基于有限元法分析宝石级金刚石的合成腔体温度场

以有限元法为理论分析手段模拟分析了温度梯度法合成宝石级金刚石大单晶的腔体温度场,实现了对宝石级金刚石的合成腔体内各位置温度同时测量.模拟结果表明:在宝石级金刚石合成过程中,其温度分布呈不均匀分布.腔体内高温区分布在样品(碳源+触媒)边缘,低温区分布在籽晶附近.样品腔内热量的传递方式和样品腔内的碳源输运方式相同,均由碳源的两侧向籽晶附近传输.籽晶附近轴向温度梯度大于径向温度梯度,导致单位时间内其轴向生长尺寸大于径向生长尺寸.宝石级金刚石腔体温度场分析的理论模型的成功构建,为新型宝石级金刚石腔体的研制提供了良好的设计基础,对促进优质宝石级金刚石的生长技术具有指导意义.     

基于有限元法确立碳化钨顶锤的破裂判据

以有限元法为理论基础,通过运行大型有限元软件,成功构建了铰链式六面顶压机配套顶锤的有限元理论模型,并确立了碳化钨顶锤的破裂判据。模拟结果表明:以小斜边末尾处为应力参考点,依据第四强度理论,能够对碳化钨顶锤的性能进行更加合理的数值分析。依据此判据可知:在顶锤锤面及小斜边附近,裂纹高发区分布在小斜边附近;在顶锤轴向上,裂纹高发区分布在距离顶锤锤面30 mm处。铰链式六面顶压机配套碳化钨顶锤的有限元模型以及碳化钨顶锤破裂判据的成功构建,为实现新型碳化钨顶锤的设计与研究奠定了基础,对促进实现铰链式六面顶压机腔体大型化具有现实意义。     

基于三维有限元法模拟分析六面顶顶锤的热应力

以有限元法为理论分析手段模拟分析了国产六面顶压机配套顶锤内部的温度场和热应力分布.探寻出了XKY-6×2000 MN型六面顶压机顶锤内部的温度场分布以及热应力取值.模拟结果表明加热顶锤内部温度分布不均匀,不均匀的温度分布产生了热剪切应力,热剪切应力峰值达到0.62 GPa,分布在41.5°小斜面上.加热顶锤内部的剪切应力值较非加热锤内部的剪切应力值高出18.0％.模拟分析结果与金刚石的高压合成实验事实相符,在理论上解释了加热顶锤使用寿命较非加热顶锤使用寿命短的原因,此项工作对于提高大顶锤使用寿命,降低生产 关键词： 热应力 顶锤 有限元法 工业金刚石     

高压下国产六面顶压机铰链梁和工作缸的应力分析

运用有限元理论,基于ANSYS对国产六面顶压机的铰链梁、工作缸和销轴进行了接触分析。模型中首次引入销轴,约束销轴的运动,使凸耳处的载荷情况更接近实际工况,避免了对铰链梁和工作缸单独分析所进行的大量近似和简化。模拟结果表明:铰链梁上的vonMises应力峰值主要分布在凸耳内通孔处,最大应力值为348.32 MPa;工作缸上的von Mises应力峰值主要分布在工作缸底部圆弧处,最大应力值为242.87 MPa;应力峰值均低于许用应力(486.67 MPa)。模拟结果得到了大量高压实验的验证。     

新型圆角式高压碳化钨硬质合金顶锤的有限元分析

基于有限元法, 对新型圆角式高压碳化钨硬质合金顶锤进行了分析与研究.研究结果表明: 新型圆角式高压碳化钨硬质合金顶锤在不降低顶锤的传压效率的前提下, 能够将顶锤的使用寿命延长3.05%—16.75 %; 新型圆角式高压碳化钨硬质合金顶锤获得的极限腔体压力值可增加至6.09 GPa, 较传统顶锤(5.80 GPa)提高5%, 从而扩宽高压下功能材料的合成区间.新型圆角式高压碳化钨硬质合金顶锤的使用, 将降低六面顶液压机的使用成本, 促进高压技术和材料科学等学科的发展.     

Finite Element Analysis of Convection in Growth Cell for Diamond Growth Using Ni-Based Solvent

Thermal-electricaJ-fluid coupled finite element analyses are performed in the model of the growth cell in a high-pressure and high-temperature （HPHT） cubic apparatus in which the large diamond crystal can be grown by using Ni-based solvent with temperature gradient method （TGM）. The convection in the Ni-based solvent with different thicknesses at 1700-1800 K is simulated by finite element method （FEM）. The experiments of diamond crystal growth are also carried out by using Ni-based solvent at 5.7GPa and 1700-1800K in a China-type cubic high pressure apparatus （CHPA）. The simulation results show that the Rayleigh number in the solvent is enhanced obviously with the increasing solvent thickness. Good quality diamond single crystal cannot be grown if the Rayleigh number in the solvent is too high.     

超高压碳化钨顶砧新结构的设计与研究

基于高压顶砧设计原理——大质量支撑原理,借助有限元仿真技术,开展了一体式超高压碳化钨顶砧新结构的设计与研究工作。研究结果表明,采用圆角技术以及凹形支撑区技术,设计出的新结构顶砧能够降低传统碳化钨顶砧拐角处的应力集中效应,同时为碳化钨顶砧提供足够的侧向支撑作用,从而大幅提高顶砧的性能;一体式超高压碳化钨顶砧的传压效率较传统顶砧升高58.5%、破裂几率较传统顶砧降低33%、获得的极限腔体压力较传统顶砧升高44.2%,达到9.56GPa。为大腔体、超高压环境下物质新结构与性质研究、新型功能材料的设计与合成研究提供了一种易于操作的可行性方案。