国家自然科学基金(50975070)
- 作品数：19 被引量：29H指数：4
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- 人工心瓣热解炭表面微裂纹应力强度因子分析被引量：1
- 2014年
- 人工机械心瓣热解炭涂层表面存在着微小缺陷,大多以半椭圆裂纹的形式存在,在载荷作用下易发生扩展甚至断裂。应力强度因子是判断裂纹是否进入失稳状态的一个重要指标。该文利用三维断裂分析软件,结合有限元分析软件计算了人工心瓣热解炭中心半椭圆裂纹拉伸试样不同位置处的K I,并与基于实验基础的理论值进行对比,同时讨论了初始裂纹大小、位置和形状对K I的影响,结果表明:计算值与理论值最大相对误差不超过3%,验证了该软件计算热解炭K I的有效性,K I随初始裂纹尺寸增大而增大;初始裂纹位于试样中心或边缘对K I几乎没有影响;裂纹长半轴与短半轴比值越接近1,计算结果越稳定。
- 李学鹏张建辉
- 关键词：热解炭应力强度因子
- 人工心瓣热解炭断裂韧性有限元分析被引量：4
- 2012年
- 利用有限元分析软件ANSYS,对人工心瓣各向同性热解炭和热解炭包覆石墨复合材料进行紧凑拉伸以及三点弯曲实验仿真分析,计算材料的平面应变断裂韧性KIC,并将计算结果与相关实验结果进行对比,分析利用ANSYS计算KIC方法的有效性,以及涂层与基体厚度比、裂纹尖端半径对热解炭包覆石墨复合材料KIC值的影响。结果表明,纯热解炭和石墨材料的ANSYS计算KIC值分别为槡1.176 MPa m以及槡1.415 MPa m,与相关实验结果接近,验证了ANSYS计算KIC值的准确性;热解炭包覆石墨复合材料的计算KIC值随涂层与基体厚度比的增加而降低,涂层与基体厚度比偏低时,复合材料断裂性能均优于纯热解炭和石墨材料;热解炭包覆石墨材料存在临界裂纹尖端半径ρ0(约5μm)。当裂纹尖端半径ρ>ρ0时,KIC测量值与ρ1/2成正比;ρ<ρ0时,KIC测量值与尖锐裂纹样品测量值一致。
- 张建辉邢兴
- 关键词：热解炭ANSYS断裂韧性
- 沉积条件对低温各向同性热解炭形貌的影响
- 2016年
- 研究沉积温度和丙烷气体体积分数对低温各向同性热解炭（LTIC）形貌的影响,并用成核-生长理论解释材料形貌的成因。该热解炭材料由不同体积分数的丙烷通过准稳态流化床化学气相沉积法（FBCVD）在1 250~1 450℃的沉积温度下得到。研究结果表明：随着沉积温度或丙烷气体体积分数的升高,各向同性热解炭的类球形颗粒状形貌越来越明显,且密度降低,沉积过程由生长模式向成核模式过渡。沉积模式随沉积条件的改变会决定热解炭形貌的改变,而这些变化与气相中形成的线性分子和小分子芳烃与稠环芳香烃（PAHS）的比以及液滴的黏度改变有关。
- 张建辉夏文莉王根明郭鹏海
- 关键词：化学气相沉积形貌
- 人工心瓣含硅热解炭涂层残余应力分析被引量：2
- 2014年
- 目的研究人工心瓣含硅热解炭涂层的残余应力。方法通过化学气相沉积法制备含硅热解炭涂层,并对涂层进行物相与结构分析。利用X射线衍射法测定涂层表面SiC相残余应力,采用有限元法模拟含硅热解炭涂层表面残余应力情况。结果试样只包含热解炭与SiC两种物相,SiC颗粒尺寸小于10μm,分散在热解炭基质中。X射线衍射法测得两个试样SiC相残余应力值分别为-7,-9 MPa,有限元分析得出颗粒内残余应力约-6 MPa。结论 SiC相残余应力为压应力,有限元分析结果与实验值有较好的吻合。颗粒的尺寸对材料残余应力的影响并不明显。
- 杨欢张建辉
- 关键词：人工心瓣热解炭SIC残余应力X射线衍射
- 低温各向同性热解炭涂层热应力有限元分析被引量：1
- 2018年
- 采用化学气相沉积法在石墨基体表面沉积得到低温各向同性热解炭涂层,从沉积温度1 250℃随炉冷却至室温的过程中由于涂层和基体的物理性能不一样会产生热应力,为了研究低温各向同性热解炭涂层的热应力分布情况,通过热膨胀仪测量其热膨胀系数CTE,采用有限元软件ANSYS建立涂层/基体的模型并进行分析。结果表明:涂层表面附近分布拉应力,涂层和基体界面处分布着较大压应力,界面和外边缘相交的区域有应力集中现象;界面处最大径向应力和最大轴向应力随涂层厚度变化较大,涂层的第一主应力随着涂层厚度的增加主要分布在涂层上表面及界面外边缘处。
- 虞勇李威龙张建辉
- 关键词：有限元热应力
- 流化床内稠密气固两相流的数值模拟被引量：5
- 2017年
- 采用FLUENT软件对流化床内稠密气固两相流进行模拟,研究炉体结构和入口气体速度对沉积炉内气固两相流动状态的影响.结果表明,在锥角为60°的沉积炉内形成的散式流化床具有"环-核"结构,且相对于平底结构沉积炉具有较长的气体滞留时间,有利于制备结构均匀,质量优良的热解炭涂层材料.入口气体速度不宜过大或过小,过小的入口气体速度导致沉积炉内颗粒速度分布混乱,无法形成"环-核"结构,过大的入口气体速度导致沉积炉内颗粒出现返混现象.此外,当入口气体速度增加时,沉积炉内中心区域的气相和颗粒平均速度都逐渐增加,而对气相速度的影响较为明显,对颗粒速度的影响相对较小.
- 罗碧辉郑艳真张建辉
- 关键词：流化床数值模拟
- 沉积条件对低温各向同性热解炭微观结构的影响被引量：4
- 2015年
- 采用不同浓度的丙烷通过准稳态流化床化学气相沉积（FBCVD）工艺在1250~1450℃的沉积温度下产生低温各向同性热解炭（LTIC），利用SEM和TEM研究沉积温度和丙烷浓度对LTIC微观结构的影响。结果表明：沉积温度和丙烷气体浓度对低温各向同性热解炭的形貌结构有较大的影响。随着沉积温度或丙烷气体浓度的升高，各向同性热解炭形貌结构由片层状向类球形颗粒状转变，密度和织构降低，而这些变化与芳香碳平面的弯曲度发生变化有关。增大密度和提高形核率是获得性能优异各向同性热解炭的一个重要途径，沉积温度选择1350℃，丙烷浓度保持在25%~40%之间，所获得的热解炭结构和性能较为优异。
- 张建辉夏文莉
- 关键词：各向同性微观结构
- 人工机械心瓣热解碳/石墨界面结合强度分析被引量：1
- 2014年
- 目的研究人工心瓣热解碳涂层与基体结合强度的影响因素,从而分析提高人工心瓣寿命的途径。方法通过改进的剪切试验法,得到人工机械心瓣热解碳涂层/石墨基体的平均界面剪切结合强度。利用有限元分析软件ANSYS建立三维模型,对人工机械心瓣热解碳涂层/石墨基体的界面剪切应力进行分析,将分析结果与试验结果进行对比。利用ANSYS验证不同涂层厚度以及不同涂层弹性模量的情况下,界面剪切应力的变化情况。结果试验所得的平均界面剪切结合强度为5.535 MPa,有限元分析得到的平均结合强度值为5.98 MPa。随着涂层厚度的增加,涂层与基体结合强度降低;随着涂层弹性模量的增加,涂层与基体结合强度增大,但弹性模量并非越大越好,应有一个合适的值。结论 ANSYS分析是准确的。制备热解碳涂层时,应尽量薄一些,热解碳的弹性模量相对石墨应尽量大一些。
- 韦静张建辉
- 关键词：石墨界面结合强度有限元分析
- 化学气相沉积低温各向同性热解炭微观结构及沉积机制被引量：2
- 2016年
- 为了研究低温各向同性热解炭(LTIC)的微观结构及沉积机制,采用不同体积分数的丙烷为碳源,在不同的沉积温度下进行稳态流化床化学气相沉积实验制备LTIC,借助SEM和TEM对不同沉积条件下制备的LTIC微观结构进行表征和分析。结果表明:不同沉积条件下制备的LTIC由类球形颗粒状和片层状炭结构组成,沉积温度升高,降低了热解炭在气相中的形核势垒,LTIC中类球形颗粒数量增多,尺寸变小,且类球形颗粒内包围炭黑颗粒的炭层织构逐渐降低;丙烷体积分数升高,热解炭沉积过程逐渐由以表面生长机制为主转变为以气相形核机制为主,所制备的LTIC中类球形颗粒形貌越来越明显,而片层状炭结构逐渐减少甚至完全消失。
- 张建辉郑艳真
- 关键词：化学气相沉积流化床微观结构
- 热解炭微观结构及其表征方法被引量：1
- 2015年
- 介绍了利用偏光显微镜(PLM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、电子自旋共振(ESR)和压汞法(MIP)等测试手段,对采用化学气相沉积(CVD)法制备的热解炭微观形貌、取向角OA、消光角Ae、石墨化度、孔隙结构等表征参数的优缺点进行了分析,总结出热解炭的织构类型以及各表征方法之间的关系,在此基础上对热解炭的研究发展方向进行了展望。
- 张建辉宋银超
- 关键词：化学气相沉积热解炭织构微观结构
