超声珩磨颤振单颗磨粒动力学模型的研究

颤振是影响磨削加工稳定性及加工质量的重要因素之一,对于超声珩磨稳定性的研究主要通过动力学模型.在提出对超声珩磨单颗磨粒的基本假设和分析再生型颤振产生机理的基础上,建立了超声珩磨颤振单颗磨粒三维多自由度非线性动力学模型,并简化了轴向和径向超声振动单颗磨粒的动力学模型及其方程,为进一步探求有效的抑振、消振方法提供了依据.     

基于功率超声珩磨的空化泡动力学模型的研究

功率超声珩磨是在普通珩磨的基础上施加了功率超声振动。当超声波的强度超过液体空化阈值的时候会发生空化效应,产生大量的空化泡。在对功率超声珩磨切削运动以及空化效应基本理论分析的基础上,以单个空化泡为研究对象,利用能量守恒定律,建立功率超声珩磨单个空化泡的动力学方程,为功率超声珩磨空化效应的进一步研究提供了理论支撑。     

叶片空化清洗器单空泡动力学研究

基于叶片空化清洗器流场模型,对叶片空化清洗器流场进行面积等效处理,利用MATLAB对流场面积进行参数化编程。以Rayleigh-Plesset方程为基础,应用4-5阶Runge-Kutta法对推导的等效流场的单空泡动力学模型进行数值求解,得到了叶片清洗器单空泡生长、溃灭的流场特性变化规律。结果表明:面积等效方式为复杂流场中单空泡流场特性的分析提供一种手段;空泡溃灭位置位于流场入口x/x_0=0.155处,溃灭时产生高温、高压和高速微射流,可有效去除管道垢质。     

铝酸钠溶液性质对超声空化作用及种分过程超声强化的影响

用相同频率和输入功率的超声波对不同Na2Ok浓度和ακ的铝酸钠溶液进行处理,通过对恒温种分过程中相同反应时间的分解率和粒度分布特点的比较,发现在超声波作用条件相同的情况下,超声波对铝酸钠溶液的强化作用随着铝酸钠溶液苛性碱浓度的降低而加强,且超声波对ακ为1.55时的铝酸钠溶液的强化作用较其他ακ的强.通过对不同Na2Ok浓度和ακ条件下铝酸钠溶液表面张力系数的测定及超声波声致荧光影像的研究,初步探讨了溶液物理性质对超声强化作用和超声空化作用的影响及超声波作用的机理.     

基于静电喷雾的金刚石磨粒微表面均布特性研究

目的改善精密/超精密成形磨削中砂轮存在磨粒分布不均匀的问题。方法仿真分析针-环电极空间电场强度的分布特性,以及喷嘴轴线上场强随喷嘴直径、环状电极直径、电极间距的变化规律。金刚石磨粒均匀分散在静电喷雾溶液中,在高压电场和压力泵的作用下将喷出形成微表面。通过网格分析法和截距法定量分析金刚石颗粒微表面分布的均匀性。结果针-环电极产生的空间电场是对称分布的,电场线集中分布在喷嘴附近,其电场强度沿轴线向外急剧降低。由于尖端效应,喷嘴直径减小,其尖端处的电场强度明显增大;电极间距增大,喷嘴处的场强降低。网格计数法中,网格划分得越细,微表面颗粒分布偏差越大,即分布均匀性越差,但更能反映真实的颗粒整体分布情况,且各偏差曲线分布的趋势基本相同,仅在液体流量20 m L/h处出现了与理论的变化规律不符合的情况。截距法中,当液体流量增大时,颗粒间距离偏差值逐渐降低,且在液体流量20 m L/h处明显下降。结论在金刚石颗粒微表面分布的定量化分析中,网格计数法只能体现区域分布的均匀性,而对某块区域内颗粒的距离不敏感,无法区分颗粒聚集的情况,导致计算结果出现偏差。截距法则对颗粒的间距比较敏感,因此有效地结合网格计算法和截距法可以对金刚石磨粒的分布情况做出准确分析。     

细磨粒超声珩磨ZrO2表面特征研究

采用细粒度金刚石油石,对氧化锆工程陶瓷进行了超声珩磨与普通珩磨的试验研究。试验结果表明,磨削条件对被加工表面的粗糙度和表面破碎影响较大：1)超声珩磨的表面和普通珩磨表面相比,磨削沟槽不仅宽且底部平坦,网纹较均匀,珩磨沟槽的顶部较平整,并且不存在断续现象。2)普通珩磨的延性域加工临界磨削深度不超过1．5m,而超声珩磨方式下,其延性域临界磨削深度可达到3μm。3)普通珩磨方式下,在磨削速度100～150r/m,磨削深度1．0～1．5μm时,可取得较低粗糙度值;超声珩磨方式下,在磨削速度150～190r/m,磨削深度1．0～1．5μm时,取得较低的粗糙度值,同等条件下比普通珩磨低1～2级。     

基于超声传感器的油液磨粒在线监测系统的研究

油液在线监测技术相比传统的离线检测具有实时性、同步性、连续性等优点,超声波具有良好的实时性、较高的空间分辨力、较强的油液穿透性,因此发展超声磨粒在线监测技术具有重要意义。本文基于超声散射原理,设计了一套油液磨粒在线监测系统,由工控机、超声波检测卡、超声波传感器、在线油温传感器、齿轮泵等部分组成,采用Delphi进行程序开发。并进行实装试验,结果表明,系统能够实时在线监测润滑油中的磨粒数量和大小。     

基于空间微螺线管电感的微米级磨粒检测研究

基于液压油污染检测颗粒计数法中的电感检测法,利用含有磨粒的液压油流经空间微螺线管时引起的磁通量的变化,进而检测电感的变化量测得磨粒,并根据电感的增大或减小判断磨粒的性质。实验中铁颗粒引起电感增大,铜颗粒引起电感减小。通过改变漆包线的匝数和直径观察电感变化量和变化率,总结和分析其变化规律。结果表明:该微螺线管能检测到的铁磁颗粒尺寸最小可达50μm。该检测方法测量准确度高,具有良好的实际应用价值与广阔的发展前景。     

基于空化效应的功率超声珩磨再生型颤振研究

功率超声珩磨加工过程中的颤振影响因素很多,不仅包含物理磨削过程和机械振动环节,还包含了高频振动和超声波传动系统,是一个非常复杂的复合振动系统。通过建立珩磨颤振动力学模型,重点研究珩磨中空化泡溃灭产生辐射声压对再生型颤振的影响,结果表明:决定功率超声珩磨再生型颤振的主要原因为磨削厚度;空化泡溃灭产生的辐射声压会加剧系统颤振的频率,但对系统颤振的时域图变化趋势和振幅的大小基本没有影响。     

pH值对CeO2/SiO2纳米复合磨粒分散性的影响

以胶体SiO₂溶液作硅源,采用均相沉淀工艺制备壳-核结构完整的CeO₂/SiO₂纳米复合磨粒。采用X射线衍射仪和透射电子显微镜对复合磨粒样品进行物相组成分析和微观形貌观察;通过粒径分布、Zeta电位分析,研究水相分散系中pH值对CeO₂/SiO₂复合磨粒分散性的影响。结果表明:所制备的CeO₂/SiO₂复合磨粒为壳-核包覆结构完整的纳米微球,粒径约110 nm,内核为无定形SiO₂,壳层为立方萤石型CeO₂;CeO₂/SiO₂复合磨粒的等电位点pH值约为5,其值由SiO₂等电位点向CeO₂等电位点明显偏移。CeO₂/SiO₂复合磨粒在酸性水相介质中分散性差,容易出现严重的团聚现象;而在碱性环境下,CeO₂/SiO₂复合磨粒分散性良好。      

温度对超声清洗中空化泡动力学特性的影响

目的为了更合理地利用超声清洗中的空化效应。方法以清洗区单空化泡为研究对象,基于能量守恒原理,建立了空化泡的动力学模型。数值模拟了环境温度、声压幅值、超声频率和超声振幅对清洗区空化泡动力学特性的影响。结果当温度从0℃升高到80℃时,空化泡溃灭时间由579.36μs缩短到181.43μs。高温下空化泡的膨胀速度更快,50℃时空化泡的最大膨胀幅值为51.27,此时空化强度最大。随着声压幅值的增大,空化泡的运动由近似于稳态空化的多周期振荡转变为只经过一次膨胀压缩后溃灭,最大膨胀幅值也由此先减小,后近似于线性增大,溃灭时间先变短,后稳定在150μs左右。随着频率的增大,空化泡的最大膨胀幅值变小,溃灭时间变长,振幅的扰动作用对空化泡半径变化和溃灭时间的影响很小。结论不同温度下空化泡的动力学特性相似,声压幅值的增大和超声频率的降低均有助于提升空化效应,换能器的振动对邻近液体中空化泡的扰动作用可忽略。     

SiO2添加剂对8%Y2O3稳定的ZrO2涂层热震前后表面形貌的影响

在8％Y2O3稳定的ZrO2陶瓷涂层中添加SiO2,使陶瓷涂层的抗热震性能得到提高,这主要是SiO2的加入使涂层抗热震前后的表面形貌发生了很大的变化。由于ZrO2与SiO2热膨胀系数不同,使涂层利于产生细微的网状裂纹,增加了微裂纹密度和孔隙,从而降低了涂层的弹性模量,释放了涂层中的应力,使涂层的抗热震失效能力得到提高。其中,SiO2加入量为3％(质量分数)效果最佳,过量的加入,会使孔洞加大,促进裂纹的扩展、断裂,不利于提高涂层的抗热震性能。     

Analysis of particle dynamics and heat transfer in detonation thermal spraying systems

A computational study of pulsed detonation thermal spraying is conducted using an axisymmetric two-dimensional transient gaseous detonation model. The variations of the particle velocity and temperature at impact on the target surface with the particle initial loading location are analyzed for different conditions. The geometry of the system and the loading locations of the particulate phase are key parameters in pulsed detonation thermal spraying. Since the process is extremely transient and the gas phase experiences a wide range of transient stages all on a timescale of a millisecond, the particle characteristics are strongly dependent on the instantaneous location in the gas stream. One cycle of detonation thermal spraying occurs on a time scale on the order of a millisecond due to the high gas velocities associated with detonation. Thus, a precise control of the process variable parameters is required to have a successful detonation coating process.     

液态钎料薄层中超声空化泡的成长与破裂

通过进行液态钎料Sn-9Zn的铺展试验,观察超声作用下钎料空化泡的成长破裂情况,得出液态钎料在超声作用下发生填缝行为并且形态以扇形进行扩散。通过Matlab语言,在超声空化理论的基础上,从温度、超声频率、空化泡初始半径以及空化泡崩溃时的最大温度和最大压力四个方面,对Sn-9Zn,Sn-0.7Cu和Zn-5Al三种液态钎料空化泡的成长和破裂进行模拟,得到了空化泡的运动情况。结果表明,温度越高,空化效应越弱;超声频率增大,空化效应减小;空化泡初始半径越小,空化泡的空化效应越明显;空化泡崩溃的最大温度同绝热指数成正比,而崩溃时的最大压力同绝热指数和反应体系的温度成反比。研究结果对超声波辅助钎焊中液态钎料空化效应的研究和应用提供了参考。     

SiO2与Mg—Li合金熔体反应动力学分析

基于液淬试样组织观察的结果, 对ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 合金熔体反应动力学进行了分析。建立了ＳｉＯ２与ＭｇＬｉ 熔体反应的动力学模型, 提出了控制粒子尺寸及其在熔体分布的措施。得出了ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 熔体反应的速度表达式, 确定了Ｍｇ２Ｓｉ 的形成位置。结果表明： ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 合金熔体的反应是分两步进行的, 即首先在界面处反应生成ＭｇＯ 与Ｓｉ, 而后Ｓｉ 与Ｍｇ 反应生成Ｍｇ２Ｓｉ。     

钛合金空蚀损伤及防护的研究进展

钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等优势,被广泛应用于诸多工程领域。由于钛合金存在表面硬度低、耐磨性差等缺点,导致其在过流部件中容易发生空蚀损伤,会降低钛合金构件的使用寿命,因此针对钛合金空蚀损伤行为及其防护措施的研究显得极为重要。概述了空蚀现象的作用机理和理论模型,详细介绍了材料自身的力学性能、表面状态、介质类型和溶液温度等对钛合金空蚀行为的影响,着重讨论了针对钛合金空蚀损伤的多种应对措施,如热处理、激光纹理加工、激光气体氮化、化学热处理、离子注入、添加缓蚀剂等技术,总结了相应方法提高钛合金抗空蚀性能的具体原因。其中,热处理技术通过改变钛合金自身的显微组织来提高其抗空蚀性能;激光气体氮化工艺可在钛合金表面形成硬质TiN相,以抵御空泡溃灭时的冲击;化学热处理技术在钛合金表面生成了致密的陶瓷层+固溶扩散层,缓解了空泡的溃灭能,延长了空蚀的孕育期;离子注入技术依靠注入离子在钛合金材料表面产生固溶强化、位错增值强化等效果,降低其空蚀损伤。最后对钛合金空蚀及防护研究的发展方向提出了展望。     

高强超声对Mg-Zn-Er合金显微组织和性能的影响

采用高强超声熔体处理法制备Mg-Zn-Er合金,研究了超声处理时间和超声输出功率对镁合金铸态显微组织和性能的影响.研究结果表明,随超声处理时间的延长或超声输出功率的增大,合金的铸态显微组织由粗大的枝晶转变为细小均匀圆整的晶粒,当处理时间或输出功率达到一定值后再延长处理时间或增大输出功率,组织有粗化的趋势.合金凝固组织中产生了沿晶界不连续分布的析出相和大量均匀弥散分布于合金基体中的析出相微粒.当熔体温度、超声处理时间和超声输出功率分别为718℃、100 s和600W时,制得的Mg-5Zn-2Er合金晶粒细小均匀圆整,其室温抗拉强度和伸长率分别为199.6MPa和11.6%.     

空化过程微纳米气泡性质及其对细粒矿物浮选的影响

利用一套自行设计的,运用水力空化原理产生微纳米气泡的发生装置,通过激光粒度仪,纳米粒径电位分析仪以及表面张力仪等手段研究水力空化过程产生的微纳米气泡性质,并考察了在浮选药剂溶液中预先引入微纳米气泡对细粒一水硬铝石矿物浮选行为的影响。结果表明：水力空化预处理油酸钠溶液能够产生微纳米级气泡;随油酸钠浓度、溶液pH值和空化强度的增大,溶液中微纳米气泡的平均尺寸分布不断减小;空化时间较短时,油酸钠溶液中能够形成较多的亚微米及纳米级气泡,随空化时间延长,溶液体系微纳米气泡的平均尺寸分布增大。外加充气为空化体系提供了大量气核,促使空化过程产生大量微纳米气泡,气泡兼并现象显著导致测定的微纳米气泡尺寸分布逐渐增大;微纳米气泡具有较好的稳定性,尤其是亚微米及纳米级气泡,其能在溶液体系稳定存在1 h以上;预先在浮选药剂溶液中引入微纳米气泡能够显著强化细粒一水硬铝石矿物浮选,尤其是在低药剂浓度条件下。     

超声手术刀的工作机理及力负载特性

超声手术刀作为一种新型的载能刀具在医学临床应用上取得了广泛应用,但因其超声刀的工作对象是复杂的生物组织,人们对于超声刀的工作机理尚不是很明确,对其负载特性的研究也有限。基于此,从超声手术刀的工作机理和力负载特性两方面进行了研究,发现空化效应在超声刀切割组织时具有重要作用;同时研究了负载力对超声刀工作状态的影响,表明在有载情况下,负载力对超声刀的工作频率影响不大,但随着负载力增大,阻抗圆半径和最大导纳均逐渐变小并趋于恒定,即表现为超声刀的振动效果逐渐受到抑制并趋于稳定。