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Tribological properties and thermal-stress analysis of C/C-SiC composites during braking 被引量:13
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作者 Guan-yi CHEN Zhuan LI +5 位作者 Peng XIAO Xi OUYANG Wen-jie MA Peng-tao LI Jin-wei LI Yang LI 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期123-131,共9页
The tribological properties and thermal-stress behaviors of C/C-SiC composites during braking were investigated aiming to simulate braking tests of high-speed trains. The temperature and structural fields of C/C-SiC c... The tribological properties and thermal-stress behaviors of C/C-SiC composites during braking were investigated aiming to simulate braking tests of high-speed trains. The temperature and structural fields of C/C-SiC composites during braking were fully coupled and simulated with ANSYS software. The results of tribological tests indicated that the C/C-SiC composites showed excellent static friction coefficient (0.68) and dynamic friction coefficient (average value of 0.36). The highest temperature on friction surface was 445℃. The simulated temperature field showed that the highest temperature which appeared on the friction surface during braking was about 463℃. Analysis regarding thermal-stress field showed that the highest thermal-stress on friction surface was 11.5 MPa. The temperature and thermal-stress distributions on friction surface during braking showed the same tendency. 展开更多
关键词 C/C-SiC composites BRAKE tribological behavior temperature field thermal-stress field
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Numerical research on effect of overlap ratio on thermal-stress behaviors of the high-speed laser cladding coating 被引量:5
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作者 Xiaoxi Qiao Tongling Xia Ping Chen 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第1期555-567,共13页
High-speed laser cladding technology, a kind of surface technology to improve the wear-resistance and corrosion-resistance of mechanical parts, has the characterizations of fast scan speed, high powder utilization rat... High-speed laser cladding technology, a kind of surface technology to improve the wear-resistance and corrosion-resistance of mechanical parts, has the characterizations of fast scan speed, high powder utilization rate, and high cladding efficiency. However, its thermal-stress evolution process is very complex, which has a great influence on the residual stress and deformation. In the paper, the numerical models for the high-speed laser cladding coatings with overlap ratios of 10%,30%, and 50% are developed to investigate the influence rules of overlap ratio on the thermal-stress evolution, as well as the residual stresses and deformations. Results show that the heat accumulation can reheat and preheat the adjacent track coating and substrate, resulting in stress release of the previous track coating and decreased longitudinal stress peak of the next track coating. With the overlap ratio increasing, the heat accumulation and the corresponding maximum residual stress position tend to locate in the center of the cladding coating, where the coating has a high crack susceptibility. For a small overlap ratio of 10%, there are abrupt stress changes from tensile stress to compressive stress at the lap joint, due to insufficient input energy in the position. Increasing the overlap ratio can alleviate the abrupt stress change and reduce the residual deformation but increase the average residual stress and enlarge the hardening depth. This study reveals the mechanism of thermal-stress evolution, and provides a theoretical basis for improving the coating quality. 展开更多
关键词 high-speed laser cladding overlap ratio thermal-stress evolution residual stress and deformation numerical simulation
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Thermal-stress induced phenomena in two-component material:part I 被引量:1
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作者 Ladislav Ceniga 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第6期811-820,共10页
The paper deals with analytical fracture mechanics to consider elastic thermal stresses acting in an isotropic multi-particle-matrix system. The multi-particle-matrix system consists of periodically distributed spheri... The paper deals with analytical fracture mechanics to consider elastic thermal stresses acting in an isotropic multi-particle-matrix system. The multi-particle-matrix system consists of periodically distributed spherical particles in an infinite matrix. The thermal stresses originate during a cooling process as a consequence of the difference αm - αp in thermal expansion coefficients between the matrix and the particle, αm and αp, respectively. The multi-particle-matrix system thus represents a model system applicable to a real two-component material of a precipitation-matrix type. The infinite matrix is imaginarily divided into identical cubic cells. Each of the cubic cells with the dimension d contains a central spherical particle with the radius R, where d thus corresponds to inter-particle distance. The parameters R, d along with the particle volume fraction v = v(R, d) as a function of R, d represent microstructural characteristics of a twocomponent material. The thermal stresses are investigated within the cubic cell, and accordingly are functions of the microstructural characteristics. The analytical fracture mechanics includes an analytical analysis of the crack initiation and consequently the crack propagation both considered for the spherical particle (q = p) and the cell matrix (q = m). The analytical analysis is based on the determination of the curve integral Wcq of the thermal-stress induced elastic energy density Wq. The crack initiation is represented by the determination of the critical particle radius Rqc = Rqc(V). Formulae for Rqc are valid for any two-component mate- rial of a precipitate-matrix type. The crack propagation for R 〉 Rqc is represented by the determination of the function fq describing a shape of the crack in a plane perpendicular 展开更多
关键词 Thermal stress . Limit state .Analytical modelling .Two-component material
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热障涂层高灵敏YAG:xCe荧光应力响应单元的构筑及其应力响应机理
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作者 成波 丁呈云 +7 位作者 白易博 楚倩倩 任鲲鹏 郑光彬 侯东 张辛健 安国升 李文生 《表面技术》 北大核心 2026年第3期52-60,95,共10页
目的热障涂层高温服役过程中产生的残余应力是导致其失效的关键因素,开发高灵敏度的无损检测技术对于评估涂层可靠性至关重要。本研究通过构筑不同体系耐高温YAG:x Ce荧光应力响应单元提高热障涂层残余应力检测灵敏度。方法采用真空烧... 目的热障涂层高温服役过程中产生的残余应力是导致其失效的关键因素,开发高灵敏度的无损检测技术对于评估涂层可靠性至关重要。本研究通过构筑不同体系耐高温YAG:x Ce荧光应力响应单元提高热障涂层残余应力检测灵敏度。方法采用真空烧结法构筑了不同浓度Ce^(3+)掺杂的Y_(3)Al_(5)O_(12)(YAG:x Ce,x=0.03、0.06、0.08、0.12)荧光应力响应单元复合粉末。利用大气等离子喷涂将所获得的复合粉末制备成系列YAG:x Ce热障涂层陶瓷层。研究Ce^(3+)掺杂浓度对复合粉末及涂层荧光性能的影响,通过密度泛函理论计算研究了不同Ce^(3+)掺杂浓度与荧光应力之间的关系。结果所制备的系列YAG:x Ce涂层具有良好的高温稳定性,涂层荧光强度随Ce^(3+)掺杂浓度呈先增大后减小趋势,浓度为0.08%时,对应最大荧光峰位移。结论成功构筑了系列YAG:x Ce荧光应力响应单元,并明确了其发光效率与应力响应特性可通过掺杂浓度进行有效调控;阐明了掺杂浓度-晶格微变-荧光压谱效应之间的构效关系,为实现热障涂层内部应力状态的高灵敏、无损原位监测提供了重要的材料体系与理论依据,对新一代航空发动机热障涂层的健康监测与寿命预测具有积极的支撑作用。 展开更多
关键词 热障涂层 荧光 应力 YAG:Ce
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层板-热障涂层复合结构的综合冷却效率和力学性能
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作者 白波 张嘉伟 +2 位作者 郝铭扬 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2026年第3期97-109,共13页
为阐明层板-热障涂层(TBC)复合结构气热性能与应力分布特征,实现层板冷却结构与TBC高效耦合目标,采用共轭传热模型,提出了复合结构流-固-力耦合数值预测方法,系统研究了气膜板厚度(H_(f)=0.8d,1.0d,1.2d,d为气膜孔直径)与TBC厚度(H_(TBC... 为阐明层板-热障涂层(TBC)复合结构气热性能与应力分布特征,实现层板冷却结构与TBC高效耦合目标,采用共轭传热模型,提出了复合结构流-固-力耦合数值预测方法,系统研究了气膜板厚度(H_(f)=0.8d,1.0d,1.2d,d为气膜孔直径)与TBC厚度(H_(TBC)=0.6d,0.8d,1.0d)对复合结构综合冷却特性和应力分布的影响。研究结果表明:复合结构TBC表面和金属基体表面综合冷却效率对气膜板厚度变化不敏感,不同气膜板厚度下复合结构综合冷却效率差异小于1.0%。增加TBC厚度可以显著增强复合结构金属基体表面综合冷却效率,在H_(TBC)为1.0 d时,相较于参考工况综合冷却效率增幅约为15.6%。气膜板厚度与TBC厚度对复合结构力学性能影响具有拮抗效应,随着H_(f)和H_(TBC)增加,等效应力降幅和等效应力增幅分别超过10.0%和23.5%。复合结构中气膜孔出口、金属基体/TBC交界面和气膜孔入口附近存在应力集中现象,气膜孔前缘应力沿径向呈W型分布,在金属基体/TBC交界面处出现等效应力峰值。增加气膜板厚度可以改善金属基体内部力学性能,喷涂较厚的TBC可以缓解金属基体/TBC交界面应力集中,降低TBC剥落风险,但会显著增强气膜孔出口附近应力水平(最大等效应力超过1000 MPa),因此建议在层板-TBC复合结构设计中采用较厚的气膜板(H_(f)=1.2 d)和喷涂合适厚度TBC(H_(TBC)=0.8 d)的方案。 展开更多
关键词 层板冷却 热障涂层 复合结构 综合冷却效率 应力分布
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1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器组件结构热应力分析
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作者 陈勇国 刘天照 +3 位作者 刘丰硕 李辉 陈星 蔡进豪 《红外技术》 北大核心 2026年第2期140-145,共6页
1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器组件在结构形式上为由1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器芯片、硅读出电路、引线基板和杜瓦冷头组成的层状材料结构。当探测器从室温制冷至低温工作环境(90 K)时,各结构层间由于材料... 1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器组件在结构形式上为由1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器芯片、硅读出电路、引线基板和杜瓦冷头组成的层状材料结构。当探测器从室温制冷至低温工作环境(90 K)时,各结构层间由于材料热力学参数的差异会产生一定的热失配应力,导致探测器性能降低甚至破裂失效。为了解决1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器组件低温可靠性问题,使用ANSYS WORKBENCH软件的多场耦合分析模块建立了该中波组件结构的有限元分析模型,分析了杜瓦封装过程中探测器热应力变化情况,通过合理选择基板和冷头的材料,并对基板厚度进行结构尺寸优化,在冷头为Invar,引线基板厚度大于2 mm的Al_(2)O_(3)陶瓷材料体系下,获得了工程项目应用的1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器组件封装结构,组件开关机次数达到300次以上。 展开更多
关键词 碲镉汞探测器组件 结构尺寸 热应力 形变 有限元 可靠性
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激光二极管双端泵浦Tm:YAG键合晶体的热效应
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作者 任嘉欣 李隆 +3 位作者 李昕阳 杨恒鑫 纪玉潇 张春玲 《应用激光》 北大核心 2026年第2期158-166,共9页
引入双端泵浦和双端键合相结合的方式,建立激光二极管双端泵浦Tm:YAG键合晶体的热模型,双端泵浦形成双折射效应,使光场分布更加均匀,双端键合能够有效降低激光晶体热效应。利用热传导理论、有限元分析法对键合晶体内部的温度场、热应力... 引入双端泵浦和双端键合相结合的方式,建立激光二极管双端泵浦Tm:YAG键合晶体的热模型,双端泵浦形成双折射效应,使光场分布更加均匀,双端键合能够有效降低激光晶体热效应。利用热传导理论、有限元分析法对键合晶体内部的温度场、热应力场和热形变进行了数值计算,并分析了YAG晶体键合厚度以及不同键合方式对键合晶体热效应的影响。结果表明,在稳态下,激光二极管泵浦功率为30 W、泵浦光斑半径为400μm时,双端键合1 mm的YAG晶体的键合晶体内部最高温升为89.1℃,最大应力为82.5,最大热形变量为0.278μm;双端泵浦形成双折射效应,使光场分布更加均匀,二者相结合的方式能够有效降低激光晶体热效应。该研究可为激光晶体的选材及Tm∶YAG激光器稳定输出提供参考。 展开更多
关键词 激光二极管 双端泵浦 Tm:YAG晶体 热应力 热形变 键合方式
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微波照射下砂浆-骨料多场耦合的数值研究
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作者 邵珠山 江岩松 +1 位作者 魏玮 肖毅豪 《应用力学学报》 北大核心 2026年第1期123-133,共11页
新建筑的建造和旧建筑的拆除产生了大量废弃混凝土,从废弃混凝土中提取再生骨料已成为一种缓解资源危机、实现骨料循环利用的方案。微波加热因其选择性加热、高效、绿色的特点被逐渐应用于再生骨料的回收中。为了探究微波照射下砂浆-骨... 新建筑的建造和旧建筑的拆除产生了大量废弃混凝土,从废弃混凝土中提取再生骨料已成为一种缓解资源危机、实现骨料循环利用的方案。微波加热因其选择性加热、高效、绿色的特点被逐渐应用于再生骨料的回收中。为了探究微波照射下砂浆-骨料沿界面分离与多场耦合之间的关系,利用COMSOL Mulitphysics软件建立了三维砂浆-骨料二相模型,分析了电磁场、温度场、应力场的分布情况。通过与微波加热试验对比,验证了数值分析的可靠性。数值模拟结果表明:电场强度和温度梯度在砂浆-骨料界面处达到最大值;骨料的外侧受拉,内侧受压。加热条件为3 kW,200 s时,在砂浆-骨料界面处,第一主应力超过砂浆的极限抗拉强度,界面处出现裂纹,随着时间的延续,裂纹逐渐从界面处向试件边缘扩展并相互连接,最终砂浆与骨料在界面处发生分离。 展开更多
关键词 微波 骨料 多场耦合 温度 热应力
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热力耦合变液位作用下支撑刚度对熔盐储罐力学性能影响研究
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作者 帅争峰 葛殿辉 +3 位作者 雷咸道 张俊峰 沈亚军 王跃社 《太阳能学报》 北大核心 2026年第2期205-212,共8页
通过建立熔盐储罐的热模型与应力模型,考虑热力耦合变液作用下,罐壁与底板支撑刚度对储罐力学性能的影响。结果表明,不同液位储罐的温度分布大体一致,底板外伸焊缝位置与拱顶连接位置存在最大温差,约为4℃。静水压力主要影响罐体的沉降... 通过建立熔盐储罐的热模型与应力模型,考虑热力耦合变液作用下,罐壁与底板支撑刚度对储罐力学性能的影响。结果表明,不同液位储罐的温度分布大体一致,底板外伸焊缝位置与拱顶连接位置存在最大温差,约为4℃。静水压力主要影响罐体的沉降,满载工况下最大沉降量约0.2 m。热应力主要影响罐体径向位移,最大径向位移约为0.28 m。增加罐底刚度,有助于减小罐体的沉降与应力,底部最优设计刚度为5 MPa/m。罐体形变对罐壁刚度的变化不敏感,而且罐壁刚度的增加导致应力急剧增加,因此,不可限制由于热应力引起罐体产生的径向位移。该文研究结果可为实际大型高温熔盐储罐的设计提供理论指导。 展开更多
关键词 太阳能热发电 太阳能 热应力 数值分析 刚度 温度分布
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长大坡道紧急制动工况下货车车轮踏面温升和热应力影响规律研究
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作者 张金玉 左建勇 +1 位作者 温泽峰 丁景贤 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第3期385-395,402,共12页
建立一种兼顾计算精度与效率的二维踏面制动摩擦热机耦合有限元数学模型,综合考虑热机强耦合的高精度与弱耦合的高效率特性。研究线路坡道、车辆载荷与轴重、紧急制动初速度、紧急制动减速度和环境温度等因素对车轮踏面最高温度和最大... 建立一种兼顾计算精度与效率的二维踏面制动摩擦热机耦合有限元数学模型,综合考虑热机强耦合的高精度与弱耦合的高效率特性。研究线路坡道、车辆载荷与轴重、紧急制动初速度、紧急制动减速度和环境温度等因素对车轮踏面最高温度和最大热应力的影响。结果表明,线路坡度每增加3‰,车轮踏面最高温度线性增加约4.15℃,最大热应力线性增加约8.18 MPa;载荷每轴增加1 t,最高温度线性增加约7.19℃,最大热应力线性增加约14.29 MPa;制动初速度每增加10 km·h^(−1),最高温度近似线性增加约31.21℃,最大热应力近似线性增加约59.77 MPa,并且达到最高温度/应力的时间随速度增加而呈非线性延长;减速度每增加0.2 m·s^(−2),最高温度近似线性增加约16.12℃,最大热应力近似线性增加约31.67 MPa,同时达到最高温度的时间呈非线性缩短;环境温度降低时,踏面最高温度值呈减小趋势,但对最大热应力的影响较小。研究结果为长大坡道列车运行的热安全性评价及优化设计提供了量化数据支撑和技术参考。 展开更多
关键词 长大坡道 货车 紧急制动 踏面温度 热应力 参数影响
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法向应力下的裂隙岩体有效导热系数模型研究
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作者 盛建龙 吴兵 +2 位作者 王楠 杨晓亮 杨一宏 《矿业研究与开发》 北大核心 2026年第1期150-158,共9页
深部隧道温度场及深部矿产资源开发均涉及岩体导热性能问题。针对法向应力下的裂隙岩体有效导热系数非线性变化规律,基于双弹簧Hooke模型与有效导热系数串并联理论,建立了法向应力作用下裂隙岩体有效导热系数理论模型,分析了模型参数对... 深部隧道温度场及深部矿产资源开发均涉及岩体导热性能问题。针对法向应力下的裂隙岩体有效导热系数非线性变化规律,基于双弹簧Hooke模型与有效导热系数串并联理论,建立了法向应力作用下裂隙岩体有效导热系数理论模型,分析了模型参数对应力作用下的裂隙岩体有效导热系数的影响,并通过尼格隧道温度场变化的数值模拟结果,验证了该模型工程应用的可靠性。结果表明:理论模型预测结果与试验数据吻合较好;低应力条件下,裂隙岩体有效导热系数主要受软体孔裂隙闭合影响,有效导热系数随应力增大呈非线性增大;高应力条件下,裂隙岩体有效导热系数主要受硬体孔裂隙闭合影响,有效导热系数随应力增加呈近似线性缓慢增大;裂隙面与热传递方向夹角越大,相同应力条件下的岩体有效导热系数越小,随应力变化的非线性程度越高。数值模拟结果与实测数据的对比表明,完整岩体导热系数偏大,与应力无关的有效导热系数模型得到的有效导热系数值偏小,而法向应力与导热系数耦合模型得到的结果更符合实际测量值。 展开更多
关键词 裂隙岩体 有效导热系数 双弹簧Hooke模型 应力 温度场 数值模拟
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FGF信号途径介导鹿角杯形珊瑚水螅体高温脱离的分子机制探究
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作者 王艺 余秋玉 +2 位作者 曾赛男 刘兆群 周智 《海洋学报》 北大核心 2026年第1期42-55,共14页
本研究从鹿角杯形珊瑚(Pocillopora damicornis)中鉴定并克隆了2个成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)基因,命名为PdFGF1和PdFGF17。序列分析结果表明,PdFGF1与Pd-FGF17分别编码195个和149个氨基酸,均含有信号肽和典型的... 本研究从鹿角杯形珊瑚(Pocillopora damicornis)中鉴定并克隆了2个成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)基因,命名为PdFGF1和PdFGF17。序列分析结果表明,PdFGF1与Pd-FGF17分别编码195个和149个氨基酸,均含有信号肽和典型的FGF结构域,并具有β-折叠、η-环等拓扑结构。高等动物FGF家族分为FGF1、FGF4、FGF7、FGF8、FGF9、FGF11、FGF19等7个亚家族。多序列比对和系统进化树分析结果表明,PdFGF1属于FGF1亚家族,与人(Homo sapiens)FGF1的序列一致性为30.15%;PdFGF17属于FGF8亚家族,与人FGF1的序列一致性为29.36%。为进一步揭示Pd-FGF1和PdFGF17的生物学功能,本研究分析了高温诱导鹿角杯形珊瑚水螅体脱离的转录组数据,发现在水螅体高温脱离过程中FGF家族基因(PdFGF1、PdFGF2、PdFGF9、PdFGF17、PdFGF18、PdFGFR1、PdFGFR2、PdFGFR3及PdFGFR4)的表达水平显著上升,且FGF信号途径能够激活下游Ras/MAPK级联反应,驱动细胞骨架重构与细胞黏附调节;Cytoscape基因共表达网络分析还揭示FGF与珊瑚共肉(coenosarc)胞外基质(extracellular matrix,ECM)降解相关基因(ADAMTSs、COL21A1、CTSZ、P4HA等)存在显著共表达关系。综上,本研究发现高温激活了鹿角杯形珊瑚的FGF信号途径,促进了共肉组织ECM的降解,进而介导共肉裂解和水螅体脱离。 展开更多
关键词 成纤维细胞生长因子 水螅体脱离 热胁迫 加权基因共表达网络分析 基因克隆
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埋沙环境下LNG管道应力应变数值分析
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作者 徐静静 张岩 +3 位作者 牛淑昊 王剑琨 张大伟 吴斌 《石化技术》 2026年第1期78-80,共3页
采用流-热-固数值模拟方法,研究了在埋沙环境下DN200排凝管道实际工作状态的应力和应变分布规律。结果表明:当排凝液化天然气(LNG)充满整个管道时,排凝管弯头处产生了较大的应变和应力;高杨氏模量沙层中(较紧实的沙层)的排凝管道整体会... 采用流-热-固数值模拟方法,研究了在埋沙环境下DN200排凝管道实际工作状态的应力和应变分布规律。结果表明:当排凝液化天然气(LNG)充满整个管道时,排凝管弯头处产生了较大的应变和应力;高杨氏模量沙层中(较紧实的沙层)的排凝管道整体会承受更大的应力;弯头处预留局部区域不埋沙可有效降低管道最大应力,提高排凝管道系统稳定性。 展开更多
关键词 LNG管道 埋沙 热应力 应变 数值模拟
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800 kV滤波器用断路器合闸电阻电热力多场耦合下性能评估
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作者 牛勃 蔡旭 +5 位作者 马飞越 赵景禹 孙尚鹏 倪辉 刘涛 邓军波 《高压电器》 北大核心 2026年第2期33-41,共9页
合闸电阻对于抑制滤波器组断路器过电压及合闸涌流具有重要作用,但随着电压等级的提升,800 kV滤波器断路器内部合闸电阻的故障率显著升高。目前对于合闸电阻工作环境多场耦合仿真还不够充分,相应改进措施也未得到验证。该研究针对合闸... 合闸电阻对于抑制滤波器组断路器过电压及合闸涌流具有重要作用,但随着电压等级的提升,800 kV滤波器断路器内部合闸电阻的故障率显著升高。目前对于合闸电阻工作环境多场耦合仿真还不够充分,相应改进措施也未得到验证。该研究针对合闸电阻在滤波器断路器中的可能出现的各种合闸电阻故障产生的原因进行了仿真分析,提出了相应的改进方案,并对改进后的效果进行了仿真验证。结果表明,合闸电阻在正常状态下,电场分布均匀,运行稳定;但在异常工况下,局部温度迅速升高,可能导致热应力集中并影响其性能。常见的故障问题包括电阻表面附着金属异物、电阻片同轴度差以及端面接触不良等。为此,提出了几项优化措施:通过在电阻片之间增加铝片改善接触面接触不良;在端部电阻片添加铝块以减少端面应力集中;通过增加绝缘支撑柱外表面直径和合闸电阻堆外护套提升电阻片的同轴度,从而减少电场畸变和提高整体保护性。仿真结果显示,这些优化措施显著提升了合闸电阻的性能,减小了温升和热应力,提高了其安全性和可靠性,对于合闸电阻优化设计仿真分析具有重要意义。 展开更多
关键词 合闸电阻 热应力 滤波器断路器
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超低温下TSV热应力分析及其结构优化
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作者 王晗 行琳 +1 位作者 王冰 王如志 《半导体技术》 北大核心 2026年第1期102-108,共7页
针对制冷型红外探测器芯片中硅通孔(TSV)在超低温环境下产生的热应力问题,采用传热-结构力学耦合多物理场有限元仿真方法,结合低温边界条件仿真与结构参数扫描,系统探究了不同结构TSV的热力学行为,并对其结构进行了优化。研究结果表明,... 针对制冷型红外探测器芯片中硅通孔(TSV)在超低温环境下产生的热应力问题,采用传热-结构力学耦合多物理场有限元仿真方法,结合低温边界条件仿真与结构参数扫描,系统探究了不同结构TSV的热力学行为,并对其结构进行了优化。研究结果表明,相较于传统实心圆柱形TSV,中空及纺锤形中空TSV可使Si衬底表面最大热应力至少减小300 MPa;采用钨代替铜作为金属芯材料可进一步降低热应力。此外,确定了纺锤形中空TSV的最佳绝缘层厚度(0.2μm)和金属镀层厚度(2μm),并揭示了TSV半径及间距对热应力的影响。优化后的结构可缩小阻止区(KOZ)范围,提高芯片集成度。本研究为制冷型红外探测器TSV设计提供了理论依据,对三维集成技术发展具有参考价值。 展开更多
关键词 硅通孔(TSV) 热应力 红外探测器 结构优化 有限元仿真
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热屏结构对直径400 mm直拉单晶硅生长的影响
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作者 艾进才 杨平平 +1 位作者 赵紫薇 高忙忙 《人工晶体学报》 北大核心 2026年第1期68-76,共9页
单晶硅是制备半导体的关键材料之一,在降低成本的驱使下,大直径化和快速拉晶技术是直拉法制备单晶硅的发展趋势之一。本文提出了一种双热屏结构,分析了双热屏结构对单晶硅生长过程中的温度场和气体流场、固液界面、单晶硅生长速度、热... 单晶硅是制备半导体的关键材料之一,在降低成本的驱使下,大直径化和快速拉晶技术是直拉法制备单晶硅的发展趋势之一。本文提出了一种双热屏结构,分析了双热屏结构对单晶硅生长过程中的温度场和气体流场、固液界面、单晶硅生长速度、热应力的影响。结果表明,双热屏结构可以对固液界面附近氩气进行导流,消除热屏外侧的氩气涡流,增加晶体的散热,从而提高晶体的生长速率,最大生长速率提高了19.2%;同时,双热屏结构还可以改善固液界面波动,相较于单热屏结构,最大热应力降低了4.266 MPa。因此,双热屏结构具有较好的应用前景。 展开更多
关键词 直拉单晶硅 热屏结构 生长速度 固液界面 热应力 点缺陷
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共烧结工艺下NiO-YSZ电池的热应力分析
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作者 李子恒 申俊杰 +1 位作者 陈齐瑞 赵立伟 《科技创新与生产力》 2026年第2期149-152,共4页
通过COMSOL Multiphysics软件,模拟阳极支撑平板型固体氧化物燃料电池(SOFC)在烧结过程中的应力分布和翘曲变形行为,分析了共烧结温度对烧结应力和翘曲变形的影响。在NiO-YSZ电池的共烧结过程中,边缘区域会热应力集中。烧结应力随烧结... 通过COMSOL Multiphysics软件,模拟阳极支撑平板型固体氧化物燃料电池(SOFC)在烧结过程中的应力分布和翘曲变形行为,分析了共烧结温度对烧结应力和翘曲变形的影响。在NiO-YSZ电池的共烧结过程中,边缘区域会热应力集中。烧结应力随烧结温度逐渐增加,在1400℃时,热应力值从140 MPa至389 MPa,最大翘曲位移集中出现在模型的边缘处,达到0.1551 mm。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 热应力 翘曲 烧结温度
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红外探测器模块结构应力研究
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作者 董金磊 高依然 +2 位作者 付志凯 方志浩 王冠 《激光与红外》 北大核心 2026年第2期239-244,共6页
本文针对低温环境下碲镉汞(HgCdTe)红外探测器芯片因热失配引发的结构应力问题,通过实验测量与有限元模拟相结合的方法,系统研究了其应力分布规律及可靠性优化策略。开发了基于低温应变片的直接测量技术,实现了对640×512碲镉汞芯... 本文针对低温环境下碲镉汞(HgCdTe)红外探测器芯片因热失配引发的结构应力问题,通过实验测量与有限元模拟相结合的方法,系统研究了其应力分布规律及可靠性优化策略。开发了基于低温应变片的直接测量技术,实现了对640×512碲镉汞芯片降温过程中应变与应力的实时监测,测得最大收缩应变为1042με,最大应力为69 MPa。结合ANSYS有限元仿真,建立了探测器模块的热力耦合模型,揭示了芯片中心区域应力集中(最大模拟应力63 MPa)、四周应力较小的分布特征,数值模拟与实验结果的相对误差小于20%,验证了模型的准确性。通过简化铟柱建模与均质化处理,提升了仿真效率,为探测器封装结构优化提供了理论支持。研究表明,结合实验修正的数值仿真方法可显著缩短设计周期,优化低应力封装方案,从而降低裂片风险,提升器件可靠性。 展开更多
关键词 低温 红外探测器芯片 热失配 应力应变 数值仿真
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多缺陷相互作用下热力管道疲劳裂纹萌生寿命预测
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作者 马舒琪 刘鑫泉 吕淑然 《中国安全科学学报》 北大核心 2026年第2期110-120,共11页
为解决埋地热力管道设计、使用及维护过程中外表面蚀坑腐蚀疲劳裂纹萌生寿命难以预测的问题,采用有限元方法探讨蚀坑形貌、缺陷间相互作用及轴向载荷对最大应力集中系数的影响,提出K_(t)经验公式,并建立土壤腐蚀下热力管道疲劳裂纹萌生... 为解决埋地热力管道设计、使用及维护过程中外表面蚀坑腐蚀疲劳裂纹萌生寿命难以预测的问题,采用有限元方法探讨蚀坑形貌、缺陷间相互作用及轴向载荷对最大应力集中系数的影响,提出K_(t)经验公式,并建立土壤腐蚀下热力管道疲劳裂纹萌生寿命预测方法,以北京市某运行管道为例,验证该方法的科学性和有效性。结果表明:蚀坑深度增大10倍,K_(t)提高2.84倍,周向宽度减小10倍,K_(t)提高4.75倍,a/c>0.6、b/c<0.6深窄缺陷对K_(t)提高效应更强,裂纹萌生寿命更短;缺陷间距d=0时,K_(t)达单缺陷效应的1.03倍;缺陷间距越小相互作用效应越强,裂纹萌生寿命越低,随缺陷间距减小,深窄蚀坑寿命降幅达0.12倍,浅宽蚀坑对缺陷间距更敏感,裂纹萌生寿命降幅达0.83倍;低土壤电阻率、低pH值及高温下,裂纹可在20 a内萌生,浅宽蚀坑裂纹萌生寿命对土壤参数更敏感;与仅受内压载荷工况相比,20 MPa轴向压载荷显著降低裂纹萌生寿命0.74倍;20 MPa轴向拉载荷增大至50 MPa引起的裂纹萌生寿命降幅更大,为0.82倍。 展开更多
关键词 热力管道 应力集中 土壤参数 腐蚀疲劳 疲劳裂纹萌生寿命
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An anisotropic thermal-stress model for through-silicon via 被引量:1
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作者 Song Liu Guangbao Shan 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2018年第2期86-90,共5页
A two-dimensional thermal-stress model of through-silicon via(TSV) is proposed considering the anisotropic elastic property of the silicon substrate. By using the complex variable approach, the distribution of therm... A two-dimensional thermal-stress model of through-silicon via(TSV) is proposed considering the anisotropic elastic property of the silicon substrate. By using the complex variable approach, the distribution of thermalstress in the substrate can be characterized more accurately. TCAD 3-D simulations are used to verify the model accuracy and well agree with analytical results(&lt; ±5%). The proposed thermal-stress model can be integrated into stress-driven design flow for 3-D IC, leading to the more accurate timing analysis considering the thermal-stress effect. 展开更多
关键词 3-D IC through-silicon via thermal-stress TCAD simulation
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