单颗立方氮化硼磨粒切削特性及工件材料变形行为的微观力学分析

为了解决有限元法模拟切屑分离时的网格束缚问题,采用有限元法和光滑粒子流体动力学（SPH）法的耦合方法进行了单颗立方氮化硼（CBN）磨粒切削过程的微观力学仿真。通过CBN磨粒与工件材料的应力变化与分布情况以及切削层SPH粒子的运动情况,从微观角度分析了单颗CBN磨粒的切削成屑机理,并分析了CBN磨粒的几何特征对工件材料切削变形的影响;采用陶瓷CBN砂轮贴片样块进行了磨粒划擦实验,结果表明：磨粒的推挤使工件材料发生塑性变形,沿磨粒的前方及两侧隆起,并最终于磨粒的前方流出而形成磨屑;磨刃前角增大,剪切角随之增大,导致磨粒的耕犁作用减弱而切削作用增强。磨粒刃边强度低、接触应力大,磨损速率较快,易于发生磨耗及微破碎磨损而使磨粒钝化。     

湍流燃烧的概率密度函数输运方程模型研究

概率密度函数输运方程模型由于可以精确处理化学反应源项成为当前研究的热点。首先回顾了该模型的基本思想、发展历史、封闭模型及求解方法,然后与其它湍流燃烧模型进行比较,并指出了该模型存在的不足,最后给出了该模型在湍流燃烧中的应用实例。     

基于不同湍流模型的水下航行体圆柱结构流动特性数值模拟

为提高水下航行体的隐身性能,探究不同湍流模型对水下航行体圆柱结构水动力数值模拟的影响。基于OpenFOAM开源计算流体力学工具包,进行水下航行体圆柱结构的数值模拟。开发3种混合湍流模型嵌入OpenFOAM工具包,3种模型分别为尺度自适应模拟方法、部分平均N-S方程方法和改进的延迟分离涡方法。基于开发的3种模型进行数值计算仿真,得到水下航行体典型圆柱结构的绕流场分布以及受力特征。研究结果表明：湍流模型的选取对于水下航行体水动力模拟有着显著影响,所得结果对后续探究水下航行体辐射噪声的研究具有指导意义。     

固体与液体两相磨粒流抛光异形曲面的质量控制因素研究

为探索固体与液体（简称固液）两相磨粒流抛光异形曲面的有效性,采用标准k-ε模型和压力耦合SIMPLEC算法,通过对不同入口压力条件下固液两相磨粒流抛光多边形螺旋曲面膛线管进行数值模拟研究,获得多边形螺旋曲面流道近壁面处的动压、湍流动能、湍流强度随入口压力变化特性,分析入口压力对固液两相磨粒流抛光异形曲面的质量控制规律。为验证数值分析的准确性,进行了必要的固液两相流抛光实验,以异形曲面零件-膛线管为研究对象,对磨粒流抛光前后膛线管内表面的表面形貌和表面粗糙度进行了检测分析。研究结果表明：固液两相磨粒流抛光异形曲面可有效提高异形曲面的表面质量,经磨粒流抛光后的膛线管内表面纹理变得更加平滑,可获得理想的表面形貌,表面粗糙度由抛光前的1.450 μm降低至抛光后的0.296 μm;随着入口压力的增加,磨粒流抛光后的异形曲面零件表面纹理更加致密,表面质量得到明显改善。     

介观尺度下磨粒流抛光温度对发动机喷油嘴质量影响研究

磨粒流抛光作为一项精密加工技术,其抛光温度对工件质量的影响在宏观尺度和微观尺度上已有较多的研究,而在介观尺度内的模拟仍很少涉及。通过构建以原子团簇为主的磨粒,在介观尺度下以耗散粒子动力学的方法研究不同温度下磨粒对发动机喷油嘴内表面的碰撞磨损行为。研究结果表明：温度越高,磨粒流抛光质量越好,在抛光温度为300~310 K区域内可获得最佳的磨粒流抛光质量,但抛光温度高于310 K后,磨粒流抛光质量有所下降;磨粒流抛光试验与数值分析的结果一致,磨粒流抛光技术可有效实现对细小孔结构的抛光,并可有效提高抛光精度和表面质量。     

一种磨粒族叶序排布的端面砂轮及其铣磨实验

为了改善超硬磨料砂轮的磨削能力,基于生物学的叶序排布理论设计了一种新型有序化排布磨料的超硬磨料砂轮;分析了叶序参数对超硬磨料砂轮工作表面上磨粒族的排布的影响规律,通过光刻技术和电镀技术相结合制造出了磨粒族叶序排布砂轮。铣磨实验结果表明：合理的选择叶序系数k和磨料族半径r可使砂轮获得较好的铣磨性能。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工外圆表面分形维数的研究

应用分形维数与Ra、Rq及支撑长度率的关系对磨削表面和磨粒喷射精密光整加工表面进行研究。试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工试样为Ra=0.6 μm左右的45#钢,加工表面形貌和微观几何参数用扫描电子显微镜(SEM)和Micromesvre 2表面轮廓仪测量。试验结果表明：分形维数与Rq呈线性关系可以较好的评价机械加工表面微观形貌的几何结构,以弥补传统的粗糙度评定参数的不足;分形维数值D与支承长度率曲线的变化规律一致,在研究表面接触和磨损中,可用分形维数代替支承长度率曲线。     

基于改进两相流模型的模块装药内弹道模拟

为研究模块装药的特殊装药结构的内弹道特性,改进和优化装药结构参数,需建立数学模型进行模拟。现有的两相流模型不能直接用于模块装药的计算,根据模块装药的特点对现有模型进行改进和细化,考虑了装药和点火不连续、模块非同时破裂等因素,使其更接近模块装药内弹道实际过程。根据建立的改进数学模型对模块装药内弹道过程进行模拟,并对结果进行验证和分析。模拟结果与实验对比相符,数值模拟显示:在模块装药内弹道过程中存在点传火间断,传火过程更长,模块是按序破裂的。模块破裂时间受模块盒体强度和传火性能影响,模块盒体和传火管端盖强度越大,则模块破裂开始时间越晚,开始破裂到所有模块全部破裂时间跨度更长。     

大型管中气粒两相湍流燃烧加速机理的研究

基于多流体模型，在弱点火条件下，对大型卧式管中铝粉－空气两相悬浮流的湍流燃烧加速导致爆炸的过程进行了数值模拟，其结果揭示了管中湍流火焰的加速机理，并与实验结果相符．     

超声速流中湍流模型性能的数值研究

针对三种二维后向台阶构型,对工程上常用的湍流模型在超声速流中对台阶后回流区分布、温度、速度、压力分布及重附距离的影响进行了研究。研究表明:对于捕获台阶后次级回流区,k-ωStandard、k-ωSST、RSM和SA四种湍流模型的性能较好。使用k-kl-ω湍流模型有利于较准确的模拟温度分布。使用RSM模型有利于较准确的模拟速度分布。k-ωStandard、k-ωSST对唇口激波的捕获能力较强。对于压力分布的模拟,k-ωStandard,k-ωSST,SST-4eqn和RSM性能较好,k-ω家族性能较差。k-ωSST和k-ωRNG对重附点的捕获能力较强。k-ωSST在回流区分布、温度分布、速度分布、壁面压力、重附点捕获方面均表现了良好的性能。     

高粘弹性流体磨料光整加工的材料去除率模型

基于磨料流加工介质的高粘弹性,在分析磨粒所受法向力和参与切削的磨粒数的基础上,建立了高粘弹性流体磨料光整加工的材料去除率模型。定义了材料去除率模型的切削深度系数,提出了一种用圆管工件测定切削深度系数的方法;并用圆管试件测定了Ⅰ号流体磨料加工45_#钢、T8钢和Q235-A材料时的切削深度系数。结果表明：材料去除率与流体磨料对工件的壁面压力、壁滑速度和切削深度系数成正比关系;决定切削深度系数的因素主要有磨粒的粒度、磨粒与载体的混合比和流体磨料的弹性及工件的硬度和表面粗糙度;在流体磨料粘性较高、加工流量较大条件下,可用流体磨料的过流长度和压力来测定切削深度系数。     

螺旋深小孔电解加工间隙多相流场特性及实验研究

针对电解加工(ECM)成形尺寸难以预测与控制问题,以螺旋深小孔ECM 为研究对象, 采用Mixture 多相流模型、扩展的资-着湍流模型与SIMPLEC 算法,应用流体力学分析软件Fluent 对 ECM 间隙两相流进行了数值模拟和验证性实验,揭示了ECM 间隙流场的流动特性。研究结果表明:间隙流场的流速分布影响着间隙内产物的排出规律,随着孔深加大,流速沿流程逐渐减小,使得加工稳定性变差;沿电解液流程方向上间隙气泡率含量逐渐增加,致使电解液电导率逐渐降低,工件加工后尺寸前大后小,增加出口背压在一定程度上可以改善这一问题;阴极形状影响着间隙内流场的流动特性,合理的阴极形状可避免间隙流场“死水区冶的形成及短路和烧伤现象发生。     

磁性磨具在身管光整中的应用研究

现有身管生产中的光整加工工序质量很大程度上依赖于工人的技术水平,因此,利用磁流变液作为载体设计一种软性的磨具,对拉削膛线后的身管进行光整加工是一种较好的选择。在分析了这种软性磨具的工作原理及身管这种导磁材料利用磁流变液加工的可行性后,对进行光整加工所需要的磁场强度能否实现进行了理论分析与计算。     

基于动网格的炮口制退器两相流场数值模拟

为较准确地研究火炮发射时高温高压高速的燃气射流经由炮口制退器的流场,对基于动网格的炮口制退 器两相流场进行数值模拟。利用FLUENT 软件,采用光顺和重构的非结构动网格更新方法,使用结构非结构混合网 格技术,建立炮口制退器的流场模型,对弹丸飞出炮口制退器过程中的膛口流场进行数值模拟,并对比分析了燃气 射流中的固相颗粒与气相耦合的两相流场和单纯气相流场对炮口制退器的影响。计算结果表明：考虑了两相的流场 与单纯气相流场在压强分布上存在明显的区别,可为后续炮口制退器的结构设计与优化研究提供一定的参考。     

切向超声振动辅助磨削对单颗粒切削力的影响

通过引入单位磨削力,结合超声振动辅助磨削过程中单颗粒的运动学分析及其切削深度计算,建立了单颗粒动态切削力及其平均切削力数学模型,进而推导出磨削区内的平均切削力公式;通过试验对普通磨削力和切向超声振动辅助磨削力进行了研究.研究结果表明,在相同的加工条件下,超声振动辅助磨削的单位磨削力低于普通磨削;切向超声振动的引入使磨削...     

一种两相流点火模型及数值模拟

底排点火具对底排药剂点火的不一致性是引起底部排气弹射程散布的重要因素之一。为了研究导致点火不一致性的因素和揭示点火机理,分析了某155 mm底部排气弹出膛口后点火具对底排药柱二次点火的过程和特点。基于气体—颗粒两相射流理论,提出了一种两相流强化点火模型。该模型综合考虑了纯燃气与两相射流耦合过程,以及固体—气体或液体—气体两相流对固体底排药的热辐射、热对流和热传导复合传热机制。针对底排装置出膛口后的二次点火过程进行了数值模拟,计算得到了底排药剂软化时间和点火延迟时间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。该模型对固体火药类似点火过程具有普适性。