一、快速瞬态高强度加热微小尺度内的热传导的研究(论文文献综述)
尤清扬[1](2021)在《气/液环境中光热微驱动机构的静态与动态驱动技术研究》文中进行了进一步梳理微驱动技术及微驱动机构是微机电系统(MEMS)与微光机电系统(MOEMS)中的关键组成部分,一直以来是该领域的研究热点之一。迄今为止,国内外已研究发展了基于电磁、静电、压电、电热等各类不同机制的微驱动技术,各有其优缺点及适用领域。其中,电热驱动技术及微驱动机构利用流过窄臂和宽臂的电流产生的焦耳热差异实现微驱动(横向偏转),具有驱动(位移)量大、驱动力强等优点。但是,电热驱动需要引入内置或外接电源及电路,使其整体难以集成化或微小化;同时,电热微驱动中的发热电流,可能对微系统中的微电路或微器件产生电磁干扰;此外,这一驱动技术难以在液体(尤其是导电液体)环境中实现微驱动。为此,本文提出和发展了可同时适用于气体(如空气)与液体(如水)环境的新型光热微驱动技术,在毫瓦级激光照射下即可实现光热微驱动机构(Optothermalmicroactuator,OTMA)的驱动及控制,具有原理新颖、结构简洁、驱动灵活(可实现单向与双向驱动)、无需导线连接、无电磁干扰等特点,克服了电热及其他电驱动技术的局限性,不仅具有重要的科学意义,而且在上述领域具有广阔的实际应用前景。本文的主要研究内容及创新之处包括以下几个方面:开展了空气与液体(水)环境中微纳米尺度光热膨胀机制的理论研究,提出了气/液环境中的静态与动态光热微驱动的新方法及新技术。研究了光与物质作用机制及材料传热、热膨胀机理,研究建立了光热膨胀机制的理论模型,基于有限元分析、热平衡方程、边界条件及偏微分方程求解等,推导出温升、光热膨胀量及其振幅的表达式;通过结构力学分析,得到光热微驱动机构在空气中的光热偏转与膨胀量间的杠杆关系;在此基础上,进一步考虑流体对微驱动机构的阻尼力作用,获得了液体环境中的有阻尼修正的光热偏转量-光热膨胀量关系式,为实现气/液环境中的静态与动态光热微驱动提供了理论基础。在理论研究基础上,首次开展了气/液环境下光热微驱动机构的光热温升、光热膨胀及光热偏转等驱动特性的仿真研究。首先分别对空气与水环境中OTMA的膨胀臂在不同形状/尺寸/功率的激光光斑照射下的二维温升分布进行了仿真;其次,对膨胀臂在激光脉冲照射下的光热膨胀量及其振幅开展了仿真研究;此外,利用多物理场仿真软件Comsol Multiphysics的固体传热、固体力学及层流物理场模块,进一步对OTMA的动态光热偏转运动特性及偏转运动过程中微机构的温度/应力变化、流体域流速/压力变化的规律进行了仿真分析,从而全面系统地研究揭示了不同环境下OTMA的光热特性及微驱动特性。利用AutoCAD与准分子激光微加工系统,设计并微加工制作了以高密度聚乙烯(HDPE)为基材的光热微驱动机构系列。采用248 nm的KrF准分子激光,加工了总长在200~2000μm范围、厚度为20~60 μm的各种OTMA,包括光热膨胀臂、双臂对称型OTMA、双臂非对称型OTMA及开关型OTMA等,实现气/液环境中的光热微驱动。研究建立了气/液两用的光热微驱动的控制与测量系统,可同时适用于气体与液体环境中的光热微驱动控制,并实现光热微驱动特性的显微测量。该系统由OTMA及气/液工作皿、激光驱动控制单元(包括激光控制电路、激光器、分束棱镜、多维调节架)、显微成像模块(包括照明光源、显微物镜、图像传感器)及计算机等部分组成;同时,研究开发了基于亚像素匹配算法的显微运动测量软件,用于测量OTMA的偏转量及光热驱动特性。利用光热微驱动控制与测量系统,开展了OTMA在空气中的静态与动态光热微驱动实验研究,验证了光热驱动的可行性,并获得了优化的控制参数及光热驱动特性。在理论模型的指导下,采用波长650 nm、功率2 mW的激光束照射开关型OTMA的膨胀臂,实现了“开”和“关”的驱动状态,测得的最大偏转量达到15.5 μm;采用功率2.5 mW、频率可调的激光脉冲控制非对称型OTMA,实现了动态光热驱动,测得非对称型OTMA在空气中的最大响应频率约为19.6Hz;同时,采用激光脉冲分别照射对称型OTMA的双臂,实现了双向的动态光热驱动。全面系统地开展了液体(水)环境中OTMA的驱动实验研究,首次实现了液体(水)环境中的静态与动态光热微驱动。采用波长650nm、520nm和450nm的激光分别照射水中的OTMA,均有效地实现了液体环境下的光热驱动,证明了这一技术的可行性;在功率9.9 mW、频率0.9~25.6 Hz的激光脉冲照射下,开展了非对称型OTMA在水中的静态与动态微驱动实验,测得其光热偏转量的振幅为3.9~3.2 μm;采用激光脉冲分别照射对称型OTMA的双臂,实现了OTMA在水中的双向光热驱动;采用最高频率200Hz的高频(相对于几十Hz的微驱动而言)激光脉冲,进一步开展了微驱动机构的高频响应特性研究,测得OTMA在水中的最高响应频率在150~200 Hz之间,与理论模型及仿真结果的趋势相吻合,表明OTMA在水中可实现有效的光热驱动,并且表现出比空气环境中更优越的动态响应特性。最后对本文的研究工作进行了总结和展望。研究结果表明,本文提出和发展的气/液环境中的光热微驱动技术及光热微驱动机构,可在空气与液体(水)环境中实现静态与动态光热微驱动,具有显着的特色与创新,为光热微驱动技术及微驱动机构在MEMS、MOEMS及微纳米技术的广泛领域的应用提供了理论和技术基础。
刘学波[2](2021)在《宽温域中碳纤维导热特性实验研究》文中研究指明材料科学的快速发展促进了碳纤维及其复合材料制备技术的创新,具有新物性的碳纤维材料不断涌现并获得了广泛应用。作为一种含碳量在90%以上的具有高强度、高杨氏模量的微纳米纤维材料,碳纤维以其优良的热物理特性引起广泛关注。对碳纤维生产工艺及其物理性能改进方法的研究颇多,而对作为碳纤维重要的热力学参数的热导率,特别是对宽温域环境中碳纤维导热特性的研究相对滞后。导热能力的强弱将直接决定着碳纤维材料在热传导领域中的应用范围,对其进行精准测量并寻找影响其导热能力大小的内在关键性因素是论文的主要研究目标。本文基于瞬态电热法(TET)设计和开发了宽温域中导热性能实验测量系统,实现了对多种不同类型碳纤维样品在不同温度条件下的热扩散系数、导热系数、比热容等物理量进行实验测量,并通过与拉曼散射光谱、X射线能谱分析(XPS)、声子平均自由程以及阻温系数等分析研究方法相结合的方式,对碳纤维材料在宽温域的导热性能变化的微观机制进行了研究。首先,对实验中涉及的材料基础数据测量、数据分析理论中的假设条件以及银胶对实验结果的影响等进行了详细分析,对各项因素对实验结果所造成的可能性误差进行了总结。在此基础上,对室温条件下三种不同类型的碳纤维材料的导热性能等相关物理参数进行精准测量,利用拉曼散射光谱以及声子理论中的声子平均自由程从材料内部微观结构出发对不同类型碳纤维材料在导热特性方面存在的差异性进行了研究,分析了样品中的石墨微晶体尺寸对导热特性的影响。之后,为了研究温度变化对碳纤维材料导热性能的影响,在对处于290K到10K温度区间内两种碳纤维样品的热扩散系数、导热系数以及比热容进行实验测量,绘制了碳纤维材料的各项导热特性随温度变化的曲线关系图。结合X射线能谱分析及不同元素在热膨胀系数上的差异,对临界温度在碳纤维材料导热系数随温度变化曲线中出现的原因进行了解释。论文的创新点在于引入了阻温系数这样一个新的物理学参数来表示材料内的声子热阻,通过研究材料的能量传递能力来确定其内在微观结构尺寸,实现对实验材料内部微观晶体结构尺寸大小的测量。在充分分析声子平均自由程趋近于0K时的结构组成以及与材料内部石墨微晶体的尺寸关系这一前提下,利用阻温系数趋近于0K时的拟合数值实现对临界温度前后的材料内部石墨微晶体的尺寸数据的计算。计算得到:两种碳纤维材料内部石墨微晶体在结构恶化前后的尺寸分别为317.1nm、6.23nm和234.1nm、5.16nm,结构变化比例分别为26.2%和17.2%。实验研究表明:由于受到低温的影响,两种碳纤维材料的内部微观结构尺寸均发生了不同的改变,进而进一步验证了内部微观结构尺寸对材料导热能力的影响。通过对不同温度环境下碳纤维材料的导热特性的研究,确定了材料内部微观结构对导热系数的影响机理。特别是通过对极端低温度情况下碳纤维材料导热特性的研究,系统阐述和分析了如何通过材料的能量传递能力来确定其内部微观结构尺寸,从而进一步分析碳纤维内部结构尺寸的变化对材料导热系数的影响,这将为碳纤维及其复合材料在复杂环境中的应用提供指导理论依据。在对碳纤维这样一种具有巨大应用前景的微纳米材料导热特性研究基础上,寻求影响材料导热能力的关键性因素,从而能够从生产原料的选取、加工工艺的优化等方面对具有可裁剪的导热率和良好机械性能的高性能碳纤维材料的研制、开发进行指导,能够更好的为解决在供热、制冷等工程应用环境中所遇到的散热、保温两个典型传热问题提供解决手段,并将为人类对外太空探索活动以及海洋中未知海域探索活动提供新材料开发理论与技术支持。
贾少辉[3](2020)在《热塑碳纤复合材料与铝合金激光搅拌焊接技术研究》文中进行了进一步梳理热塑碳纤复合材料(CFRTP)和铝合金的复合结构就是实现飞机轻量化制造且具有可靠强度的有效结构。近年来,随着激光加工技术的应用越来越广泛,激光焊接技术成为实现CFRTP-铝合金复合结构连接的热门方法。但传统的激光焊接在焊接铝合金时,容易造成一些气孔和微裂纹等热损伤问题,成为导致CFRTP/铝合金焊接接头失效的潜在威胁。为降低CFRTP/铝合金激光焊接时激光加热对铝合金表面的热损伤,提升接头连接强度,本文创新性地采用激光搅拌焊接技术进行CFRTP-铝合金复合结构的焊接,并研究基于锚固效应的界面微织构辅助连接对CFRTP/铝合金接头强度的影响规律。首先,建立了 CFRTP/铝合金激光搅拌焊接有限元模型,对铝合金表面温度场进行了分析,发现铝合金表面的温度场呈非等幅振荡形式平缓变化,改变了传统激光加热温度场的急冷急热,这是激光搅拌焊接能够降低铝合金热损伤的原因之一。仿真与实验结果对比发现,焊缝的熔深和熔宽误差在9.87%以内,且变化趋势较吻合。通过对连接界面温度场的研究,发现界面树脂熔化深度与实验所得到接头的连接强度变化趋势一致。其次,采用激光搅拌技术对CFRTP/铝合金连接进行了实验研究,通过与传统的激光直线焊接相比较,在相同热输入量的情况下,激光搅拌焊接所形成了铝合金表面焊缝的焊接缺陷问题得到了显着改善,接头强度是常规直线焊接的3.25倍,并通过单因素法研究了激光搅拌焊接工艺参数对接头强度的影响规律。最后,研究了界面微织构辅助连接对CFRTP/铝合金异质结构接头强度的影响,分别讨论了微织构形貌、尺寸和添加聚酰胺树脂(PA)材料厚度对CFRTP/铝合金接头强度的影响。与未经任何表面处理的接头强度相比,界面微织构辅助连接的接头强度提升了 260%。当十字交叉微织构的扫描间距为0.1mm且所添加的PA材料的厚度为80μm,在激光功率为200W,焊接速度为5mm/s,搅拌振幅为0.8 mm,搅拌频率为40Hz时的激光搅拌焊接参数下,获得37.5MPa的最高强度接头。
王士博[4](2020)在《固相扩散连接初始物理接触阶段界面行为数值模拟研究》文中认为扩散连接技术具有接头组织均匀稳定、界面结合质量高、近净成型、材料适用范围广等特点,广泛应用于航空航天、电子器件、机械制造等领域。扩散连接过程总体上分为三个阶段:第一阶段是初始物理接触,待焊表面在压力作用下接触发生塑性变形并形成孤立的初始空洞;第二阶段是扩散、蠕变机制作用下空洞的逐渐闭合;第三阶段是原始界面迁移和空洞消失。其中初始物理接触阶段所形成的界面初始空洞大小和形状是决定扩散连接所需时间和最终界面结合质量的基础,有效调控界面初始空洞尺寸是优化扩散连接工艺参数和提高连接件质量的重要途径。经典扩散连接界面演化模型对初始物理接触阶段的分析主要建立在塑性力学的基础上,考虑压力、温度和待焊表面形貌的影响,采用复杂的数学模型讨论初始空洞的变化规律,但囿于其形式的复杂性,需要借助专业数学软件才能获得特定焊接体系的解析解,工程易用性差。本文以固相扩散连接初始物理接触阶段为研究对象,基于有限元数值模拟方法,系统研究了压力、温度、待焊表面形貌对界面初始空洞大小的影响规律,进而选取多种焊接材料体系研究材料本征力学性能参数对初始物理接触阶段界面演化的影响,由此构建适于工程应用的初始物理接触本构回归模型。基于有限元多场耦合数值模拟方法,在界面引入电流,对比研究了有/无电流条件下界面接触行为,探讨了电流的作用机制。主要研究内容及结论如下:(1)基于有限元接触模拟方法,研究了压力、温度对界面初始空洞大小影响规律。结果表明,初始空洞宽度随连接压力增大近似线性减小;初始空洞高度随连接压力增大加速减小;形成的初始空洞形状接近狭长的透镜形。温度对初始空洞缩小的促进作用表现出对连接压力的依赖性:压力越大促进作用越显着。有限元数值解与经典模型解析解吻合较好,证明了有限元方法的可行性。(2)考虑了待焊表面垂直和水平方向上的粗糙度,用微凸体高宽比表征待焊表面的微观平整度,系统研究了待焊表面形貌参数对初始空洞演化的影响。结果表明,表面形貌参数和连接压力协同影响初始空洞的演化:连接压力较小时,粗糙度对初始空洞宽度影响不显着;连接压力较大时,粗糙表面的等效塑性应变较高,塑性变形程度更剧烈,所形成的初始空洞宽度更小。而初始空洞高度主要取决于待焊表面垂直方向上的粗糙度,粗糙度越大初始空洞高度越大,空洞体积越大。同时减小微凸体高度和波长有利于形成细小的初始空洞,为后续扩散机制创造有利条件。(3)选取铜、TC4合金、304不锈钢、AA7020铝合金、C22合金5种扩散连接常用金属材料进行多组数值模拟,考虑了表面形貌参数和材料本征屈服强度对初始物理接触阶段界面演变的影响,建立了适于工程应用的,包含材料本征屈服强度和表面形貌参数的初始物理接触多项式本构回归模型;并运用该模型对试验值和理论值进行了对比,结果表明模型对预测一定工艺条件下界面初始空洞大小具有指导作用。(4)基于多场耦合数值模拟方法在界面引入电流,解耦电流热效应和电效应,分别研究了其对界面接触过程影响规律。结果表明,实际微观界面温度场分布均匀,电流未造成界面热软化作用的不均匀性,界面在均匀一致的温度场变形;纯电致塑性效应导致界面局部屈服应力降低,初始空洞宽度进一步减小,其减小幅度随压力增大而减小,而初始空洞高度相比无电流时变化不显着;有电流条件下界面接触行为与无电流时表现出不同特征,空洞表面由以纵向折叠接触为主导转变为以横向扩展为主导。(5)基于等离子活化烧结技术设计并进行了有/无电流快速初始物理接触试验,研究了同一温度下电效应对初始空洞大小影响。结果表明有电流作用时界面实际接触面积相比无电流得到提高,初始空洞宽度进一步减小。
李精博[5](2020)在《基于激光诱导正向转移技术的AZO薄膜的光电性能优化研究》文中研究说明掺铝氧化锌(AZO)薄膜作为透明导电氧化物(TCO)薄膜的一种,具有较高的光电性能,并且由于其资源丰富,性能稳定,无毒,易于刻蚀掺杂等优点而备受重视,有广阔的发展前景。然而一般的AZO薄膜难以达到某些应用领域较高的光电要求,所以各种薄膜表面处理技术以及多层薄膜制造技术迅速开展起来。激光诱导正向转移技术(LIFT技术)可以用来转移微量物质,并在接收端得到转移后的薄膜材料以及纳米粒子,是一种新型激光微加工技术。本文通过LIFT技术转移银薄膜,在AZO薄膜表面沉积银材料以提高薄膜综合光电性能。从理论与实验两方面研究了转移机制并探讨了实验结果,其主要工作包括下面两个部分:1.研究了激光与金属材料相互作用机理。建立了一维与二维双温模型,数值模拟了皮秒与纳秒单脉冲激光作用下银薄膜内温度的变化,揭示了薄膜烧蚀阈值与薄膜厚度之间的变化关系,探讨了激光参量和薄膜厚度对转移机制的影响,可以得到:当薄膜厚度较小时,薄膜的转移是激光作用区域材料同时以液态或气态的形式进行;当薄膜较厚时,薄膜的转移是上层熔化或气化材料冲破下层材料束缚而进行,且转移薄膜的状态由激光能量决定。同时还研究了多脉冲激光以及高重频激光扫描作用下薄膜的热效应,可以发现,多脉冲累积效应会导致薄膜烧蚀阈值的降低。通过建立激光扫描模型计算,明确了实验所用皮秒激光扫描时不会出现脉冲累积效应。2.通过皮秒激光正向转移技术,分别将30nm、50nm、100nm以及200nm银膜转移至AZO薄膜上,研究了 Ag-AZO薄膜综合光电性能与薄膜厚度,激光能量,转移次数之间的关系。实验结果显示:(1)当银膜厚度为30nm与50nm时,在AZO薄膜表面观察到大量的银纳米粒子沉积,粒子按照扫描痕迹服从两边多中间少的分布。随着激光能量密度的增加,Ag-AZO薄膜可见光波段平均透过率呈现总体下降,小范围内上升的规律,方块电阻则不断下降。当激光能量过高时,薄膜被破坏;(2)当银膜厚度为100nm及以上时,不能够得到综合光电性能提升的AZO薄膜,激光能量较低时在接收端薄膜上观察到银薄膜呈现条状沉积。随着激光能量的增加,条状结构消失,出现尺寸较大的银纳米粒子团簇结构,并且当银膜厚度增加至200nm时,接收端可以观察到纳米团簇转变为纳米短棒,并呈现类似网状结构分布;(3)相比于单次转移,两次转移时AZO薄膜上沉积的纳米粒子数量更多,尺寸更大,但是由于Ag-AZO薄膜导电率的提升不足以补偿透光率的下降,薄膜的综合光电性能并未得到提升。
胡朝斌[6](2020)在《内弹道精细化建模及其在身管烧蚀磨损研究中的应用》文中研究表明火炮身管在高温高压火药燃气作用下的烧蚀磨损不可避免。为了深入研究火炮身管烧蚀磨损,需要对决定身管烧蚀磨损的内弹道载荷做深入研究。精细化的内弹道过程数学模型和高精度的数值求解方法对于内弹道载荷的研究至关重要。但火炮膛内高温高压火药燃气和非线性的弹炮接触碰撞环境使得目前的数学模型和求解方法大都是基于大量简化假设而构建的。为了建立精细化的装药内弹道燃烧过程数学模型和准确可靠的数值求解方法,本文在前人工作的基础上,分别深入研究了考虑弹带挤进过程的弹炮非线性耦合问题、装药内弹道燃烧与弹炮相互作用耦合计算问题、身管瞬态热传导与内弹道过程耦合计算问题以及身管烧蚀磨损数值求解框架构建问题。基于对内弹道过程所涉及的物理化学过程相关关键问题的深入研究,构建了更为精细化的装药内弹道燃烧过程数学模型和数值求解框架,为内弹道研究、装药设计和火炮使用提供了理论和应用支持。具体内容如下:a)弹炮非线性相互作用过程的耦合研究:针对涉及材料损伤失效的固体瞬态接触碰撞问题,分别应用有限元法(FEM)、有限元-光滑粒子流耦合方法(FEM-SPH)以及欧拉-拉格朗日耦合方法(CEL)对涉及材料塑性大变形和损伤失效的固体力学问题做了分析,并对弹丸挤进身管的过程做了模拟研究,分析了不同方法模拟弹丸瞬态挤进过程的效果。该问题的研究为后期内弹道燃烧过程与弹炮机械相互作用过程的耦合计算提供了可靠的非线性结构响应计算方法。b)经典内弹道过程与弹炮机械相互作用过程的耦合计算研究:针对经典内弹道理论中关于弹炮机械相互作用的简化假设,分析了装药内弹道燃烧过程中能量的转化过程,改进了经典内弹道过程能量方程,构建了经典内弹道燃烧过程与弹炮机械相互作用过程的耦合计算模型,并基于耦合计算模型分析了弹炮结构参数对内弹道过程的影响。c)两相流内弹道过程与弹炮机械相互作用过程的耦合计算研究:针对火炮膛内多相反应流场中涉及的高温-高压瞬态效应、弹底处移动边界处理、激波和火焰波等流场强间断现象,构建并验证了Godunov类计算格式与弹炮机械相互作用过程的耦合计算模型。基于耦合计算模型,分析了作用在身管内壁上的分布压力载荷对弹炮相互作用过程和内弹道燃烧过程的影响,计算结果表明膛内分布压力载荷对内弹道过程的影响不可忽视。d)身管瞬态热传导过程与装药内弹道燃烧过程的耦合计算研究:针对内弹道模型中关于火药燃气系统热散失的简化假设,分别改进了经典内弹道模型中的能量转化方程和内弹道多相流模型中的气相能量方程,建立了装药内弹道燃烧过程与身管瞬态热传导过程的实时双向耦合计算模型。基于耦合计算模型和耦合计算方法,分析了不同内弹道模型中热散失与身管瞬态热传导的相互影响。结果表明,两相流模型在内弹道起始阶段和身管坡膛区域的参数分布更符合实际情况。e)身管烧蚀磨损与装药内弹道燃烧耦合计算框架研究:针对不可避免的身管烧蚀磨损现象,分析了身管烧蚀对内弹道过程的影响,提供了在身管不同寿命期保持内弹道性能一致性的方法;基于已构建的精细化的内弹道过程模型和计算框架,提出了火炮身管不同寿命期内弹道性能变化的快速推进求解方法,研究了身管内壁在不同寿命期的退化规律及其对内弹道过程的影响,并分析了射击频率对身管烧蚀磨损的影响,最后定性分析了身管内壁磨损退化的机理。
赵博[7](2019)在《水下湿法FCAW熔池、气泡和电弧动态演变过程的数值分析》文中认为水下湿法药芯焊丝电弧焊接(简称水下湿法FCAW)是一种操作简便、适应性好、生产效率高、成本低廉的水下工程结构制造和修复技术。在当今水下工程结构数量越来越多、体量和复杂性不断上升的趋势下,它具有良好的应用前景。但是,水下湿法FCAW工艺过程中,电弧、熔滴、气泡、熔池和水在数十毫米的狭小空间尺度内相互作用,涉及的物理和化学现象复杂,导致焊接过程稳定性差、调控困难。目前,该工艺还难以保证焊缝成形的质量和接头性能的可靠性,限制了其在重要结构制造中的应用。深入了解水下湿法FCAW工艺涉及的物理现象和过程规律,分析水下湿法FCAW过程中熔池流动与传热行为、气泡与电弧的动态演变以及电弧-气泡间的相互作用,有助于对该工艺过程的调控和优化提供理论支撑,具有重要意义。搭建了水下湿法FCAW物理过程检测平台。实时采集了水下湿法FCAW过程中的电弧电压和焊接电流波形。通过视觉检测系统拍摄了熔滴过渡、气泡动态变化以及电弧状态的高帧率图像。使用热电偶检测了工件的热循环曲线,提出了改进的红外测温系统。获得了典型工艺条件下的焊缝成形。基于上述实验数据,初步分析了水下湿法FCAW工艺过程的特点以及水环境对其的影响。从热传导的角度,综合考虑水下湿法FCAW过程中水环境对电弧的压缩以及对工件表面散热的影响,利用有限元分析软件SYSWELD,建立了水下湿法FCAW热传导过程的数值分析模型,计算了水环境中的工件温度场。上述模型计算的焊缝熔合线尺寸与实验结果吻合良好。分析了水深和水流速度对水下湿法FCAW焊接热过程的影响规律,预测了不同水深和水流速度情况下的焊接温度场。考虑水下湿法FCAW 工艺过程中电弧热、电弧压力、工件热损失条件和熔滴冲击现象的差异,建立了该工艺过程熔池流动与传热过程的三维瞬态模型,定量分析了其熔池行为以及熔池所受的热力作用。结果表明,水下湿法FCAW的熔滴动量较大,可推动熔池流体较强烈地向下运动。但由于熔滴过渡周期较长,前后熔滴对熔池流动和热量传递的影响难以叠加。水下湿法FCAW过程中,熔池纵截面存在从电弧下方先朝下、再向后的环流,对维持和增加熔深起主要作用;同时,熔池上表而存在由电弧中心先朝外、再向后的环流,这对维持和增加熔宽有重要影响。水下湿法FCAW工件表面的对流换热对工件冷却起主要作用,限制了水下湿法FCAW的熔宽。在所采用的模型中,熔渣对熔池流动和热分布的影响有限。建立了水下湿法FCAW焊接电弧与气泡动态演变过程的数值模型,获得了不同时刻水下电弧热流和电流的分布状态以及气泡的瞬态变化过程,定量分析了水下湿法FCAW焊接电弧与气泡之间的相互作用机制。结果表明,每个周期内包裹电弧的气泡会经历“长大-底部收缩-缩颈分离”三个阶段的动态演变过程,模型预测的不同时刻气泡的形态与高速摄像机检测结果基本吻合。药芯受热反应释放的气体在电弧中电离、解离产生等离子体,在电弧电磁场作用下,持续高速地流向工件表面,是维持气泡笼罩住电弧的关键因素。气泡的水平半径发生收缩时,首先使电弧外围的低温区域宽度减小,再逐渐依次压缩较高温度的区域。气泡体积和形态的变化对电弧中心电流密度较高区域的影响不明显。预测气泡的形态和体积对电弧的热传导加热作用和电弧剪切力分布有一定影响,但对电弧压力分布和电子逸出传热的影响较小。
严文豆[8](2019)在《大功率负离子源束流截面检测技术研究》文中研究说明中性束注入是聚变等离子体辅助加热的重要手段,而离子源是其核心部件。射频负离子源由于结构简单、工作可靠、长期免维护运行,被公认为ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)的参考离子源。为了探究射频等离子体激发和负离子生成引出的关键技术,华中科技大学(HUST)于2011年开始开展了射频负离子源实验平台的设计和搭建。本文重点研究了HUST负氢离子源的束流截面检测技术,该技术能够诊断离子束流的总功率、束流截面分布、发散度和均匀度等参数,对离子源引出系统结构设计和运行参数的优化具有重要意义。研究主要分为三个部分:(1)基于HUST负源大面积多网孔三电极束流引出系统,通过简化的小束几何光学模型,研究了接地栅极(Ground Grid,GG)下游不同距离处束流截面分布规律。发现束流在远离GG过程中,小束之间的重叠不断加强,截面分布从多高斯峰逐渐过渡为平顶峰,最后变为单高斯峰,为截面检测装置的位置选定和方案设计提供了依据。基于束流截面分布规律,设计了两种拦截式束流截面诊断工具。(2)设计了量热计型束流截面诊断系统,测量束流总功率和GG下游远距离束流截面分布。该装置通过准绝热结构铜靶拦截束流,由热电偶阵列测量铜靶各处温升,从而获得截面功率密度分布,并配置有水冷量热系统测量束流总功率。基于ANSYS CFX流-热-固三相耦合热分析,修正了准绝热结构量热计的束流功率密度计算模型,验证了单路水冷结构的可行性,评估了量热计测量束流功率密度截面分布的精度,设计并搭建了17路热电偶温度信号同步采集装置。(3)设计了多钨丝阵列束流截面诊断系统,用于测量距离GG极较近位置的束流截面分布,旨在获得小束的位置、轮廓和强度信息。基本原理是钨丝受热发光,由CCD相机进行拍照测量。基于COMSOL Multiphysics对钨丝进行了热分析,研究了钨丝发光速度、空间分辨率与束流轰击功率密度、钨丝半径之间的关系,发现钨丝的热平衡速度比发光速度慢,在短时间尺度(1 s)内对小束具有良好的空间分辨率。设计了多钨丝诊断装置的结构和布局,并基于MATLAB编写了CCD图像处理程序。
黄扬[9](2018)在《钛合金切削加工中刀具温度场的建模、测量与重构》文中研究指明钛合金以其比强度高、热性能好、耐蚀性强等优势而广泛应用于航空发动机零部件的制造以及汽车、医药、化工等工业领域中。但钛合金也是一种典型的难加工材料,其切削过程伴随着局部范围的高应变、高应变率和瞬间高温升,是一个典型的热力耦合过程,现有的大部分测量手段难以对其加工界面的温度分布进行测量。然而切削温度作为切削过程的重要参数,与刀具磨损、加工精度及零件热应力密切相关,研究钛合金切削的热力耦合变形机理,并探索刀具温度场高分辨率的重构和在线监测方法,具有学术和工程上的重要意义。本学位论文以钛合金Ti-6Al-4V材料为研究对象,围绕其车削过程中加工界面温度场建模、测量重构和在线监测的相关问题,研究了高温大应变切削条件下材料的粘-弹-塑性变形行为,提出了温度相关的Ti-6Al-4V改进材料本构模型,实现了多工况下切削力、切屑形态和界面热源的准确预测;针对切削温度直接测量难度大的问题,提出了宏微观结合的切削刀具温度场重构方法,基于低分辨率的红外测温结果,可实现刀具界面温度场的高精度重构;并最终将所建立的三维刀具温度场重构方法与神经网络数据驱动模型相结合,提出了面向干切工况的刀具最高温在线监测方法。主要的研究内容包括:首先,对不同变形条件下Ti-6Al-4V材料的动态力学实验数据进行了归一化分析,在综合考虑Ti-6Al-4V材料的热敏感特性和微观组织观测结果后,提出了温度相关的改进材料本构模型。使用正交切削实验对本构模型参数进行了辨识,改进材料本构模型能够反映Ti-6Al-4V材料在不同温度下的不同变形机制。通过多工况切削实验测量的切削力、切屑形态、接触长度和剪切角等信息对材料本构模型进行了验证。结果表明,采用改进Ti-6Al-4V材料本构模型后,切削数值仿真结果能够捕捉不同切削速度下切削力、进给力和切屑形态的演变规律,并且对加工界面的热力耦合行为及绝热剪切现象进行了准确的预测;其次,为解决切削界面温度分布无法直接测量的难题,提出了宏微观结合的刀具温度场重构方法。刀具温度场的摩擦热源边界条件和对流散热边界条件可分别由切削数值模型和薄板散热肋片模型确定。在不同的切削工况下,初始边界条件可基于红外热像仪的测温结果进行数值更新,实现了切削刀具温度场的高分辨率重构。分别通过微距高分辨率热像仪和嵌入式热电偶的实验测温结果对温度场的重构精度进行了验证。最后,针对切削刀具温度的在线监测问题,提出了基于模型数据训练的刀具最高温在线监测方法。该方法将大范围工况离线求解的模型数据与神经网络模型相结合,并将红外测量的刀具温度分为两个部分:用于求解刀具表面对流换热系数的远场,以及选取特征温度输入神经网络模型的近场。通过模型数据训练,基于较低分辨率的红外测温手段,实现了切削界面最高温的监测。基于刀具表面的连续温度场信息(等温线和梯度流线),建立了切削加工切屑遮挡情形的识别和填补方法,实现了全过程、长时间的可靠监测。
苏高世[10](2018)在《基于电子动态调控的超快激光微纳加工多尺度理论研究》文中进行了进一步梳理超快激光微纳加工技术是当前先进加工领域的前沿热点技术。其无接触、无污染的加工方式及高精度、高质量的加工效果为微纳加工提供了一种全新的革命性技术。超快激光的脉冲持续时间极短、瞬时功率极高,与连续激光或者长脉冲激光的加工机理完全不同,可以实现微米或者纳米级精度制造及全材料加工,可以用于加工MEMS设备、智能机器人、纳米芯片、材料功能性表面等等。超快激光脉冲宽度(<1ps)比电子-晶格弛豫时间(百皮秒量级)小大约两个数量级,在晶格升温以前激光能量的沉积过程已经结束,电子系统和晶格系统处于强烈的非平衡态。因此,超快激光的加工过程,包括材料的相变和最后的加工结果,均由激光与电子的相互作用过程决定。根据上述科学思路,所在课题组提出了基于电子动态调控的超快激光制造新方法:由于超快激光具有超高功率和超短脉宽的特点,我们可以通过在空间或者时间上调控超快激光的脉冲能量分布,调控材料的电子激发过程,以调控材料瞬时电子动态(例如电子的密度及激发态分布等),从而调控材料的局部瞬时性质,例如电学性质、光学性质等,进而调控其相变过程,最终实现高质量、高精度的目标制造新方法。本文基于上述研究思想,开展了基于电子动态调控的超快激光与材料相互作用的多尺度理论研究。本文主要研究内容包括:建立了超快激光与材料相互作用的多尺度理论模型,可实现对电子激发、激光能量传输、等离子体喷发等过程的跨尺度描述,能够较全面地揭示超快激光微纳加工过程,为其向更极端方向发展提供理论基础。运用含时密度泛函理论研究了超快飞秒激光对三种不同结构的单原子碳链的激发过程及超快飞秒激光对单层黑磷烯介电性质的超快调控,理论上阐明电子动态调控的可行性;运用辐射流体力学模型研究了超快激光辐照金属薄膜的过程,实现了对超快激光与材料相互相作用过程的多尺度描述,同时相关结果可为实验加工提供理论指导。本文主要创新成果如下:1.揭示了有限体系中超快激光的非线性电子激发过程。对于氢原子钝化的单原子碳链,强度为1012W/cm2飞秒激光激发的极化电流的行为可以分为两类:激光波长为600nm和400nm时,激发的极化电流为可逆电流;激光波长为200nm时,极化电流出现了类似“双脉冲”的特征,同时,激发的极化电流的频率也无法与激光场很好的符合,电流振幅减小了大约一个数量级。这是由于飞秒激光辐照使得Pi键断裂,导致激发的极化电流突然降低。另外,我们发现单原子碳链长度的增加对激发的极化电流有明显的促进作用。而由于化学键结构的不同,相对于偶数型碳链,奇数型碳链中激发的极化电流相对较大(约为8%)。2.通过调节飞秒激光的强度可以实现对周期性单原子碳链电导的瞬态调节。对于飞秒辐照周期性单原子碳链,我们发现了周期性单原子碳链对飞秒激光存在电子激发和瓦解的“双阈值”现象。同时,周期性单原子碳链对于不同波长的飞秒激光,极化电流呈现出不同的响应。特别地,当飞秒激光波长为200nm,单原子碳链中出现类等离子体振荡。而且这种振荡与飞秒激光电场形成共振,促进激光能量在单原子碳链中的沉积。3.理论上验证飞秒激光对材料介电性质超快调控的可行性,为电子动态调控在超快激光微纳加工中的应用提供了理论基础。研究发现飞秒激光脉冲通过非线性电离在单层黑磷烯中激发出电子-空穴,并引起如下介电响应:介电函数实部在低频区呈现下降趋势,介电函数虚部出现新的“准激子”吸收峰。当飞秒激光强度为1011W/cm2时,由于飞秒激光辐照引起的能级飘移和新形成的未满带造成单层黑磷烯的介电函数出现了新的吸收峰(2.8e V)。当改变激光极化方向时,Y方向极化飞秒激光吸收更多的激光能量,进而激发出更多电子-空穴对,进而引起了更强烈的介电响应。对于不同波长的飞秒激光脉冲光,具有较高能量的光子能够将黑磷烯的价带电子从更低能级激发至导带,从而导致较高频率的介电响应。4.提出了一种基于Drude-Sommerfeld模型在宽温度区域准确求解电子碰撞频率的半经验的参数拟合方法,实现了不同金属中激光能量沉积的准确计算。随后运用包含修改的Drude-Sommerfeld模型的辐射流体力学模型研究了飞秒激光辐照金属薄膜的过程,实现了对金属薄膜表面瞬态性质及动力演化的准确描述,并推导出了在特定条件下电子温度最大值与飞秒激光强度的关系,对实验加工有一定的指导意义。研究了飞秒激光辐照后金属Al薄膜内的电子-离子弛豫过程及能量传递过程。分析了飞秒激光辐照后金属Al薄膜的动力学变化,预测了其内部冲击波形成过程。
二、快速瞬态高强度加热微小尺度内的热传导的研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、快速瞬态高强度加热微小尺度内的热传导的研究(论文提纲范文)
(1)气/液环境中光热微驱动机构的静态与动态驱动技术研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 微纳米技术概述 |
1.2 MEMS/MOEMS技术 |
1.3 微纳米驱动技术的研究发展现状 |
1.3.1 静电微驱动 |
1.3.2 电磁驱动技术 |
1.3.3 压电微驱动 |
1.3.4 微型电热驱动机构 |
1.3.5 其他微驱动技术 |
1.4 基于光及激光的驱动技术 |
1.4.1 光镊技术 |
1.4.2 基于光敏材料的光驱动技术 |
1.4.3 基于热效应的光驱动技术 |
1.5 本文的主要研究内容与创新点 |
2 微纳米尺度光热膨胀效应与光热微驱动方法研究 |
2.1 光与物质相互作用机制 |
2.1.1 光的吸收 |
2.1.2 辐射跃迁 |
2.1.3 非辐射过程 |
2.2 材料热力学性质 |
2.2.1 热力学基本定律 |
2.2.2 基本传热过程 |
2.2.3 材料的热膨胀性质 |
2.3 基于光热微膨胀效应的光热微驱动原理研究 |
2.4 光热微驱动方法及光热微驱动机构研究 |
2.4.1 光热微驱动方法 |
2.4.2 微机构材料选择 |
2.4.3 微驱动机构设计 |
2.5 本章小结 |
3 空气/液体中光热微驱动机构的驱动理论及模型研究 |
3.1 薄片材料及膨胀臂的动态光热温升效应 |
3.1.1 无限大薄片的光热温升 |
3.1.2 有限大薄片的光热温升 |
3.2 膨胀臂的光热温升理论与模型研究 |
3.3 基于光热温升的光热膨胀量计算 |
3.4 空气中光热微驱动机构的驱动特性研究 |
3.5 光热彻驱动机构在液体中的阻尼分析研究 |
3.5.1 光热微驱动机构在液体环境中的受力分析 |
3.5.2 阻尼作用下光热微驱动机构的微偏转 |
3.6 本章小结 |
4 光热微驱动机构的光热特性与驱动特性仿真研究 |
4.1 光热膨胀臂在不同光斑下的温升分布仿真 |
4.1.1 空气中温升分布 |
4.1.2 水环境中的温升分布 |
4.2 光热膨胀臂的膨胀量及振幅仿真 |
4.2.1 空气中光热膨胀仿真 |
4.2.2 水环境中的光热膨胀 |
4.3 光热微驱动机构在空气中的光热偏转运动仿真 |
4.4 水环境下光热微驱动机构偏转运动仿真 |
4.5 本章小结 |
5 空气环境中的静态与动态光热微驱动实验研究 |
5.1 基于准分子激光的光热微驱动机构微加工制作 |
5.2 光热微驱动控制及显微运动测量系统设计 |
5.2.1 激光驱动控制单元 |
5.2.2 显微成像模块 |
5.2.3 显微运动测量软件设计 |
5.3 开关型光热微驱动机构的微驱动实验研究 |
5.3.1 杠杆放大效应研究 |
5.3.2 单触点开关型光热微驱动机构实验 |
5.4 非对称型光热微驱动机构的微驱动实验 |
5.4.1 激光照射宽膨胀臂的微驱动 |
5.4.2 激光照射窄臂时的微驱动实验 |
5.5 对称型光热微驱动机构的微驱动实验研究 |
5.5.1 不同激光脉冲频率下的光热微驱动实验 |
5.5.2 双向光热微驱动研究 |
5.6 本章小结 |
6 液体环境中的光热微驱动实验研究 |
6.1 液体环境中光热微驱动控制及显微运动测量系统 |
6.2 液体环境中光热微驱动光源与环境条件研究 |
6.2.1 不同波长激光控制下的光热微驱动 |
6.2.2 不同水温下的微驱动研究 |
6.3 水环境中光热微驱动机构的静态与动态微驱动性能研究 |
6.3.1 非对称型光热微驱动机构的微驱动性能研究 |
6.3.2 对称型光热微驱动机构的双向驱动 |
6.4 水环境中光热微驱动机构的高频响应特性研究 |
6.4.1 高频光热微驱动控制及频闪式显微运动测量系统设计 |
6.4.2 水环境中光热微驱动机构的阶跃响应特性研究 |
6.4.3 光热微驱动机构的高频脉冲响应特性 |
6.5 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
攻读博士学位期间发表的论文情况及其他研究成果 |
(2)宽温域中碳纤维导热特性实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.1.1 研究的背景 |
1.1.2 本文研究的意义 |
1.2 国内外研究进展综述 |
1.2.1 碳纤维材料分类及应用研究 |
1.2.2 碳纤维材料导热性能的影响因素 |
1.2.3 碳纤维导热特性研究 |
1.2.3.1 对纤维束导热特性的实验研究 |
1.2.3.2 单丝纤维导热特性的测量技术 |
1.3 本文的研究工作及创新点 |
1.3.1 本文的研究内容 |
1.3.2 本文的创新点 |
第2章 瞬态电热技术实验系统 |
2.1 TET实验原理 |
2.2 TET实验台搭建及测量 |
2.3 TET实验系统设计及要求 |
2.4 TET实验数据收集和处理 |
2.5 TET实验模型分析方法 |
2.6 实验过程误差分析 |
2.6.1 碳纤维长度测量的不确定性 |
2.6.2 直径测量对实验的影响 |
2.6.3 电热量对结果的影响 |
2.6.4 银胶对实验结果影响 |
2.7 本章小结 |
第3章 室温条件下的碳纤维导热特性实验研究 |
3.1 碳纤维物理参数的测量 |
3.2 对碳纤维导热特性的测量 |
3.3 碳纤维材料的表面发射率的研究 |
3.4 室温下导热特性差异分析 |
3.4.1 实验数据拟合图分析 |
3.4.2 拉曼散射光谱分析 |
3.4.3 声子散射分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 超低温条件下碳纤维导热特性测量 |
4.1 低温实验研究的主要内容 |
4.2 低温实验环境的搭建 |
4.3 碳纤维热扩散系数的测量 |
4.3.1 比热容对热扩散系数的测量结果影响分析 |
4.3.2 低温下的热扩散系数测量 |
4.4 碳纤维导热系数的计算 |
4.5 碳纤维单位体积比热容的计算 |
4.6 实验现象的物理学解释 |
4.6.1 利用声子散射对实验结果的解释 |
4.6.2 利用热膨胀系数对临界温度的解释 |
4.7 实验材料中石墨微晶体尺寸研究 |
4.7.1 基于拉曼散射的晶体尺寸研究 |
4.7.2 基于阻温系数的晶体尺寸研究 |
4.8 本章小结 |
第5章 碳纤维导热特性分子动力学模拟 |
5.1 分子动力学基本理论 |
5.1.1 模拟原理 |
5.1.2 积分算法 |
5.1.3 系综 |
5.2 模型构建与计算方法 |
5.2.1 初始模型的建立 |
5.2.2 计算方法 |
5.3 结果和分析 |
5.3.1 室温降至超低温的PAN基碳纤维导热系数结果 |
5.3.2 室温条件下沥青基碳纤维增加石墨烯后的热导率结果 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 下一步工作展望 |
符号表 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文及科研工作 |
致谢 |
(3)热塑碳纤复合材料与铝合金激光搅拌焊接技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 CFRTP与金属的连接方法 |
1.2.1 机械连接 |
1.2.2 粘接技术 |
1.2.3 焊接技术 |
1.3 激光焊接技术 |
1.3.1 复合材料与金属激光焊接的研究现状 |
1.3.2 目前存在的问题 |
1.3.3 引入激光搅拌焊接技术的可行性分析 |
1.4 选题意义和主要内容 |
1.4.1 选题意义 |
1.4.2 主要研究内容 |
第2章 激光搅拌焊接温度场模拟分析 |
2.1 数学模型 |
2.2 有限元模型 |
2.2.1 材料热物理性能参数 |
2.2.2 几何模型与网络划分 |
2.2.3 热源模型 |
2.4 温度场模拟结果与分析 |
2.4.1 温度场变化规律 |
2.4.2 搅拌幅度对铝合金表面温度场的影响 |
2.4.3 搅拌频率对铝合金表面温度场的影响 |
2.4.4 接头树脂熔化的计算结果 |
2.5 本章小结 |
第3章 CFRTP/铝合金激光搅拌焊接实验 |
3.1 材料与设备 |
3.1.1 实验材料 |
3.1.2 激光焊接设备 |
3.1.3 主要检测设备 |
3.2 实验设计 |
3.2.1 工艺方案 |
3.2.2 焊接过程 |
3.2.3 性能测试分析方法 |
3.3 激光搅拌焊接与直线焊接的比较 |
3.3.1 接头力学性能 |
3.3.2 焊缝损伤情况 |
3.4 工艺参数对接头强度的影响 |
3.4.1 激光功率 |
3.4.2 焊接速度 |
3.4.3 搅拌振幅 |
3.4.4 搅拌频率 |
3.5 数值模拟结果与实验结果对比 |
3.5.1 焊缝熔深和熔宽 |
3.5.2 接头强度与界面树脂熔化之间的关系 |
3.6 本章小结 |
第4章 界面微织构辅助连接实验 |
4.1 界面微织构辅助连接原理 |
4.2 实验设计 |
4.3 结果分析 |
4.3.1 界面微织构辅助连接对接头强度的影响 |
4.3.2 微织构扫描路径对接头强度的影响 |
4.3.3 微织构扫描间距对接头强度的影响 |
4.3.4 添加PA厚度对接头强度的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间的研究成果 |
(4)固相扩散连接初始物理接触阶段界面行为数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 扩散连接基本原理 |
1.2.1 概述 |
1.2.2 连接基本阶段 |
1.2.3 连接的影响因素 |
1.3 传统扩散连接工艺研究现状 |
1.3.1 连接温度 |
1.3.2 连接压力 |
1.3.3 连接时间 |
1.3.4 表面质量 |
1.3.5 材料体系 |
1.4 传统扩散连接机理研究现状 |
1.4.1 表面模型 |
1.4.2 连接模型 |
1.5 电流(场)辅助扩散连接研究现状 |
1.5.1 电流(场)辅助扩散连接技术特点 |
1.5.2 连接工艺研究现状 |
1.5.3 连接机理研究现状 |
1.6 本文选题意义 |
1.7 本文研究内容 |
1.8 主要技术路线 |
第二章 有限元法基本理论及模拟方法 |
2.1 引言 |
2.2 弹塑性有限元分析基本理论 |
2.2.1 有限元法基本思想 |
2.2.2 弹塑性问题的分析准则 |
2.2.3 增量理论的弹塑性本构方程 |
2.2.4 弹塑性问题的有限元解法 |
2.3 模拟方法 |
2.3.1 ABAQUS简介 |
2.3.2 表面微凸体几何模型构建 |
2.3.3 材料模型构建 |
2.3.4 单元及网格划分 |
2.3.5 接触设置及收敛性 |
2.3.6 边界约束及载荷设置 |
2.3.7 基于Python语言的后处理 |
第三章 界面初始物理接触本构回归模型 |
3.1 引言 |
3.2 经典扩散连接初始物理接触理论模型 |
3.3 压力对界面初始物理接触行为影响 |
3.4 温度对界面初始物理接触行为影响 |
3.5 表面形貌参数对界面初始物理接触行为影响 |
3.6 初始物理接触界面空洞演化本构回归模型 |
3.6.1 材料模型 |
3.6.2 本构回归模型构建 |
3.6.3 初始空洞宽度 |
3.6.4 初始空洞高度 |
3.6.5 初始空洞体积 |
3.6.6 模型验证 |
3.7 本章小结 |
第四章 电流对界面初始物理接触行为影响数值模拟研究 |
4.1 引言 |
4.2 电流作用下的界面行为分析 |
4.3 电流作用下实际微观界面温度场变化规律研究 |
4.3.1 热/电场有限元分析基本理论 |
4.3.2 热/电场耦合有限元模型构建 |
4.3.3 电流密度对温度的影响 |
4.3.4 界面接合率和表面形貌参数对界面温度的影响 |
4.4 电流电效应对界面初始物理接触行为的影响 |
4.4.1 ABAQUS用户子程序简介 |
4.4.2 材料模型构建 |
4.4.3 有限元模型构建 |
4.4.4 有/无电流条件下初始空洞大小对比 |
4.4.5 有/无电流条件下界面接触行为 |
4.5 本章小结 |
第五章 电流对界面初始物理接触行为影响试验研究 |
5.1 引言 |
5.2 试验材料与方法 |
5.2.1 试验材料及待焊表面处理方法 |
5.2.2 快速初始物理接触试验过程 |
5.2.3 接触表面表征 |
5.3 待焊表面形貌参数测量结果 |
5.4 试验结果分析 |
5.5 本章小结 |
结论与展望 |
附录 :后处理Python代码 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间研究成果 |
致谢 |
(5)基于激光诱导正向转移技术的AZO薄膜的光电性能优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 激光诱导正向转移技术简介 |
1.1.1 激光与物质相互作用原理 |
1.1.2 激光诱导正向转移技术 |
1.1.3 LIFT技术国内外研究现状 |
1.2 透明导电薄膜 |
1.2.1 透明导电薄膜简介 |
1.2.2 透明导电氧化物薄膜及其分类 |
1.2.3 AZO薄膜的改性研究 |
1.3 本文研究意义与内容 |
1.3.1 研究意义 |
1.3.2 研究内容 |
第二章 金属薄膜的激光热效应研究与数值模拟 |
2.1 激光辐照金属材料体热效应研究 |
2.2 皮秒单脉冲激光辐照下金属薄膜热效应研究 |
2.2.1 一维双温模型 |
2.2.2 单脉冲皮秒激光辐照银膜的数值模拟 |
2.3 纳秒单脉冲激光辐照下金属薄膜热效应研究 |
2.3.1 纳秒脉冲作用下的双温模型 |
2.3.2 单脉冲纳秒激光辐照银膜的数值模拟 |
2.4 多脉冲激光辐照下金属薄膜的热效应研究 |
2.4.1 多脉冲累积效应 |
2.4.2 高重频激光脉冲扫描作用对薄膜温度的影响 |
2.5 本章小结 |
第三章 实验系统设计以及样品制备与表征 |
3.1 皮秒激光加工系统 |
3.2 转移基片的制备 |
3.2.1 薄膜衬底的清洗 |
3.2.2 磁控溅射法制备银薄膜 |
3.3 接收基片的制备 |
3.4 薄膜样品表征方法 |
3.4.1 样品光学性能的测量分析 |
3.4.2 样品电学性能的测量分析 |
3.4.3 样品表面形貌的表征和薄膜成分的测定 |
3.4.4 样品表面粗糙度以及形貌分析 |
3.4.5 薄膜品质因子 |
3.5 本章小结 |
第四章 皮秒激光诱导银膜转移以增强AZO薄膜光电性能的研究 |
4.1 实验参数的确定 |
4.2 30nm银膜的ps-LIFT沉积 |
4.3 50nm银膜的ps-LIFT沉积 |
4.4 100nm及以上厚度银膜的ps-LIFT沉积 |
4.5 多次转移对薄膜综合光电性能的影响 |
4.5.1 30nm银膜转移一次与转移两次的结果对比 |
4.5.2 50nm银膜转移一次与转移两次的结果对比 |
4.6 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间的科研成果 |
(6)内弹道精细化建模及其在身管烧蚀磨损研究中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 课题背景与意义 |
1.2 弹炮相互作用过程的研究现状 |
1.3 装药内弹道燃烧过程数值求解的研究现状 |
1.4 火炮身管传热及烧蚀磨损研究现状 |
1.4.1 身管瞬态热传导过程研究 |
1.4.2 身管烧蚀磨损研究 |
1.5 本文主要工作 |
2 弹带挤进过程数值模拟方法研究 |
2.1 固体力学基本控制方程 |
2.1.1 物体变形及应力的度量 |
2.1.2 质量守恒方程 |
2.1.3 动量方程 |
2.1.4 能量方程 |
2.1.5 描述物体应力应变状态的封闭方程组 |
2.2 弹炮耦合过程中的强非线性因素分析 |
2.2.1 状态非线性 |
2.2.2 几何非线性 |
2.2.3 材料本构非线性 |
2.3 强非线性固体力学问题数值求解方法 |
2.3.1 有限元法 |
2.3.2 光滑粒子流体动力学(SPH)方法 |
2.3.3 欧拉-拉格朗日耦合(CEL)方法 |
2.4 冲击损伤固体力学问题数值求解验证 |
2.4.1 计算模型 |
2.4.2 计算结果及分析 |
2.5 弹带挤进身管身管过程数值模拟 |
2.5.1 几何模型 |
2.5.2 材料参数 |
2.5.3 载荷及边界条件 |
2.5.4 计算网格 |
2.5.5 计算结果 |
2.6 本章小结 |
3 耦合弹炮相互作用的经典内弹道燃烧模型研究 |
3.1 经典内弹道基本理论 |
3.1.1 基本假设 |
3.1.2 数学模型 |
3.2 经典内弹道模型改进 |
3.2.1 内弹道过程能量转化分析 |
3.2.2 内弹道过程能量方程的改进 |
3.2.3 改进后的内弹道方程组 |
3.3 耦合计算方法 |
3.3.1 发射药膛内燃烧的求解格式 |
3.3.2 弹炮结构响应和燃烧系统耦合计算方法 |
3.4 计算结果 |
3.4.1 基本参数 |
3.4.2 有限元网格 |
3.4.3 计算结果 |
3.5 影响因素分析 |
3.5.1 弹带宽度 |
3.5.2 弹带强制量 |
3.5.3 坡膛锥角 |
3.5.4 膛线缠角 |
3.6 结构参数对内弹道过程影响的敏感性分析 |
3.6.1 正交试验理论 |
3.6.2 正交试验设计 |
3.6.3 结果分析 |
3.7 本章小结 |
4 耦合弹炮相互作用的内弹道两相流模型研究 |
4.1 两相流内弹道基本方程 |
4.1.1 物理过程 |
4.1.2 基本假设 |
4.1.3 基本方程 |
4.1.4 辅助方程 |
4.2 火炮膛内多相反应流的耦合求解方法 |
4.2.1 装药两相燃烧的求解 |
4.2.2 熵修正 |
4.2.3 弹底边界单元的处理 |
4.2.4 守恒性检查和计算流程 |
4.3 模型验证 |
4.3.1 求解格式捕捉初始条件间断的能力验证 |
4.3.2 求解格式处理源项的能力验证 |
4.3.3 求解格式捕捉源项中的间断的能力验证 |
4.3.4 耦合处理方法处理移动边界能力的验证 |
4.3.5 内弹道标准火炮算例验证 |
4.4 计算结果 |
4.4.1 基本参数 |
4.4.2 计算结果 |
4.5 膛内分布载荷的影响分析 |
4.6 本章小结 |
5 耦合身管瞬态热传导的内弹道模型研究 |
5.1 身管传传热模型及其求解 |
5.1.1 身管传热控制方程 |
5.1.2 身管传热过程求解 |
5.2 身管传热与经典内弹道理论的耦合模型 |
5.2.1 考虑热散失的经典内弹道模型 |
5.2.2 基于经典内弹道模型的强制换热边界条件 |
5.3 身管传热与两相流内弹道理论的耦合模型 |
5.3.1 耦合传热过程的多相燃烧模型 |
5.3.2 内弹道后效期的模型 |
5.4 耦合计算方法 |
5.4.1 经典内弹道模型耦合求解 |
5.4.2 内弹道多相流模型耦合求解 |
5.5 结果分析 |
5.5.1 基本参数 |
5.5.2 结构网格离散 |
5.5.3 计算结果 |
5.6 传热与内弹道过程的相互影响 |
5.6.1 经典内弹道模型 |
5.6.2 两相流内弹道模型 |
5.7 本章小结 |
6 身管烧蚀磨损与装药内弹道燃烧耦合预测研究 |
6.1 身管内壁烧蚀磨损概述 |
6.1.1 身管内壁烧蚀过程 |
6.1.2 身管内壁磨损过程 |
6.2 身管烧蚀磨损对内弹道过程的影响 |
6.2.1 身管烧蚀磨损对内弹道过程的影响 |
6.2.2 身管不同寿命期内弹道性能一致性控制方法 |
6.3 身管烧蚀磨损与内弹道过程耦合计算框架 |
6.3.1 烧蚀磨损耦合计算框架 |
6.3.2 身管网格退化更新策略 |
6.4 基于经验公式的身管内壁退化耦合计算模型 |
6.4.1 身管内壁烧蚀磨损退化模型 |
6.4.2 身管内壁退化量计算及结果分析 |
6.4.3 射击频率对身管内壁烧蚀磨损的影响 |
6.5 身管内壁磨损退化机理定性分析 |
6.5.1 磨损模型 |
6.5.2 身管内壁磨损趋势分析 |
6.5.3 身管内壁磨损机理分析 |
6.6 本章小结 |
7 结束语 |
7.1 论文主要工作 |
7.2 论文主要创新点 |
7.3 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(7)水下湿法FCAW熔池、气泡和电弧动态演变过程的数值分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 引言 |
1.1 选题意义 |
1.2 水下焊接研究概况 |
1.2.1 水下干法电弧焊 |
1.2.2 水下激光焊 |
1.2.3 水下摩擦焊 |
1.2.4 水下湿法焊接 |
1.3 水下湿法FCAW研究概况 |
1.3.1 水下湿法FCAW工艺的特点 |
1.3.2 水下湿法FCAW工艺过程的调控与改善 |
1.4 水下焊接过程数值模拟的研究概况 |
1.4.1 水下焊接热传导及应力变形 |
1.4.2 水下局部干法焊接排水过程 |
1.4.3 水下焊接电弧 |
1.5 当前研究存在的问题及本文主要工作 |
第2章 水下湿法FCAW物理过程检测 |
2.1 水下湿法FCAW物理过程检测平台 |
2.1.1 焊接实验单元 |
2.1.2 电参数实时采集单元 |
2.1.3 视觉检测单元 |
2.1.4 红外测温装置 |
2.1.5 热电偶测温装置 |
2.2 气泡动态行为 |
2.3 熔滴过渡及电弧行为 |
2.4 焊缝成形尺寸及特征 |
2.5 红外测温装置的改进 |
2.6 热电偶测温结果 |
2.7 本章小结 |
第3章 水下湿法FCAW热传导过程的数值模拟 |
3.1 水下湿法FCAW热传导数值模型 |
3.1.1 计算区域及网格划分 |
3.1.2 控制方程及求解方法 |
3.1.3 边界条件和初始条件 |
3.1.4 相变的计算方法 |
3.1.5 FCAW热源模型 |
3.1.6 水下湿法FCAW模型的优化 |
3.1.7 工件热物性参数 |
3.2 计算结果与讨论 |
3.2.1 水下湿法FCAW与陆上FCAW温度场的差异 |
3.2.2 水深对水下湿法FCAW焊接的影响 |
3.2.3 水流速度对水下湿法FCAW焊接的影响 |
3.3 实验验证 |
3.4 本章小结 |
第4章 水下湿法FCAW熔池流动与传热过程的数值模拟 |
4.1 水下湿法FCAW熔池流动与传热模型 |
4.1.1 计算区域及网格划分 |
4.1.2 VOF模型 |
4.1.3 控制方程组 |
4.1.4 熔渣设置 |
4.1.5 动量方程源项 |
4.1.6 边界条件 |
4.1.7 焊接工艺参数及材料热物性参数 |
4.2 熔池受热受力分布 |
4.3 熔滴冲击过程 |
4.4 熔池动态演变 |
4.5 熔渣的影响 |
4.6 实验验证 |
4.7 本章小结 |
第5章 水下湿法FCAW电弧与气泡动态演变过程的数值模拟 |
5.1 水下湿法FCAW电弧及气泡的特点 |
5.2 水下湿法FCAW电弧及气泡数值模型 |
5.2.1 模型的简化与假设 |
5.2.2 计算区域 |
5.2.3 气—水两相界面的“VOF+Level-Set”耦合处理 |
5.2.4 控制方程组 |
5.2.5 电磁场耦合方程组 |
5.2.6 边界条件 |
5.2.7 求解流程与电弧产热的修正 |
5.2.8 PISO数值算法 |
5.2.9 水下电弧的物性参数 |
5.3 模拟结果与分析 |
5.3.1 电弧气泡形貌的动态演变 |
5.3.2 气泡动态演变的实验验证 |
5.3.3 电弧及气泡内的流场分析 |
5.3.4 电弧温度场动态过程 |
5.3.5 电弧热流密度与电流密度 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间已发表的论文 |
攻读博士学位期间参与的科研项目 |
附件 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(8)大功率负离子源束流截面检测技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 论文主要研究内容 |
2 束流截面检测原理 |
2.1 束流截面分布规律 |
2.2 束流截面检测方案 |
2.3 小结 |
3 量热计型束流截面诊断 |
3.1 结构设计与热分析 |
3.2 水冷量热系统 |
3.3 热电偶温度采集 |
3.4 小结 |
4 多钨丝阵列束流截面诊断 |
4.1 钨丝束流诊断原理 |
4.2 装置结构设计与布局 |
4.3 CCD图像处理 |
4.4 小结 |
5 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 课题展望 |
致谢 |
参考文献 |
(9)钛合金切削加工中刀具温度场的建模、测量与重构(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 研究背景及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 本文主要研究工作 |
2 钛合金微观切削数值建模与加工界面分析 |
2.1 引言 |
2.2 温度相关的钛合金材料本构模型 |
2.3 材料本构模型的参数辨识与讨论 |
2.4 基于切削仿真的界面热力场分析 |
2.5 本章小结 |
3 宏微观结合的刀具温度场建模与重构方法 |
3.1 引言 |
3.2 刀具温度场建模与重构 |
3.3 微观切削过程数值模型 |
3.4 薄板对流散热肋片模型 |
3.5 红外热像表面温度测量 |
3.6 本章小结 |
4 钛合金切削刀具温度场的实验验证与分析 |
4.1 引言 |
4.2 钛合金微观切削数值模型的实验验证 |
4.3 切削界面高分辨率刀具温度场实验验证 |
4.4 切削刀具三维重构温度场的多信息验证 |
4.5 本章小结 |
5 面向干切加工的切削最高温在线监测方法 |
5.1 引言 |
5.2 数据驱动训练的神经网络模型 |
5.3 刀具特征提取及切屑遮挡识别 |
5.4 特征选取及环境噪声影响的分析 |
5.5 在线监测方法的实验验证与分析 |
5.6 干切工况的刀具最高温在线监测 |
5.7 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 参数符号命名列表 |
附录2 攻读博士学位期间发表的主要论文 |
(10)基于电子动态调控的超快激光微纳加工多尺度理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 超快激光脉冲的产生与发展 |
1.2 超快激光微纳加工 |
1.2.1 飞秒激光与长脉冲激光 |
1.2.2 超快激光微纳加工应用 |
1.3 超快激光与材料相互作用机理 |
1.3.1 超快激光与材料相互作用的时间尺度 |
1.3.2 电子的激发过程 |
1.3.3 能量传递及相变过程 |
1.3.4 激光的烧蚀过程 |
1.4 本论文主要研究内容 |
第2章 超快激光与材料相互作用的多尺度模型 |
2.1 密度泛函理论 |
2.1.1 从波函数到电子密度 |
2.1.2 Hohenberg-Kohn定理 |
2.1.3 交换关联泛函 |
2.1.4 赝势理论 |
2.2 含时密度泛函理论 |
2.2.1 Runge-Gross定理 |
2.2.2 含时Kohn-Sham方程 |
2.2.3 线性响应理论 |
2.2.4 软件octopus简介 |
2.2.5 含时密度泛函理论的应用 |
2.3 辐射流体力学模型 |
2.4 等离子体模型 |
2.5 本章小结 |
第3章 飞秒激光与单原子碳链作用的第一性原理模拟结果 |
3.1 飞秒激光辐照有限长单原子碳链 |
3.1.1 不同的激光脉冲参数 |
3.1.2 不同的碳链长度 |
3.1.3 石墨烯环连接的有限长单原子碳链 |
3.2 飞秒激光辐照周期性单原子碳链 |
3.2.1 周期性单原子碳链中的极化电流 |
3.2.2 周期性单原子碳链中的传导电流 |
3.3 本章小结 |
第4章 飞秒激光与黑磷烯作用的第一性原理模拟结果 |
4.1 线性响应理论 |
4.2 线性响应理论的验证 |
4.3 飞秒激光超快调控黑磷烯介电性质 |
4.3.1 黑磷烯介电性质对飞秒激光的响应 |
4.3.2 激光参数的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 飞秒激光加工金属薄膜的辐射流体力学模拟 |
5.1 辐射流体力学模型 |
5.1.1 辐射流体力学理论 |
5.1.2 辐射流体力学模型程序实现 |
5.2 电子碰撞频率 |
5.2.1 理想等离子体和温稠密等离子体中的碰撞频率 |
5.2.2 改进的Drude-Sommerfeld模型 |
5.3 模拟飞秒激光辐照金属Al薄膜 |
5.4 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
致谢 |
作者简介 |
四、快速瞬态高强度加热微小尺度内的热传导的研究(论文参考文献)
- [1]气/液环境中光热微驱动机构的静态与动态驱动技术研究[D]. 尤清扬. 浙江大学, 2021
- [2]宽温域中碳纤维导热特性实验研究[D]. 刘学波. 青岛理工大学, 2021(02)
- [3]热塑碳纤复合材料与铝合金激光搅拌焊接技术研究[D]. 贾少辉. 南昌大学, 2020(01)
- [4]固相扩散连接初始物理接触阶段界面行为数值模拟研究[D]. 王士博. 长安大学, 2020(06)
- [5]基于激光诱导正向转移技术的AZO薄膜的光电性能优化研究[D]. 李精博. 江苏大学, 2020(02)
- [6]内弹道精细化建模及其在身管烧蚀磨损研究中的应用[D]. 胡朝斌. 南京理工大学, 2020(01)
- [7]水下湿法FCAW熔池、气泡和电弧动态演变过程的数值分析[D]. 赵博. 山东大学, 2019
- [8]大功率负离子源束流截面检测技术研究[D]. 严文豆. 华中科技大学, 2019(01)
- [9]钛合金切削加工中刀具温度场的建模、测量与重构[D]. 黄扬. 华中科技大学, 2018
- [10]基于电子动态调控的超快激光微纳加工多尺度理论研究[D]. 苏高世. 北京理工大学, 2018