沙柳颗粒致密成型过程中的颗粒轨迹及能耗研究

为研究沙柳颗粒致密成型过程中颗粒运动轨迹及各因素对能耗的影响,利用离散元软件EDEM进行模拟分析。模拟沙柳颗粒致密成型过程,分析不同粒径颗粒的运动轨迹,并对比研究了粒径、颗粒形状和压缩速度这3种因素对能耗的影响。结果表明:大颗粒(Ф3. 2和Ф3. 0 mm)的运动轨迹在致密成型过程中呈准直线状,小颗粒(Ф1. 0和Ф0. 8 mm)的运动轨迹在致密成型前期呈准直线状,致密成型后期的运动轨迹发生波动旋转; 3种能耗影响因素中,颗粒形状对沙柳致密成型过程中的能耗影响最大,类球状颗粒成型效果最好,但消耗的能量最多;片状颗粒成型效果较差,但消耗的能量最少。粒径大小的影响较小,压缩速度对能耗的影响不显著。     

锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟

采用三维瞬态传热有限元方法,对13 t锻造钢锭和钢锭模在凝固过程中的温度场分布进行了数值计算及分析,探讨了钢锭内部凝固速度变化和钢锭模在凝固过程中的温度分布规律。分析结果表明,钢锭本体距离底部60%-70%的部位纵向凝固速度受横向凝固速度的影响而大大加速;凝固开始阶段,钢锭模内壁温升速度远大于模外壁,随后外壁温升速度迅速增大,随着钢锭凝固的进行,壁内外温差逐渐减小。本模拟可为优化钢锭模设计、提高钢锭质量提供依据。     

填充纯铝颗粒对热态粘性介质传热性能的影响

针对粘性介质温热成形过程中导热率低的问题,提出了在粘性介质中填充一定量的高导热率颗粒的方法来提高其导热率。以纯铝颗粒为研究对象,通过纯铝颗粒在粘性介质中的沉降试验、不同填充参数的粘性介质导热率测量试验及传热过程的有限元分析,确定了纯铝颗粒粒径大小和质量分数对粘性介质传热过程的影响。研究结果表明:由于纯铝颗粒密度大于粘性介质密度,纯铝颗粒在粘性介质中存在沉降现象,沉降速度随温度的升高和粒径的增大而增加;同时,随着纯铝颗粒粒径的增大和填充质量分数的增加,粘性介质的导热率增大,有利于外部热量向粘性介质内部的传递;一定温度条件下,选择合适粒径和填充质量分数的纯铝颗粒作为粘性介质的填充物,对粘性介质传热性能的改善效果较为明显。     

沙柳生物质颗粒致密成型特性的离散元仿真

应用离散元软件EDEM创建了长径比为5∶1的模具,对沙柳生物质燃料的成型进行了仿真研究,并对其成型特性进行了4因素3水平的正交分析,研究了颗粒形状、粒度、压缩速度及保压时间对颗粒致密成型的影响。以成型颗粒的粘结性、成型密度及成型能耗为评价指标,分别得出了各因素对其影响的主次关系;同时,采用综合分析法对成型条件进行了综合评价。结果发现:颗粒形状为类棱锥体,粒度为1~4 mm、压缩速度为60 mm·min^-1、保压时间为75 s时,沙柳生物质的成型特性最好。以上研究可为沙柳等沙生灌木类生物质燃料的实际致密成型生产过程提供数据参考与借鉴。     

WC/Co粉体粒径匹配与放电等离子烧结致密化

对放电等离子烧结(SPS)不同粒径匹配的WC/Co混合粉末的收缩过程进行了系统分析.结果表明,SPS烧结不同WC粒径混合粉末时,烧结体开始收缩温度、收缩速率峰值温度和致密化完成温度基本相同;对不同Co粒径混合粉末,三种温度随Co粉初始粒径的减小而降低,即SPS烧结过程与WC粒径无关而与Co粒径密切相关.SPS致密化过程中收缩速率随温度的变化、收缩速率与相对密度的关系均与常规烧结不同,其开始收缩温度和收缩速率峰值温度均较常规烧结低,同时收缩速率峰值处所对应的相对密度也较常规烧结低.这说明在常规烧结中粉末在大量液相出现(即收缩速率出现峰值时)之前已完成很大程度的收缩致密化,而SPS烧结中大量液相出现之前粉末的收缩致密化程度较低.     

SPS制备多级孔结构钨骨架压缩性能及致密化行为研究

以粒径分布为15～106μm多孔球形团聚W粉为原料,采用放电等离子体烧结(SPS)在不同烧结温度(1450、1500、1550℃),轴向恒压40 MPa,保温5 min下分别制备出高强度(347.8±10.6 MPa、407.4±14.2 MPa、543.9±8.7 MPa)、多级孔结构(3～10μm/200～500 nm)W骨架。结合XRD、SEM、万能试验机等检测技术,对SPS烧结过程中粉末致密化行为、显微组织变化及力学性能进行了系统研究。结果表明:SPS可制得烧结前后物相无明显变化、孔隙率介于30%～40%、烧结颈发育完全多级孔结构钨骨架。该多级孔W骨架SPS烧结致密化过程可分为4个阶段,第1阶段为升压阶段,烧结试样相对密度随压力升高而迅速升高;第2阶段为典型的颗粒重排阶段;第3阶段烧结温度高于1000℃,烧结试样相对密度随温度的升高而增加,属于典型的烧结中期;第4阶段为烧结末期,烧结体内部高温蠕变引起致密化程度进一步提高。利用高温蠕变模型研究了该多孔球形W粉的致密化机理为纯扩散致密化,通过颈长方程确定该多孔球形钨粉在整个SPS烧结过程中的致密化机理是以体积扩散为主,晶界扩散为辅。     

镁合金板材轧辊流体传热液固耦合传热模型的建立及数值模拟

针对目前镁合金板材轧制过程轧辊温度控制方式简易,精度差,易造成板材的板形、板厚及裂纹等缺陷,本文采用流体循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,且使用fluent软件对二者间的流固耦合传热过程进行了数值模拟,并进行了实验验证,给出了其传热过程中轧辊温度场的趋势和规律。结果表明：该方法加热轧辊时,其表面温度分布较均匀,边部与中间的温差最大为6℃,且流体温度与速度对其影响较小;在不同的流体温度和流体速度下,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及速度增大时,轧辊温升变快,且流体温度对轧辊温升的影响大于流体速度对其的影响;得出了在不同加热条件下,轧辊表面的温度值与时间的关系式;对轧辊停止加热后到轧辊表面开始温降有一段延续期,流体的温度越高,延长时间越长;轧辊温升阶段的模拟结果与实验结果相比,流体温度升高,其误差变大,轧辊温度升高,误差也变大,两者间最大误差为16.16%,总体结果较吻合,表明该模型可以正确表示流体加热轧辊的传热过程。     

全降解餐盒成型模具热分析与优化

针对生物质全降解餐盒成型模具在加热过程中模具温度不均问题,应用UG建立成型模具有限元热分析模型,采用ANSYS对成型模具的温度场分布进行分析。在热分析基础上,以成型模具工作面温度差最小为目标,通过改变加热板结构对成型模具进行优化,为成型模具的结构设计提供理论基础。     

镁合金板材轧辊流体传热液固耦合传热模型研究

针对目前镁合金板材轧制过程轧辊温度控制方式简易,精度差,易造成板材的板形、板厚及裂纹等缺陷,采用流体循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,且使用Fluent软件对二者间的流固耦合传热过程进行了数值模拟,并进行了实验验证,给出了其传热过程中轧辊温度场的趋势和规律。结果表明:该方法加热轧辊时,其表面温度分布较均匀,边部与中间的温差最大为6℃,且流体温度与速度对其影响较小;在不同的流体温度和流体速度下,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及速度增大时,轧辊温升变快,且流体温度对轧辊温升的影响大于流体速度对其的影响;得出了在不同加热条件下,轧辊表面的温度值与时间的关系式;对轧辊停止加热后到轧辊表面开始温降有一段延续期,流体的温度越高,延长时间越长;轧辊温升阶段的模拟结果与实验结果相比,流体温度升高,其误差变大,轧辊温度升高,误差也变大,两者间最大误差为16.16%,总体结果较吻合,表明该模型可以正确表示流体加热轧辊的传热过程。     

低温烧结制备NiCuZn铁氧体的微观结构与性能

利用低温烧结工艺合成了Ni Cu Zn铁氧体磁体,分析了工艺参数对微观结构及磁性能的影响。结果表明:成型压力大的铁氧体坯件在较低的烧结温度下就可达到较高的密度;而成型压力小的铁氧体坯件,则需要较高的烧结温度才能很好的致密化。在同一温度下烧结,随着保温时间的延长,烧结体的密度增加。随着成型压力的增加,烧结温度的升高和保温时间的延长,Ni Cu Zn铁氧体的气孔减少,密度增大,初始磁导率增大。     

铝铸锭凝固边界热交换规律及温度场模拟

研究铝铸锭凝固边界热交换的变化规律及数学模型,并对不同浇注温度下凝固过程的温度场进行模拟。利用实时数据采集系统获得凝固过程中铸锭和金属模温度变化历史数据,采用非线性反算法和一维传热差分法对试验数据处理,建立界面换热模型并将其应用于凝固温度场模拟中。结果表明：在铸锭表面凝固前后凝固界面热流密度可分段用指数函数来描述其变化规律,而所建立的热交换系数与边界温度的对应关系可更好地反映实际的传热情况。模拟结果与实验测温结果相符,验证了该铸件/铸型边界热交换规律的可靠性。     

沙柳颗粒致密成型过程中的颗粒运动及能量分析

为了研究沙柳致密成型过程中颗粒运动及能量变化的规律,运用离散元颗粒流软件PFC3D建立了长径比为5∶1的颗粒模型。按照应力-应变曲线的特点,将沙柳致密成型过程划分为3个阶段：松散阶段、压密阶段和塑性阶段,从3个阶段中各选取一个时间点,对颗粒速度变化、位移变化、受力分量的变化以及能量变化进行细致分析。结果表明：颗粒速度及位移变化的主要影响因素为压力,在压力传递过程中,颗粒间接触力和墙体的反作用力不断变化,沿X轴、Y轴方向的速度分量和位移分量渐渐增多;从松散阶段到压密阶段,颗粒位置重新排列,间隙不断改变,动能呈现波动性变化;在塑性阶段时,压力克服颗粒间作用力的最大值,颗粒变形产生塑性流动,间隙不断减小,动能逐渐增大。在整个压缩过程中,粘结能增长趋势放缓,其他耗散能所占的比重逐渐增加,为了减少能量的损耗,应把应变值控制在较小的范围内。     

冷轧带钢温度演变及影响因素研究

为了探究冷轧过程及轧制工艺参数对带钢温度的影响及演变规律,采用有限元方法对冷轧带钢进行建模,利用温度场反算的方法确定了带钢和轧辊间的传热热流密度,在此基础上通过改变模型参数对带钢温度场进行了模拟计算。结果表明,带钢温度在前4架轧制区呈阶梯式增长趋势,而在末机架出口呈下降趋势;此外,带钢出口温度随轧制速度、道次压下率、摩擦因数、变形抗力等的增加而升高。     

铝材铸轧过程中成型界面传热行为的仿真

在铝材铸轧过程中，材料凝固和冷却所释放的热量都要通过成型界面传导给辊套，并最终由辊套内部的冷却水带走。在分析铸轧过程中传热特点的基础上，建立了传热过程的基本方程与数学模型，并针对3种典型的铸轧工况进行了界面传热行为的仿真研究。结果表明：随着铸轧过程的进行，成型界面的温度差值和热流密度均显著减小，因此，热量传递主要在铸轧区的前半段进行；随着铸轧速度的提高，铸轧区内辊套表面的最高温度不断下降，导致成型界面上的温度差值不断增大，界面热流密度增大并趋于均匀，从而提高了界面的传热能力。     

SiCp/Al复合材料热轧过程的有限元模拟

运用热-力耦合有限元法对SiCp/2009Al复合材料进行了热轧模拟,研究了复杂应力状态下的轧制成型过程、温度场、变形场及应力场分布,得到了轧制过程中表面和中心区域的温度、应力、应变以及应变率的变化曲线,从而可以更好地理解复合材料的热轧机理.模拟结果表明:在轧制入口处,最大主应力由压应力向拉应力转变,与出口处变化规律相反.在轧制稳定阶段,变形区的最大主应力则以压应力为主;轧板表面的热传递温降效应远大于摩擦温升效应,而轧板中心温度主要由塑性变形温升效应控制;此外,在轧制入口和出口处,应变率对流动应力的贡献起主导作用;在轧板变形区,轧板表面的流变应力主要由应变和温度决定,但表面黏着区是由应变率控制;轧板中心的流动应力在变形区主要受温度影响.     

磁流变减振器的温度场分析

针对目前磁流变减振器的温度场研究较少且现有技术手段无法监测到减振器内部的温度分布,考虑温度对减振器性能的影响,对温度场的分析十分必要。理论分析得到温度对减振器阻尼力及可调系数的影响;考虑到流固传热及流场的相互耦合作用,分别建立流场及流固传热数学模型。在仿真软件中对减振器进行多物理场耦合建模,分析磁流变减振器的温度变化,得到其内部磁流变液的流动状态及变化规律。通过改变活塞头冲程和参数化扫描改变其阻尼间隙,获得不同条件下的温度场、流场分布状态。     

SMC模压成型热性能参数测定与温度场数值模拟

依据不饱和聚酯树脂(SMC)模压成型热分析理论,建立了模压成型温度场数学模型,通过差示扫描量热法(DSC)实验分析,确定了SMC的固化反应动力学参数。运用有限元分析与实验研究相结合的方法,研究了SMC模压成型过程中温度变化情况及温度场对模压成型的影响特点,对SMC模压成型工艺制度的确立提供了理论指导和依据。     

放电等离子烧结压力对超细WC-Co硬质合金性能的影响

通过分析放电等离子烧结致密化过程,确定了致密化温度;研究了SPS烧结过程中压力对WC-Co硬质合金致密化、显微组织及性能的影响。结果表明,放电等离子烧结粉末在1 130℃时,达到最大收缩率;烧结压力的增加,样品的致密度、硬度增加;断裂韧性的变化集中在11.5~12.1 MPa.m1/2之间,和硬度的变化呈现相反的趋势;烧结压力相对较小时,样品WC晶粒较粗大且不均匀;在40 MPa和55 MPa时,晶粒相对较小且分布均匀。要得到高性能、高致密度的样品,合理的烧结温度在1 200℃以上,烧结压力为40 MPa。     

沙柳细枝颗粒压缩成型过程中的模型研究

用内蒙古西部地区特有的沙柳材料进行闭式生物质压缩成型实验;由于沙柳颗粒等这类颗粒材料特有的离散性和非连续性,将这类颗粒物质归入软物质范畴,使用离散元软件EDEM进行仿真模拟,探究沙柳颗粒压缩成型过程,分析其在压缩成型过程中黏弹塑性力学变化,创建在进料预压、致密成型、应力松弛这3个阶段中力学模型或本构模型,采用1st Opt软件进行数值模拟,确定力学模型和本构模型中的未知参数;将离散元和有限元进行耦合,分析模具受力和变形。结果发现:通过显著性检验验证了使用离散单元法模拟生物质压缩成型具有准确性和可行性;通过1st Opt拟合数据后得到的相关系数表明其拟合程度较好,提出的力学模型和本构模型对部分成型机的设计参数提供理论基础。耦合仿真表明,应力和变形均沿模具轴线自上而下增大。     

Yx形液压密封圈温度场有限元分析

应用超弹性理论和传热学原理,分析橡胶密封圈摩擦生热和机械滞后生热的机制;采用有限元法对Yx形液压密封圈热结构耦合场进行模拟,得到密封圈的温度场分布,研究工作参数对温升的影响及规律。结果表明:摩擦生热主要使密封圈与活塞杆接触部分温度升高,机械滞后生热使密封圈中心部分温度较高,其温升明显高于摩擦引起的温升,两种热源作用下,密封圈有很高的温度场;对于相同橡胶材料,油压、相对滑动速度以及油温的增大,均使密封圈温升明显增加。因此工作中限制工作压力和相对滑动速度以及提供较好的散热条件,对降低密封圈温升、提高密封性能和使用寿命有利。所建立的模型为定量分析各类密封圈温度场提供了研究基础和方法。