光学玻璃离心熔铸过程中成型热历史对反射镜的影响

为了研究离心熔铸反射镜制造技术中热历史状态(成型温度及冷却速度)对成型效果的影响,采用有限元分析软件Abaqus对不同的成型温度及冷却速率进行仿真分析,确定成型温度为950℃、冷却速率为1℃/s时可以完成反射镜在模具中的充模和成型;之后进行离心熔铸试验并对成型结果进行测量。在冷却速度大于1℃/s时,反射镜由于冷却后局部残余应力过大,导致其发生碎裂。同时通过对仿真结果、理论计算结果以及试验结果的分析对比,得到反射镜边缘的轴向高度与理论值相差10.12 mm,具有较大的面型误差,产生面型误差的原因是由于在高温成型冷却后反射镜体积收缩导致面型发生变化。     

塑片气压热成型机矩阵式加热系统的热场分析

传统的塑片气压热成型机的加热系统通常中间温度最高,逐渐向两边降低,从而导致加热不均匀、产品成品率降低。通过有限元方法建立塑片气压热成型设备矩阵式加热系统的热场分布模型,并基于Ansys软件分别仿真了加热系统采用均匀加热输出功率和非均匀输出功率两种加热方式下的片材温度分布,发现采用非均匀加热模式时温度分布均匀,主加热区域温度基本为直线分布,变化范围不到5℃,效果要好于均匀加热模式。     

聚合物微结构热辅助超声波压印成形

提出了基于硅模具的热辅助超声波压印成形方法,用于高效率、高精度地复制热塑性聚合物微结构。该方法利用作用于聚合物基片与模具间的超声波振动,快速升高界面温度,以达到聚合物的成形温度。为了降低破坏模具的风险,将模具预热到低于玻璃点转化温度(Tg)以下35℃至50℃之后再施加超声波进行成形。最后,通过正交实验研究了超声振幅、超声波压力、超声波时间、热辅助温度以及聚合物基片厚度对压印结果的影响,揭示了超声波压印工艺的成形机理。实验结果表明,热辅助温度对压印影响最大,其次为超声波振幅,而超声波压力是影响复制均匀性的最重要的参数;薄的聚合物基片在同样的超声波参数和模具结构下更容易成形。通过优化参数,对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片的深度复制精度达到了99%,复制周期小于50s。研究表明,热辅助超声波压印成形效率高,是一种具有批量制造潜力的聚合物微结构成形方法。     

MOS型气体传感器加热板的结构优化

针对半导体金属氧化物(MOS)气体传感器功耗大的问题,对加热电极的线宽和间距做了优化,用有限元仿真软件COMSOL对加热板进行模拟分析,并对加热板温度进行测试。为进一步降低功耗,提高温度均匀性,提出在加热电极一侧添加一层电绝缘、热绝缘的包覆膜。对添加不同材料不同厚度包覆膜的加热板进行模拟分析,并用红外热像仪对加热板的温度分布进行测试。结果表明,添加包覆膜可降低功耗,提高温度均匀性,提高传感器响应速率,且包覆膜越薄越好。     

陶瓷微热板阵列式可燃气体传感器

设计了基于陶瓷基底的悬桥式微热板结构以解决硅微热板高温稳定性差的问题。分析了微热板的传热过程,并通过有限元工具对其稳态热响应特性及微加热器电极结构进行了模拟。采用常规微电子技术结合激光微加工技术,实际制作了基底厚度为100μm,桥宽度为2mm的微结构,并对结构的加热功率-温度关系进行了测试。结果表明:热板具有较好的高温稳定性,1.5W加热功率可使板上平均温度达到630℃。将桥式微热板作为阵列传感器的加热平台,Pd掺杂原子数百分比为0.2%和10%的SnO2纳米材料分别作为阵列中两只传感器的敏感膜材料,设计并制作了阵列式气体传感器。传感器在恒电压加热方式下可实现CO或CH4单一模式气体检测;阵列传感器在高、低温脉冲电压加热模式下可实现对CO和CH4两种混合气体的定量检测。     

96孔生化样品处理台的温度均匀设计与优化

设计优化96孔生化样品处理台加热板的物理结构和加热方式,使得生化样品处理台能够快速、均匀地在5分钟内被加热到100℃。利用三维软件建模、有限元分析仿真和实验相结合的方法,对加热板进行设计、仿真优化和实验验证。优化后的加热板在加热五分钟后,处理台样品的平均温度达到100℃,孔间最高温度差小于2℃。经过模拟优化后的、按特定空间分布的加热棒阵列来加热96孔生化样品处理台,能大大提高加热过程中96孔温度的均匀性,使之达到±1℃的要求。     

非道路四气门高压共轨柴油机缸盖机械负荷与热负荷分析

以非道路四气门增压中冷柴油机为研究对象,通过台架试验测试了不同工况下缸盖火力面温度场及冷却水套进出水口流量、温度等参数,建立了准确的整机有限元模型与冷却水套流动CFD模型,对冷却水套流场及缸盖热负荷进行仿真分析,优化了水套结构。仿真分析结果表明,缸盖的高温区域主要集中在各缸火力面区域,两排气门之间的鼻梁区热负荷较高,最高温度为337.5℃;由于流动不均匀,缸盖水套壁面的换热系数分布不均匀,差值为62 172 W/(m~2·K);缸盖预紧工况、热载荷工况、爆发工况下最大等效应力分别为242.72,301.25,300.43 MPa,最大应变分别为0.047,0.439,0.458mm,对缸盖强度与刚度影响最大的是所承受的热载荷;对缸盖水套结构进行优化,优化后换热系数均值由8 906 W/(m~2·K)升高到9 065 W/(m~2·K),且分布更加均匀,鼻梁区最高温度降低了9.12℃,各测点温度平均下降6～10℃;缸盖最大应力下降22.71 MPa,最大变形下降0.011 mm,优化效果显著。     

机载TFT-LCD加热系统的设计与分析

为了满足机载液晶显示器在低温环境下快速启动及正常显示的要求,对显示器进行了低温加热设计及仿真分析.首先,从理论上计算了LCD显示器所需的加热功率和加热器面电阻值.然后,建立了有限元分析模型,通过有限元分析对液晶显示器进行了低温加热仿真,得出了显示器屏组件的温度分布云图以及极值点的温度变化曲线.最后,分析了显示器温差产生的原因.结果表明,对于20.1 inch机载液晶显示器,在低温-40℃环境下,加热功率大于210 W才能保证显示器大部分区域在5 min内正常显示.     

海工八角形桩腿选区电磁感应模块式精确焊前预热方法的研究

桩腿是自升自航式风电安装船重要承载结构.在焊接预热过程中,海工八边形桩腿由于其结构的复杂性容易产生冷却速率不一致,从而导致焊接变形现象.提出八角形桩腿选区电磁感应焊前精确预热技术,并基于电磁-热耦合仿真方法研究模拟了恒电流、线性电流、优化线性电流3种不同的感应电流加载方式对温度场的影响.结果表明:不同的电流加载方式下,围板和导向板正反面温度场均不同.在导向板基底电流为165 A,围板基底电流为92 A,电流加载频率为10 kHz时,通过优化线性电流加载幅度,加热22 min时,在焊缝两侧75 mm范围内,正面温度为154.8～181℃,反面温度为150～180.6℃,围板在焊缝两侧100mm的范围内,正面温度为112.4～150.6℃,反面温度为106.2～151.2℃,桩腿围板和导向板正反两面温度均满足精确选区预热的温度场要求且较为均匀.该研究对后续八边形桩腿焊接制造工艺具有重要的理论指导价值.     

玻璃钢化冷却过程的建模与仿真

欲实现玻璃钢化的全过程实时性控制,须弄清其冷却过程中的温度分布。有限元模拟可利用材料热物性参数的变化,全面、准确地描述其温变过程。在玻璃钢化冷却过程温度场和边界条件的数学模型基础上,结合材料变温过程热物性参数的变化,利用ANSYS对钢化过程进行三维模拟,精确计算玻璃温度分布随时间变化情况。结果表明:在淬冷的前10s,玻璃板温度迅速下降到转变范围以下,中心部位最大温差为150℃左右;随后,玻璃内部热传导速率缓慢增加,内外部温差逐渐减小,与现场实际情况相符合。     

基于FDM的PEEK丝材挤出工艺研究

采用差示扫描量热仪对PEEK的熔点温度进行了测量,确定了挤出成型加热温度范围;用毛细管流变仪对PEEK的流变性进行表征,研究了该材料在剪切速率下的流动性,并获得剪切速率—黏度和剪切速率—剪切应力曲线,为后期挤出成型工艺提供了重要的参考数据;为了精确控制PEEK挤出成型过程中的线径,研究了单螺杆挤出成型机挤出成型过程中主要工艺参数对不同线径的影响规律。实验结果表明:进料区温度370℃,送料区温度372℃,挤料区温度368℃,螺杆速度11.3 mm/min,收卷速度20 mm/min,牵引速度2.6 mm/min时,线径可控制在(1.75±0.05)mm范围内。     

电热式变模温注塑模具热响应辅助分析程序开发

针对快速变模温注塑成型模具热响应分析复杂问题,对电热式变模温注塑模具热响应作了研究,采用随形加热系统设计方法,将复杂的电热式变模温注塑模具简化为单个加热细胞单元,以电热元件的规格和布局为设计变量,以加热时间和型腔表面温差为热响应指标,结合Matlab图形界面开发模块和ANSYS有限元分析软件,开发了基于加热细胞单元的电热式变模温注塑模具热响应辅助分析程序,并对其准确性做了验证分析。研究结果表明,该辅助分析程序可以较好地预测模具的加热效率和型腔表面温度均匀性,可为电热式变模温注塑模具的设计、分析一体化提供一条快捷和高效的途径。     

微压印聚合物微流控芯片的传热分析研究

微压印是制造聚合物微流控芯片的主要技术之一,其加工过程中的工艺参数对聚合物微流控芯片成型质量具有重要影响。在聚合物微流控芯片压印成型机理研究基础上,对其压印过程中的热传导进行分析,建立了多层材料一维热传导的模型,并用有限元法进行温度响应求解,进而可获得压印加热时间等工艺参数。     

三元锂电池模块热仿真风冷优化设计

模块风冷热设计的主要目的是控制温度上限并尽可能地提高各单体之间的温度均匀程度,延长循环使用寿命.本文使用模块热仿真分析模型对比计算了 2P10S三元高比能电池模块不同工况下的冷却效果:自然冷却工况下1C放电结束时刻温升约15.5℃,单体间最大温差在2℃以内;强制风冷工况下温升比自然冷却工况降低约3℃,但单体间最大温差扩大至5℃以上;并通过模块热仿真技术对2P10S三元高比能电池模块的强制风冷技术进行了优化设计研究,发现使用流速为0.5m/s、温度为环境温度的冷却空气就可以满足散热的需要,且有助于保持较好的电池单体间温度一致性.     

基于ANSYS的玻璃模压成型有限元分析

通过对模压成型的工艺过程进行分析,利用有限元软件ANSYS建立透镜的有限元模型,选择五单元广义Maxwell模型作为粘弹性模型,划分网格,设定热边界条件,进行模压成型的加热和加压过程的有限元仿真分析。通过仿真,重点研究了最小加热时间和压力的影响,以期对今后模压成型工艺的参数优化具有指导作用。     

高温变形对X70管线钢组织与性能的影响

采用热模拟技术模拟了X70管线钢感应加热弯管的制造过程,研究了不同变形加热温度、应变量和变形后冷却速率对X70管线钢组织与性能的影响。结果表明:高温变形可使X70管线钢的强韧性获得提高;变形加热温度小于1 050℃时可使X70钢获得较好的韧性;变形后冷却速率的增加使X70钢的韧性增加。     

AZ31镁合金方管挤压成型的数值模拟

基于AZ31镁合金热压缩真应力-真应变曲线,计算得到了流变应力方程,分析了合金压缩变形后的显微组织,并用HyperXtrude有限元分析软件对AZ31镁合金方管挤压成型进行了数值模拟,最后进行了试验验证。结果表明:AZ31镁合金的流变应力随变形温度的升高而减小,并在350℃以上较快达到稳态,易于加工成型;热压缩变形后合金中的孪晶组织随温度的升高有所减少,且晶粒不断长大,在高应变速率时由于动态再结晶不充分,晶界附近形成类似"项链"状的细小晶粒组织;有限元模拟分析发现方管角部金属流速低于中心位置,在HyperStudy中经工作带优化后流速分布均匀,采用优化设计的模具挤压生产出了合格的AZ31镁合金型材。     

VHS发电机转子热套控制技术研究

介绍了VHS发电机转子振动控制、转子热套工艺控制、转子热套施工程序等,通过分析VHS在溪洛渡8#机组转子磁轭热套采用加热片加温的方式,加热过程中通过监控温控柜温度,及时调整各加热片、加热板温度,控制转子升降温过程中的温度不大于10℃/h,各部位温差不大于20℃,保证了转子均匀膨胀和收缩,顺利加入预先计算好的紧量垫片,控制转子圆度在0.50~0.60 mm之间,满足了溪洛渡及国家标准。     

[动力电池]基于电-热耦合模型的锂离子电池组热管理系统设计与优化

针对电池组放电过程各部位生热不均匀现象,研究了其生热机理,建立电池电-热耦合模型,得到电池单体电流密度及生热速率在电芯上的分布规律。基于该生热规律模拟电池模组在不同放电倍率下的温升,根据电池模组的热物性参数及冷却要求(电池模组温度控制在25~40℃,温差小于5℃)计算冷却水流速,并设计相对应的水冷结构。对比研究不同放电倍率、不同厚度导热板的电池模组仿真结果,得到最优导热板厚度(0.5 mm)。最后根据仿真结果对水冷系统进行优化,进一步减小了电池模组的温差。     

22MnB5钢制轿车后桥横梁热冲压成形的有限元模拟

通过Deform有限元分析软件对3.8mm厚22MnB5钢制轿车后桥横梁的热冲压成形过程进行了模拟,分析了合模保压过程中板料的温度变化;对22MnB5钢制后桥横梁进行了热冲压成形试验,测试了热冲压过程中板料的温度变化,并与有限元模拟结果进行了对比分析,研究了成形后横梁的显微组织和硬度。结果表明:在热冲压成形过程中,合模保压后板料温度快速下降,冷却速率达到30℃·s-1以上,可实现22MnB5钢的淬火强化;试验测得热冲压成形过程中板料的温度变化曲线与模拟曲线一致,相对误差在10%以内,模拟结果较准确;热冲压成形件的最终显微组织为板条马氏体,显微硬度达到480HV以上。