基于CFD的微型拉伐尔喷嘴选型与扩张段长度仿真优化研究

毫米级微型拉伐尔喷嘴应用于微推进系统、超音速气流粉碎技术、激光切割等领域。确定微喷嘴基本参数后,根据可加工性要求,喷嘴选型和喷嘴扩张段长度直接影响到加工工艺难度,利用计算流体力学（computational fluid dynamics以下简称CFD）分析方法,对不同类型和不同扩张段长度的喷嘴进行流场仿真,确立了本研究微喷嘴的选型规则和最优扩张段长度。结果表明：二维轴对称喷嘴相比矩形截面喷嘴具有较大的出口速度,建议毫米级喷嘴选型时采用二维轴对称喷嘴;对不同扩张段长度的二维轴对称喷嘴的流场仿真分析,通过对比喷嘴出口中心速度、推力及效率,表明在本研究条件下扩张段长为3mm时是最优长度。CFD仿真分析方法可用于其它微型拉伐尔喷嘴的选型及扩张段长度的确定,研究有助于在保证喷嘴性能的前提下,降低喷嘴加工难度。     

基于LabVIEW的铁磁性材料无损检测系统开发

为实现对铁磁性材料早期损伤的检测,减少材料因隐藏性缺陷的存在而导致的严重事故,依据铁磁性材料的磁特性参数及其内部微观结构的紧密联系,开发了一种基于Lab VIEW的铁磁性材料损伤检测系统。根据麦克斯韦电磁场理论,得到磁场强度、磁感应强度与电压之间的关系式,完成了检测系统软件和硬件的开发。利用该系统对铁磁性材料进行了无损检测试验,试验与研究结果表明,所开发的检测系统能够检测出存在损伤的铁磁性材料。     

钛合金表面微结构激光加工及参数优化

针对钛合金种植体与人体组织的结合问题,提出利用激光加工方法在钛合金表面加工微结构,并对激光加工的参数进行优化。首先,对材料进行预处理;然后,分别改变电流和Q频率等参数,在钛合金表面进行激光加工试验,寻找一组能在材料表面加工出理想微凹坑形貌的参数,最后使用优化参数在钛合金表面加工微结构。结果表明:激光加工钛合金微结构阵列的最佳电流为13A,Q频率为3k Hz;采用优化后的激光加工参数可以得到形貌规则的微凹坑阵列。     

铣削系统稳定性判定新方法研究

提出一种简便、实用的铣削系统稳定性判定方法,此判定方法的摹本理论依据,一是铣削系统稳定性极限好的位置所对应的刀齿通过频率(主轴转速与刀齿数的乘积)等于系统的固有频率及其分、倍频;二是共振区的半带宽理论.方法的输入条件是系统的模态参数和部分切削参数,且需要现场进行简单的变切深试验,通过测试获得的响应信号判断系统的稳定性极限.此方法与以往的稳定性分析方法相比,具有简单、实用、可靠等优点,其判定准确性可以完全满足实际加工现场的需要.     

一种离线刀具寿命预测管理系统的开发

提出了一种离线的刀具寿命预测管理系统,该系统集刀具寿命预测-评价-管理三大功能于一体.以刀具后刀面磨损量作为刀具寿命磨钝标准,以扩展的泰勒刀具寿命公式为理论基础,考虑机床刚度、刀具几何参数、零件特征、切削参数等因素对刀具寿命的影响,建立了刀具寿命回归模型.运用方差分析方法,对刀具寿命预测模型的拟合精度、预测精度及输入变量的显著性进行了评价.刀具寿命管理模块既可以浏览、查询、编辑刀具寿命相关信息,还可以刀具寿命管理文件,向刀具寿命预测和评价模块提供基础数据.     

高速加工系统稳定性预测的关键技术研究

从连续切削、断续切削、薄壁件切削及铣刀螺旋角等方面阐述了高速加工系统稳定性的预测方法;对稳定性动态优化及颤振抑制方法进行了分析;并对高速加工系统中出现的各种振动频率进行了讨论.最后指出现在研究的不足和今后研究的主要方向.     

风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析

针对风电塔筒外壁面检修困难的问题,对当前风电塔筒检修的方式、缺陷、需求进行了分析,对现有爬壁机器人的机械结构、吸附方式、主要功能进行了归纳,提出了一种可适应曲面吸附爬行的新型机器人机构。该机构可辅助或替代人工进行风电塔筒的检修,具备两个旋转自由度,采用了一种新型永磁爬壁吸附结构,可稳定吸附于风电塔筒外壁面并在壁面移动;利用Solidworks、Maxwell等软件进行了爬壁机器人的结构建模及吸附机构的吸附力仿真;对爬壁机器人在不同的失稳条件下进行了受力分析,得到了所需吸附力数值;将吸附单元仿真结果与计算所需吸附力进行了比较。研究结果表明:该爬壁机器人吸附能力符合稳定吸附要求,可以稳定吸附于风电塔筒外壁面。     

基于纤维增强复合材料的超声振动辅助加工技术综述

纤维增强复合材料是一类使用范围不断扩大的具有优良机械性能的工程复合材料,但由于其具有各向异性及增强体纤维稳定的理化性能,使得传统金属加工方法很难对纤维增强复合材料进行高质量的加工,特别是对于以芳纶纤维等断裂伸长率较高的纤维为增强体的复合材料,存在较为严重的撕裂、毛刺和分层等加工缺陷。超声振动辅助加工是一种将超声振动附加在机械加工过程中的加工方式。超声振动的加入可使刀具与工件周期性接触,减小切削阻力,降低切削温度,可在一定程度上提高纤维增强复合材料加工的表面质量,减少加工缺陷。在介绍超声振动辅助技术的分类、系统组成和加工机理,及纤维复合材料表面质量、材料去除、加工机理和加工缺陷的基础上,从套料制孔、螺旋铣孔和轮廓铣削三类常见加工工艺方面,论述了针对纤维复合材料的超声振动辅助切削技术的国内外研究进展。基于纤维复合材料超声振动辅助切削技术的发展状况,从基础理论研究、材料表面改性和新加工工艺探索、超声振动加工系统的开发完善等方面,总结了现有研究和应用中的成果及普遍存在的问题,同时对未来研究的发展趋势做出了展望。     

水热温度和时间对3D打印Ti-6Al-4V植入体表面理化性能的影响

目的 研究在具有微纳米双级结构的3D打印钛合金植入体表面制备聚多巴胺涂层的最佳工艺及参数。方法 对酸蚀和阳极氧化处理后的3D打印Ti-6Al-4V样品进行水热处理,通过水热法将聚多巴胺添加到样品表面,并分析不同水热温度和时间的处理效果。使用扫描电子显微镜、三维共聚焦激光显微镜、X射线光电子能谱仪、接触角测量仪、电化学工作站对各组样品的表面形貌、粗糙度、元素组成、表面润湿性、耐腐蚀性等进行表征。结果 经过酸蚀和阳极氧化处理后,在3D打印钛合金植入体表面成功制备了微纳米双级结构,表面纳米管的管径为80 nm左右,水热处理后各组表面均可以观察到有涂层附着。样品表面元素分析结果表明,各组样品表面的N/C值均与理论值0.125接近,证明水热处理成功在微纳米结构表面添加了聚多巴胺涂层。随着水热处理温度的升高和时间的延长,纳米管的管径逐渐减小,由80 nm减小至40 nm左右。随着反应时间的延长,样品表面粗糙度逐渐降低,各组粗糙度均保持在4~5 μm,且接触角逐渐减小,酸蚀后的表面接触角为52.1°,阳极氧化后,接触角降低至42.9°。经过水热处理,各组接触角均小于35°,表现出较好的亲水性。相比于酸蚀组和阳极氧化组,水热处理后的各组的耐腐蚀性均得到增强。结论 在基本保留原有微纳米双级结构的前提下,37 ℃的反应温度和24 h的反应时间适用于聚多巴胺在钛合金植入体表面的沉积。研究结果为聚多巴胺在钛合金植入体表面自聚合的工艺参数优化提供了参考。     

基于样条函数的磁滞回线光顺处理研究

针对脉冲法在测量铁磁性材料应力状态时,磁滞回线存在奇异点的问题,提出了一种基于样条函数的磁滞回线光顺处理的方法。首先,通过分析脉冲法测量磁特性装置的组成和原理,建立了磁滞回线光顺处理的样条插值理论模型;然后,以LabVIEW软件为平台,编写了光顺处理程序模块,并嵌入了上位机后台程序;最后,对不同铁磁性材料的工件进行了对比试验,根据采集的数据,在上位机中绘制了相应的磁滞回线。试验及分析结果表明,经过样条插值处理后,该研发装置获得的磁滞回线可以在正、反向放电间隔区平滑过渡,实现了磁滞回线的光顺处理,从而为进一步研究铁磁性材料的磁特性参数奠定基础。