离散相磨粒粒径对磨粒流研抛共轨管质量的影响

为研究磨粒粒径对磨粒流研抛质量的影响,以共轨管为研究对象,通过计算模拟不同磨粒粒径下磨粒流的状态,分别从流场动压力、速度场、磨粒的运动轨迹、湍流动能进行不同场的离散相分析。从数值分析可知,随着磨粒粒径增大,动压力、速度和湍流动能降低,磨削效果减弱。对经磨粒流研抛前后的共轨管工件进行了表面粗糙度和表面形貌的检测,测得磨粒流研抛前的表面粗糙度为3.401μm,研抛后的表面粗糙度为1.138μm,从而确认了磨粒流研抛具有内通道结构的工件的有效性,也证实了数值模拟的正确性,为磨粒流研抛技术的发展提供了理论支持。     

固液两相磨粒流研抛变口径管的数值模拟研究

为了探讨磨粒流对变口径类零件的抛光效果的影响,以变口径管零件为研究对象,选用固液两相磨粒流,对磨粒流抛光变口径管零件的加工过程进行数值模拟研究,分析了不同磨料浓度和不同入口压力条件下,变口径管零件内磨粒流的静态压力、动态压力、速度、湍流强度、湍流动能、湍流粘度的分布情况。通过对比分析,研究分析了磨粒流抛光变口径管零件的有效性,可为促进磨粒流超精密加工技术的不断改善提供理论依据,使工件疲劳强度得到改善,增强工件的可靠性,延长工件的使用寿命。     

固液两相磨料流的微小孔精密研抛行为

首先,采用计算流体动力学方法对固液两相磨料流精密研抛微小孔进行数值模拟,探讨了入口速度、磨料浓度、磨粒粒径对磨料流精密研抛行为的影响,分析发现入口速度是影响磨料流抛光效果的最主要因素。然后,为了更好地研究磨料流对微小孔的精密研抛行为,进行了正交试验验证。试验结果表明:经磨料流精密研抛后的小孔壁面粗糙度Ra由磨料流研抛前的1.044μm降低至研抛后的0.272μm,小孔壁面变得光滑均匀,获得了理想的小孔表面精度。通过正交试验极差分析和方差分析可知:影响磨料流精密研抛微小孔工件表面粗糙度的因素从高到低依次为:入口速度、磨料浓度和磨粒粒径。磨料流精密研抛技术可有效提高微小孔工件的内表面精度,通过磨料流与壁面的摩擦磨损作用可获得高质量的内表面。     

固液两相磨粒流研抛螺旋齿轮的数值模拟研究

为了探讨固液两相磨粒流研抛螺旋齿轮质量的影响,以螺旋齿轮为对象,进行数值模拟分析。通过分析可知:从轴向来看,在同一入口速度条件下,随流体不断流入,受曲面形状的影响,流道截面积不断变化,近壁面流体跟随曲面形状时刻做上下起伏、旋转运动,运动方向和流动状态不断变化,流体能量逐渐损失,抛光效果也随之减弱;从径向来看,流道越窄或流道曲面弯曲形状变化越均匀,流道截面积越均匀,磨粒流研抛工件表面质量均匀性越好。为促进固液磨粒流超精密加工技术的不断发展提供了技术支持。     

软金属球精密/超精密镜面抛光工艺

为了探究软金属球精密超精密加工的新途径,采用精密/超精密镜面抛光技术,对其进行镜面抛光实验.实验结果表明:研抛压力、抛光液的p H值、磨粒大小和研抛垫的厚度是影响表面加工质量的主要因素.当研抛压力在0.6~0.8 N/cm2、抛光液p H值为10、磨料粒度为W0.5、研抛垫厚度为2 mm时,抛光效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善表面加工质量,得到表面粗糙度Ra为0.039μm的已加工表面.     

软性磨粒流加工方法及近壁区域特性

为了解决模具细微结构化表面难以光整加工的问题,提出固 液两相软性磨粒流（SAF）无工具精密加工方法.通过为结构化表面配以约束模块,以构建磨粒流湍流流道,利用软性磨粒流与被加工表面的“无缝”接触特性及壁面效应,实现模具表面的无工具无死角光整加工.以Nikuradse实验方法为理论依据,分析软性磨粒流中固体相在近壁区的运动学和力学特性,得到适用于软性磨粒流加工的摩擦系数公式.采用标准k-ε模型和欧拉多相流模型对软性磨粒流进行数学描述;利用压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,对不同入口速度时流道内的固体相压力分布进行数值分析研究.数值模拟结果表明,软性磨粒流固体相的压力衰减程度与入口速度成反比,并且固体相在流道内的运动轨迹呈无序状态.利用动态分析三维显示系统对流道内的颗粒运动轨迹进行实验研究.结果显示,固体颗粒运动轨迹呈无序漩涡状,符合湍流形态的运动规律.搭建软性磨粒流加工平台并进行加工实验.实验结果表明,采用软性磨粒流的加工方法能够使工件表面粗糙度达到61.8 nm.     

基于水平集方法的软性磨粒两相流场特性分析

为了解决模具结构化表面精密加工(SAFM)过程中软性磨粒两相流场特性参数难以求解的问题,提出一种基于水平集法 (LSM)的磨粒流场特性分析方法. 基于LSM结构拓扑变换原理,结合流体体积模型(VOF)计算方法,建立面向软性磨粒两相流湍流流型分析的动力学模型. 通过高阶TVD Runge-Kutta、迎风格式以及高阶本质无振荡(ENO)方法分别对水平集时间项和空间项进行离散,且利用N-S方程和压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,实现软性磨粒两相流场的压力、速度等特性参数的求解. 以工程中常见的90°方形弯管为具体仿真实验对象,研究软性磨粒两相流流经管道过程中的速度场与压力场变化. 实验结果表明,数值计算结论与直管处速度场试验结果是一致的,验证了该方法的有效性,为软性磨粒流精密加工方面的研究提供了可靠的理论依据.     

基于多物理耦合场的固液两相磨粒流伺服阀阀芯喷嘴抛光研究

伺服阀阀芯喷嘴是伺服控制系统中的重要零部件,尤其是喷嘴小孔的表面质量会直接影响到整个伺服控制系统的进程,因此阀芯喷嘴要求很高的尺寸精度、形位精度以及表面粗糙度。为探讨磨粒流抛光伺服阀阀芯喷嘴的抛光效果,对磨粒流抛光阀芯喷嘴的加工过程进行数值模拟研究,分析了不同入口速度条件下阀芯喷嘴内磨粒流的动态压力、速度以及湍流动能的分布状况,研究分析了磨粒流抛光阀芯喷嘴的有效性,并对阀芯喷嘴的磨粒流抛光效果进行了预测。     

背压对磨粒流精密加工伺服阀壳体的数值模拟研究

为分析磨粒流加工时背压出口直径对工件表面质量的影响,以伺服阀壳体为研究对象,对固液两相磨粒流加工过程进行数值分析。通过分析不同背压出口直径条件下的动态压强和壁面剪切力发现,有背压时,磨粒流加工后表面均匀性有所提高;背压出口直径为2.3 mm时,动态压强和壁面剪切力的数值最小,此时得到的表面质量较差,加工效率较低;当背压出口直径为3.3 mm时,动态压强和壁面剪切力的数值最大,此时加工效率最高,表面质量最好,适用于伺服阀壳体的加工。     

介观尺度下磨料浓度对磨粒流加工质量的影响

选择介观尺度下的粒子作为研究对象,通过设定介观尺度下的磨粒和工件磨削参数,进行了不同磨料浓度对磨粒流加工质量影响的仿真分析和试验研究。从数值模拟和试验研究结果可知:随着磨料浓度的增大,动压力和湍流动能升高,磨削效果增强;试验后的工件经过变焦非接触三维形貌测量和扫描电镜测试也得到了相同的结论,即随着磨料浓度的增大,经过固液两相磨粒流加工后的工件表面粗糙度逐渐降低,小孔质量和工件的使用性能得到提升,工件表面质量提高。     

基于分子动力学的磨粒微切削单晶铁数值分析

为探讨磨粒流加工过程中工件材料去除机制,采用分子动力学方法模拟碳化硅颗粒微切削单晶铁的加工过程,研究磨粒微切削单晶铁过程中影响切削力变化的微观作用机制及切削力产生持续波动的原因,揭示磨粒微切削作用下工件材料发生物理变化的内在原因及磨粒对工件的做功规律。通过原子位移分析可知,磨粒微切削过程中材料的塑性变形主要是由晶格内滑移面上产生滑移区域从而形成位错,原子在切削力作用下沿位错线发生运动所导致,同时,探讨了原子的堆积现象及切屑形成机制。通过多面体模板匹配方法对微切削过程中工件原子排布情况进行了分析,探讨了工件材料内晶格结构的变化情况。本文研究可为磨粒流精密加工单晶铁工件材料提供理论基础和技术支持。     

光学玻璃表面液流悬浮研抛加工

在研究表面光整加工方法的基础上,提出了一种液流悬浮研抛加工的新工艺方法。研制了基于三坐标数控铣床的液流悬浮研抛试验系统,并对光学玻璃(K9)进行了液流悬浮研抛试验。对研抛过程进行了分析,探讨了脆性材料的去除机理,即在磨粒冲击和剪切作用下,工件表面是以冲击和剪切的塑性去除方式加工的。试验结果表明:利用液流悬浮SiC纳米磨料研抛的方法可以实现光学玻璃的纳米去除和超光滑表面加工。     

基于Fluent的边界层转捩仿真研究

基于Fluent软件,利用已有的RANS求解器,采用SST k-omega湍流模型,对Aerospatiale-A翼型流体绕流问题进行了数值模拟,分析了不同攻角下翼型流场的速度与压力分布云图,并在攻角为13.1°与13.3°条件下,将仿真计算结果与国外风洞实验数据进行了对比分析。结果显示,在该条件下,能够观测到边界层转捩现象,并且直接数值模拟结果与已有的风洞实验数据吻合,验证了仿真结果的可靠性。     

光学元件研磨加工裂纹形成过程数值模拟

针对传统有限元方法过度依赖于网格,计算时磨粒和工件接触区域的网格畸变严重,很难模拟脆性材料加工中材料内部裂纹的形成过程这一问题,利用光滑粒子流体动力学法建立单个磨粒切削加工过程的FE/SPH耦合有限元模型,对熔石英材料研磨过程进行数值模拟,为脆性材料切削过程的仿真提供了新途径.系统分析研磨加工中亚表层裂纹的形成过程以及切削参数对亚表层裂纹深度的影响规律.仿真结果表明:磨粒刚开始切入工件时材料处于弹/塑性变形阶段,随后在磨粒的挤压及撕扯作用下,材料内部产生大量微裂纹,微裂纹的合并、连通和扩展最终形成了平行于工件表面的横向裂纹和垂直于工件表面的纵向微裂纹,导致工件材料的脆性断裂去除.     

等离子割炬喷嘴热-流耦合分析及优化设计

等离子割炬工作原理复杂,喷嘴在冷却水温度场和流场耦合作用下工作,实物实验难度较大,文章采用CFD软件针对两种割炬喷嘴进行数值模拟,分析在不同冷却水流速度下的温度云图和温度曲线图,确定喷嘴结构,给出建议冷却水流速度.     

密度脉动影响湍流燃烧的修正模型

为了全面数学描述湍流各物理量的脉动对气体湍流燃烧的影响 在仅考虑温度、浓度脉动的二阶矩封闭模型(SOM)基础上,用密度脉动作用于Arrehenius公式的后处理方法,研究密度脉动对气体湍流燃烧和NOx湍流生成有限反应速率的影响.给出密度脉动的概念和数学表达式,建立全面考虑温度、浓度和密度脉动影响的湍流反应流的二阶矩封闭修正模型.为更精确地数值模拟湍流耦合反应流中的湍流燃烧快速反应和NOx生成的缓慢反应奠定了基础.分析结果表明,修正模型具有封闭性、合理性和经济性.     

金刚石线锯超声振动加工运动学分析

通过理论推导得出了金刚石线锯加工过程的运动方程、速度方程和加速度方程.由运动合成定理及MATLAB仿真分析了线锯上单颗金刚石磨粒的切削状态和运动轨迹,建立了单颗金刚石磨粒与工件的接触模型.指出金刚石线锯超声振动加工具有材料去除率高,表面质量好,可延长工具寿命的特点.     

往复振动碳化硅工件/铸铁抛光盘接触温度仿真

水平往复振动辅助抛光可提高材料去除效率。为了揭示振动辅助抛光对研抛效率的摩擦温度效应,依据传热学的相关理论,采用Comsol软件对往复振动条件下的碳化硅工件与铸铁抛光盘摩擦副的界面温度分布进行瞬态仿真分析。结合参数化扫描的方法,研究了不同工况条件,如水平振动频率、振幅、正压力等因素,对试件表面参考点和参考线温度的影响规律,以期获得最佳的振动辅助研抛工况条件。仿真分析结果表明:在水平往复振动抛光过程中,碳化硅工件的最高温度随着振动频率的增加呈现先升高再降低、而后继续升高的趋势;工件的最高温度随着振幅和载荷的增加呈现线性升高的趋势。     

碳化硅超声-电化学机械抛光试验研究

为探究超硬脆碳化硅(Si C)材料的高效研抛方法,分别应用铸铁抛光盘、聚氨酯抛光盘、半固结磨粒抛光盘在自来水、KOH溶液、芬顿反应液3种研抛液中通过控制变量法对Si C进行了超声-电化学机械研抛试验,得到以试件材料去除率和表面质量为评价指标的优化抛光工艺参数.试验结果表明:使用铸铁抛光盘时材料去除率高,但表面质量差;使用半固结磨粒抛光盘时表面质量最好,但材料去除率低;芬顿反应液对提高试件的材料去除率效果最好;在试件与抛光盘之间的电压为+10 V时,试件的材料去除率最高,比无电压时提高了55.1%;当试件保持环施加超声振动后,比无超声时材料去除率提高了91.7%,可见超声振动对Si C试件抛光起主要作用.     

椭圆翅片管对风洞气流湍流特性影响研究

针对风洞中应用的某型椭圆翅片管热交换器,开展了换热管束对气流扰动特性仿真研究。首先利用试验结果验证了数值方法的可靠性,然后通过数值仿真着重对比分析了不同来流条件下热交换器下游湍流发展变化特性,并对管排数目和翅片间距对热交换器下游气流扰动和流场分布的影响展开了研究。结果表明:热交换器换热管束对上游不均匀来流有较强的整流作用,可使流动分布趋向均匀;热交换器后气流的湍流强度受来流条件影响不大,主要取决于换热管束本身的结构参数;热交换器后气流湍流强度在入口流体流动方向上很快衰减,该型热交换器在入口下游600 mm处湍流强度即可减小到7.5%,与试验测试值吻合较好。