引量：1

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作者 夏际先 刘俊建 +4 位作者 周盈涛 何泳 刘秀田 晏广华 李传维 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期243-250,共8页

目的 探究某重型燃气轮机涡轮叶片服役过程中表面裂纹的形成原因。方法 利用场发射扫描电子显微镜及能谱仪确定开裂叶片裂纹周围的显微组织及元素分布情况,揭示高温氧化导致的涂层外表面及涂层/叶片基体界面处的组织演变规律。结果 此... 目的 探究某重型燃气轮机涡轮叶片服役过程中表面裂纹的形成原因。方法 利用场发射扫描电子显微镜及能谱仪确定开裂叶片裂纹周围的显微组织及元素分布情况,揭示高温氧化导致的涂层外表面及涂层/叶片基体界面处的组织演变规律。结果 此叶片经高温长时间服役后,表面未发现热障涂层,抗氧化涂层是NiCoCrAlY涂层,主要显微组织为γ-Ni相+β-NiAl相;叶片基体材质为GTD-111镍基高温合金,主要显微组织为γ-Ni相+γ’-Ni3(Al, Ti)相及γ/γ’共晶组织和块状(Ti, Ta)C碳化物。表面裂纹主要集中于叶身与叶根的过渡平台位置。涂层内部、裂纹周围及涂层/叶片基体界面处均发现明显的金属氧化现象,氧化产物主要为金属Al和Cr的氧化物。高温服役环境下,铝元素的氧化导致涂层外表面的β-NiAl相及涂层/叶片基体界面位置的γ’-Ni3(Al, Ti)相向γ-Ni相转变,导致上述2位置的弱化。此外,截面形貌表明,在涂层表面位置,裂纹与凹坑相连接,并呈现向涂层内部扩展的态势,局部位置已贯穿抗氧化涂层,并扩展进入叶片基体。结论 由于高温氧化导致涂层表面Al含量的显著下降,富Al的β-NiAl强化相转变为γ-Ni相,在表面已存在凹坑的前提下,加之较大的应力集中于叶身与叶根过渡区域,导致涂层表面的开裂及向内的裂纹扩展。 展开更多

关键词 叶片 抗氧化涂层 NICOCRALY 开裂 组织演变 高温氧化

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TPMS空气热沉结构流动传热特性研究

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作者 王佳选 钱琛怿 +3 位作者 俞彬彬 钟豪章 施骏业 陈江平 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1076-1082,共7页

采用CFD流固耦合数值模拟,以TPMS(三重周期性最小表面)结构为核心构建直流空间内芯片散热热沉。对比了同种条件下的Diamond,Gyroid,I-WP,Fischer-Koch和F-RD五种TPMS结构和同等孔隙率的传统翅片结构的温度场和流体的速度和压力场。构建... 采用CFD流固耦合数值模拟,以TPMS(三重周期性最小表面)结构为核心构建直流空间内芯片散热热沉。对比了同种条件下的Diamond,Gyroid,I-WP,Fischer-Koch和F-RD五种TPMS结构和同等孔隙率的传统翅片结构的温度场和流体的速度和压力场。构建无量纲局部性能评价指标对六种结构的冷却效果进行综合比较后表明,TPMS结构比常规翅片结构有16.6%~50.6%的性能提升,其中Fischer-Koch的散热能力最为突出,其在受限空间下有更大的散热潜力,内部流动换热比翅片结构的优势最高可达12倍。 展开更多

关键词 三重周期性最小表面 芯片热沉 数值模拟 流固耦合

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AA6061铝合金等温时效析出动力学及析出强化模拟计算 被引量：1

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作者 陈震昊 徐骏 +2 位作者 刘庆冬 李传维 顾剑锋 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第20期126-132,共7页

应用Kampmann-Wagner Numerical (KWN)模型模拟计算AA6061铝合金在190℃、210℃和225℃等温时效过程中沉淀相的析出动力学行为,得到沉淀相尺寸分布、数量密度和体积分数的演变规律,准确预测到时效进入粗化阶段时沉淀相粒子尺寸和体积分... 应用Kampmann-Wagner Numerical (KWN)模型模拟计算AA6061铝合金在190℃、210℃和225℃等温时效过程中沉淀相的析出动力学行为,得到沉淀相尺寸分布、数量密度和体积分数的演变规律,准确预测到时效进入粗化阶段时沉淀相粒子尺寸和体积分数变化曲线的拐点。利用不同升温速率下差示扫描量热试验的实测数据并结合等转变量分析方法,获得了沉淀相相对转变量曲线,其与模型计算结果吻合较好。应用析出强化模型,计算等温时效过程中AA6061铝合金屈服强度的变化,并通过与实测的由硬度转换的屈服强度进行比较,验证了计算方法的有效性。 展开更多

关键词 AA6061铝合金 等温时效 析出动力学 KWN模型 析出强化模拟

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热压工艺参数对35CrMo钢连接界面愈合率的影响

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作者 陈一安 仝珏川 +1 位作者 郭正洪 顾剑锋 《钢铁研究学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1449-1459,共11页

基于正交试验法,用Gleeble试验机对35CrMo钢棒进行了单向热压连接模拟实验。通过室温拉伸获得的伸长率比值为愈合率判据并辅以显微组织分析,发现在1 000~1 200℃的典型热锻温度范围内,增加热压变形量比升温更能促进动态再结晶和连接界... 基于正交试验法,用Gleeble试验机对35CrMo钢棒进行了单向热压连接模拟实验。通过室温拉伸获得的伸长率比值为愈合率判据并辅以显微组织分析,发现在1 000~1 200℃的典型热锻温度范围内,增加热压变形量比升温更能促进动态再结晶和连接界面上孔隙的弥合,对提高愈合率更为关键。压后保温仅引起晶粒长大,几乎不改变残余孔隙率及愈合率。但压后保温时施加微小压力触发蠕变,则能有效弥合残存孔隙,进一步提高愈合率。分析表明,越有利于增强原子扩散的热压工艺参数,越容易弥合孔隙,让界面由物理连接向冶金连接转变,从而获得更高的愈合率。研究所得实验数据显示,当热压变形量达到60%,保温并继续施加9 MPa的蠕变压力是保证愈合率接近100%的优化工艺参数组合。 展开更多

关键词 热压连接 正交试验 动态再结晶 蠕变 原子扩散

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不同冷速对单向热压35CrMo钢连接界面上孔隙愈合的影响 被引量：3

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作者 曾真 张坤 +1 位作者 郭正洪 顾剑锋 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期169-177,共9页

采用35Cr Mo锻件用钢为载体研究了模拟构筑成形时连接界面的微观特征。在形变奥氏体动态再结晶基础上,基于固态相变机制,以孔隙率变化为衡量标准,对比单向热压模拟试验过程中不同冷速与试样连接界面上孔隙愈合程度的关系,明确了慢冷时... 采用35Cr Mo锻件用钢为载体研究了模拟构筑成形时连接界面的微观特征。在形变奥氏体动态再结晶基础上,基于固态相变机制,以孔隙率变化为衡量标准,对比单向热压模拟试验过程中不同冷速与试样连接界面上孔隙愈合程度的关系,明确了慢冷时形成的铁素体-珠光体,可通过扩散性方式跨越连接界面生长,形成晶格连续性,增强愈合作用;而快冷时形成的马氏体,其生长基于切变过程,无法跨越连接界面,对愈合没有贡献。相变热力学及动力学的初步计算表明,铁素体在生长初期的生长速率与奥氏体再结晶相近,但较低的驱动力导致低的形核率及逐渐降低的生长速率,可能是扩散型固态相变对连接界面附近的孔隙愈合能力不如奥氏体再结晶的原因之一。 展开更多

关键词 35Cr Mo钢 连接界面 固态相变 构筑成形 孔隙愈合

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