吹气法制备泡沫铝的性能

基于吹气法制备A356基泡沫铝工艺,采用高速搅拌并分批连续加入粉末的方式,避免熔体中颗粒分布不均匀的问题;采用静置吹气头通入压缩空气发泡,通过设计和控制气路,制备出不同孔径、不同壁厚、稳定的泡沫铝.结果表明A356基泡沫铝是一种典型的塑性泡沫材料,泡孔呈十四面体形状,泡壁较薄,厚度小于150μm,可控的泡孔平均直径范围很宽,为10～25mm;泡沫铝在致密化阶段的塑性变形量可达70%以上;不作任何预处理的泡沫铝在高频率声波下的吸声系数可达0.9以上;在泡沫样品后设置0～70mm空腔,其在低频率声波下的吸声性能显著提高;所制备的泡沫铝具有较好的声学性能和力学性能.     

电磁轴承保护轴承在线衰退评估研究

保护轴承是电磁轴承结构的最后一道安全屏障。由于拆机检查成本较高,且因为保护轴承的特殊性,拆机后单独对保护轴承检查难以判断其还能否继续工作,迫切需要一种在线评估方法。本文首先开展电磁轴承高速跌落试验,直到某型号保护轴承完全失效。记录每次高速跌落前转子低速跌落过程中的位移数据。基于上述数据,分别应用多尺度排列熵、马氏距离、多尺度模糊熵等方法,研究保护轴承随着高速跌落次数增加的衰退规律。研究发现,应用多尺度模糊熵指标可反映多次高速跌落后保护轴承性能的衰退,实现对保护轴承性能在线评估。马氏距离指标也可用于辅助判断,但效果不如多尺度模糊熵方法。而多尺度排列熵指标不适合这一应用。     

电磁轴承冷却优化研究

随着大功率电磁轴承在工程中的广泛应用,其产生的能量损耗越来越大,加之电磁轴承内部结构紧凑,散热较为困难,对电磁轴承的冷却提出了更高要求,有必要对电磁轴承开展冷却优化研究.本文以冷却散热为目的,采用不同冷却方案对某工程项目所用电磁轴承进行了冷却优化,基于仿真计算的方式,对电磁轴承的温度场进行了仿真分析,并根据仿真与试验结...     

吹气法制备泡沫铝单炉发泡工艺中熔体剩余比例的预测

指出吹气法制备泡沫铝的单炉发泡工艺必定会有熔体剩余,并进行了实验验证。建立了单炉发泡工艺中颗粒含量和吹气深度的微分方程,其边界条件就是泡沫的稳定判据公式。对含公称直径9μm Al2O3颗粒的两个A356铝合金发泡过程进行了计算,并与实验值比较。结果表明:计算时,尽管由于将颗粒直径和吸附系数取为定值,使计算存在误差,但结论仍然合理可信;为减少单炉发泡过程的熔体剩余,应该提高颗粒含量和初始吹气深度,减小颗粒尺寸和临界覆盖率。     

气室体积和吹气口数量对泡沫铝孔径的影响

研究吹气法制备泡沫铝工艺中静态吹气装置的气室体积和吹气口数量对泡沫铝孔径的影响.归纳关于气室体积对产生气泡大小的影响,以及在中小流量下气泡大小的计算公式.结合吹气法制备泡沫铝工艺,使用可以调节气室体积的供气系统,发现减小吹气装置的气室体积可以有效减小泡沫铝孔径.根据试验数据提出适合吹气发泡工艺的修正系数,使其能够计算吹气法泡沫铝的孔径.研究发现对于相同气室体积的吹气装置,增加吹气孔数时泡沫铝的孔径减小.据此提出"有效气室体积"的概念,认为吹气头的表观气室体积除以有效吹气孔数才是发挥作用的有效气室体积.利用"有效气室体积"和孔径计算修正系数能够较好地预测泡沫铝的孔径.     

吹气法制备泡沫铝工艺中泡沫的稳定性判据

通过对吹气法制备泡沫铝工艺中泡沫稳定机制的分析,提出要想综合考虑颗粒数量和浸润性的影响,应该将气/液界面颗粒覆盖率作为泡沫的稳定判据.进行不同颗粒体积分数、不同颗粒尺寸和不同颗粒浸润性的临界稳定发泡试验,通过对各种条件下临界稳定泡壁界面颗粒覆盖率的观测,验证该判据的正确性.进而建立"临界气/液界面颗粒覆盖率模型",推导出陶瓷颗粒体积分数、吹气深度、颗粒直径、临界气/液界面覆盖率、气泡对颗粒的吸附系数、颗粒的浸润性等因素所要满足的关系式.从模型公式中得出,颗粒体积分数与吹气深度的乘积要大于一定的临界值泡沫才能稳定,该临界值由颗粒直径、临界气/液界面覆盖率、气泡对颗粒的吸附系数、颗粒的浸润性等因素决定,由此可以指导发泡工艺中主要参数的选择.     

滚动-滑动一体式辅助轴承初步仿真研究

辅助轴承主要用于电磁轴承失效时的临时辅助支承,滚动轴承和滑动轴承是常用的辅助轴承,但滚动轴承存在承载能力低,滑动轴承存在摩擦较大和难以控制发热等问题。通过总结新型辅助轴承的研究现状,提出一种新型滚动-滑动一体式辅助轴承设计方案,并利用有限元方法及分析软件LS-DYNA,对其承受冲击载荷及转子运行状态进行初步仿真研究。仿真结果表明:滚动滑动一体式辅助轴承相比普通滚动轴承能有效降低转子跌落期间高速转子对辅助轴承的冲击;在假设转子平衡状态下,初始转速对新型滚动滑动一体式辅助轴承跌落冲击力的影响不是很大,对跌落反弹高度影响较大;静摩擦因数对转子跌落运动状态和转子跌落最大冲击力影响较小。     

带缓冲垫圈的辅助轴承结构特性研究及应用仿真分析

辅助轴承主要用于承载高速跌落的转子,并在承受巨大冲击载荷时不会失效。为降低跌落时对辅助轴承的碰撞力,保护电磁轴承及转子系统,提出一种基于轴向缓冲垫圈的辅助轴承结构。结合清华大学核研院的10 MW高温气冷堆电磁轴承氦风机实验台架,基于有限元方法,对转子跌落时辅助轴承外圈添加和未加轴向缓冲垫圈时辅助轴承的结构特性以及受力情况进行仿真分析,得到碰撞力最大时刻结构的应力分布,从理论上验证了辅助轴承在跌落时的可靠性。结果表明：缓冲垫圈的加入可有效减小转子跌落对辅助轴承的碰撞力,对辅助轴承起到了一定的保护作用,为进行转子跌落实验及该结构的实际应用提供了重要参考。     

电磁轴承振动传递特性研究

通过有限元方法建立转子的仿真模型,结合电磁轴承动态模型获得整个电磁轴承支承转子闭环系统状态方程。基于该状态空间模型,计算转子受外扰力作用时轴承处力传递率频域响应、在外冲击力作用下位移响应及动态力响应,以此考察电磁轴承的振动传递特性,并与滚珠轴承进行对比。计算结果表明,电磁轴承的刚度阻尼等支承特性与滚珠轴承显著不同,其力的传递率频域响应较平缓,无滚珠轴承支承时某些频率附近的突出峰值。在冲击力作用下电磁轴承支承时,转子位移及动态轴承力振动均能较快恢复稳定状态,振动传递明显减小。     

吹气发泡工艺中Ca对颗粒分散和泡沫稳定性的影响

研究加入Ca元素对吹气法制备泡沫铝工艺中颗粒分散程度和泡沫稳定性的影响,考察加入质量分数为1%的Ca后A356铝合金熔体中陶瓷颗粒团聚尺寸、临界吹气深度、泡壁厚度和Al2O3颗粒在气泡界面处浸润角的变化。结果表明:加入Ca使熔体中颗粒团聚尺寸减小,令微小颗粒的分散变得容易,但使临界吹气深度增加,不利于泡沫的稳定;吹气法工艺中,Al2O3颗粒在气泡界面处的浸润角约为65°,小于理想值90°,加入Ca使颗粒的浸润性进一步远离理想值,因此,尽管加入Ca使颗粒团聚尺寸减小,但同时增大壁厚,泡沫的稳定性依然变差。