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。     

生物质热压成型温度场离散元模拟

温度是影响生物质致密成型过程及燃料成型品质的关键因素之一,针对其致密成型传热机理及能量转换过程,应用EDEM-API二次开发对致密成型过程中的温度变化规律进行研究。通过离散单元法仿真分析生物质模型瞬态温度场,探究致密成型过程中温升和传热特性的演化规律,同时,从生物质密度、粒径、各时间分布等方面分析热压成型过程中温度场的变化。结果表明:在相同条件下,随着生物质材料密度增加,传热效果越好;粒径的增加,导致热传递效果逐渐减弱,粒径为Φ0.5 mm的生物质温升最快;传热过程中,压缩阶段的温度变化较大,保压阶段的温度变化平缓,生物质外部颗粒温度呈现梯度递减趋势并向内部传递。     

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。     

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。     

沙柳和香菇菌渣混配成型过程中的力链演变

为了分析沙柳和香菇菌渣混配成型过程中的力链演变过程,在实际压缩试验的基础上,建立沙柳颗粒和混配料颗粒的离散元仿真模型。结果表明:沙柳颗粒和混配料颗粒在压缩过程中,轴向各层颗粒的最大平均压缩力差值分别为17.21和6.61 N,轴向上的强力链分布均经历了先由下向上再由上向下的传递过程。在压缩完成时刻,沙柳颗粒成型块内强接触分布从上至下逐渐减小,强接触占比为34.52%;混配料颗粒成型块内强接触分布均匀,强接触占比为36.14%;沙柳颗粒成型块和混配料颗成型块的轴向各层颗粒最大孔隙率差值分别为14.1%和6.36%。研究表明,沙柳和香菇菌渣混配成型改善了成型块内压力的传递,增加了颗粒与颗粒之间的接触面积,提高了成型块的强度和稳定性。     

纯钨异形制品空心阴极烧结工艺研究

分别选取8种不同形状的纯钨异形制品进行空心阴极烧结,研究了烧结工艺的可行性及基本规律。结果表明,所烧结的制品组织致密、表面光滑,密度可达17.9g/cm3以上;采用不同压制力、成型剂含量和不同的保压时间,烧结成品表现出不同的效果。其中,压制力和成型剂含量对样品致密度的影响较大,压制力越大,致密度越高,反之越低,其中100kN最佳;成型剂(石蜡与汽油的混合物)含量选择2%为最佳;保压时间对其影响较小。     

沙柳颗粒在不同破碎程度下致密成型的拱效应

生物质成型过程中大部分颗粒均处于高应力状态，导致颗粒发生部分破碎。颗粒破碎改变了整体颗粒的级配特性，对其宏微观力学特性有着显著的影响。为了优化生物质成型过程，需要建立微观与宏观之间的联系。通过PFC3D软件构建了单轴压缩模型，研究了生物质在不同破碎程度下的成型过程，探究了力链形成和拱效应对该过程的影响规律，并分析了成型过程中的应力-应变曲线、动能变化和力链网络，验证了颗粒破碎程度的增加可以从轴向上增加力链的数量，破碎程度越大拱形结构的破坏越多。明确了颗粒的破碎会对力链网络以及拱形结构的演变产生一定的影响。     

基于正交试验和多目标规划的微齿轮注塑成型数值模拟研究

对微齿轮注塑成型充填和保压过程进行了数值模拟,通过正交试验法和多目标规划法,讨论了模具温度、熔体温度、注射速度、保压压力和保压时间对微齿轮充填时间、收缩率和翘曲值的影响,利用单纯形法和MATLAB对多目标函数进行寻优,找到最佳工艺组合。结果表明,注射速度对充填时间的影响最大,模具温度对收缩率和翘曲值的贡献率最高。注射速度越大、模具温度越高,充填时间越短,但收缩率和翘曲值也越大。根据多目标规划法最优化计算,当模具温度、熔体温度、注射速度、保压压力和保压时间分别为100℃、240℃、1.4 mm3·s-1、84%、0.28 s时,充填时间最短,成型质量最高。热量损失和补缩率是影响充填时间和成型质量的主要原因。     

高光注射成型工艺中注射参数对空调面框缩痕指数的影响

针对网格形状的框行薄壁塑件容易出现缩痕的问题,开展了各成型工艺参数对缩痕指数的影响研究。首先构建空调面框的Mold Flow有限元分析模型,根据材料特性和成型要求,来探讨熔体温度、模具温度、保压压力、注射时间以及保压时间等注射工艺参数与空调面框缩痕指数之间的影响规律,这为实际过程中注射工艺参数设定提供依据。     

真空差压铸造工艺的凝固补缩特性与模型

对不同保压压力下真空差压铸造试样致密度进行分析,探讨真空差压铸造工艺的凝固补缩特性,建立凝固补缩过程的数学模型。结果表明：真空差压铸造工艺的凝固补缩速度和补缩能力主要取决于结晶凝固时保压压力的大小;对于晶间同一部位来说,保压压力越大,补缩速度和补缩能力越强,组织越致密;对于晶间不同部位来说,致密度成V形变化趋势,且随着保压压力的逐渐增大,致密度越来越均匀。     

基于DEM与MFBD双向耦合生物质成型模具疲劳寿命分析

根据环模成型机的实际攫取工况,考虑环模与压辊和物料间存在大量接触和碰撞的非线性力学行为,采用FFlex法建立柔性体动力学模型;建立环模成型机的DEM-MFBD双向耦合的模拟仿真模型,使结果更加接近实际情况。采用正交试验,分析环模转速、模辊间隙、颗粒粒径对颗粒所受压力的影响。结果表明：各因素对试验指标的影响按大小次序排列应当是最小模辊间隙、颗粒粒径、环模转速。分析不同参数对环模最大扭矩的影响,结果表明：环模转速在5～6 rad/s时,环模所受最大扭矩随着环模的转速增加而增加,而环模转速增加到6 rad/s后,环模所受最大扭矩随着环模转速的增加而减小;在颗粒粒径为2～2.4 mm时,随着颗粒粒径的增加,环模最大扭矩也不断增大。将EDEM-RecurDyn耦合得到的数据结果导入到Durability模块进行疲劳寿命分析,结果显示,环模比压辊更容易出现疲劳破坏。     

超音速火焰喷涂镍基涂层颗粒沉积特性的数值模拟

目的 考虑后续不同粒径颗粒随机冲击的影响,探索热喷涂涂层颗粒的沉积特性。方法 利用ABAQUS建立颗粒与基底冲击模型,通过颗粒冲击的凹坑深度和应力分布进行网格收敛性研究。通过实验验证模型的可行性。随后,应用验证模型研究颗粒以不同入射角和速度冲击基底时的沉积特性,以及4个颗粒重叠冲击基底及多颗粒随机冲击基底表面时的沉积特性。结果 在颗粒入射角从15°增至60°时,颗粒更好地附着于基底表面;当颗粒速度从350 m/s增至500 m/s时发生了溅射现象,可能造成绝热剪切失稳现象,形成有效结合;在4个颗粒冲击基底时,第2个颗粒对第1个颗粒及基底的影响都最明显;当多颗粒随机冲击基底时,在后续颗粒的冲击和沉积作用下,填充颗粒的形状不规则,同时第1层颗粒可能与基底形成机械咬合。结论 在超音速火焰喷涂时应当倾斜一定角度,同时提升颗粒速度,这对制备涂层更有利;在颗粒重叠冲击时,后续颗粒增大了第1个颗粒的压缩效果,且更深入地嵌入不锈钢基底,这有利于颗粒与颗粒之间的后续黏结;当多颗粒随机冲击基底时,在第1层沉积颗粒与基底之间,以及涂层内相邻颗粒之间均观察到高塑性应变,表明涂层出现黏结,同时后期沉积的颗粒未完整压缩变形。     

行波管零件挤压成形质量影响因素分析

以电子行业中铣床加工的行波管零件作为研究对象,其加工形状复杂、尺寸小、形位公差要求高、加工难度较大,生产成本较高。针对这些要求和问题,设计了两种冷挤压成形方案,并利用Deform软件对成形过程进行了数值模拟,依据仿真结果采用了有四周约束的凹模,同时分析了上模加载速度、摩擦系数和保压时间对最终产品质量的影响。最终以尺寸相对偏差为评价指标,通过正交实验得到了行波管零件挤压成形最佳工艺参数组合:上模加载速度为60 mm·s^-1、摩擦系数为0.08、保压时间为3 min。并据此参数进行实验验证,得到了成形效果良好的行波管零件。研究结果对类似产品在生产中的工艺改进具有一定的指导意义。     

应用CFD-DEM耦合模拟计算排泥管及法兰连接处固液两相流

对于管内固液两相流数值模拟,一般的做法是将固体颗粒相视为拟流体,采用多相流的CFD方法计算,这难以体现固体颗粒形状大小、碰撞、凝聚和分离等特性.选取常规的两段管径为0.7 m水平排泥管道和一个连接法兰段作为研究对象,运用CFD软件ANSYS-FLUENT模块与离散元软件EDEM耦合求解排泥管内及法兰连接处固液两相流.计算的来流速度为5.0 m/s,固体颗粒密度为1 300 ~2 300 kg/m3,固体颗粒入口体积率为10%~30%,粒径在20~60 mm范围内随机变化.因加工和安装的问题导致在管道法兰连接处存在凸出或凹进不平顺的情况.计算得到了在不同的法兰连接状况下的固液两相流场、固体颗粒轨迹和固相体积率分布等结果.     

A356铝合金轮毂半固态挤压铸造成形数值模拟

通过建立A356铝合金的半固态表观粘度模型,采用计算机模拟方法对A356铝合金轮毂半固态挤压铸造成形工艺进行了研究.通过分析挤压速度、半固态浆料充填温度及模具预热温度对铝合金轮毂半固态成形性能的影响,探讨了不同条件下的金属流动特点和温度分布规律.结果表明,对该尺寸铝合金轮毂的最佳成形工艺:半固态浆料充填温度为600℃,模具预热温度为300℃,挤压速度为5 mm/s,保压时间为25 s.     

Fabrication of SiC particle reinforced composite on aluminium surface by friction stir processing

Abstract

A feasibility investigation has been carried out of the formation of surface composite by uniformly distributing SiC particles 1˙25 µm in size into a surface layer of an A 1050-H24 Al plate through friction stir processing (FSP). The SiC particle was filled into a groove cut on the Al plate, covered by an Al sheet 2 mm thick, and a rotating tool was penetrated from the cover sheet so that the probe tip reached a depth beyond the groove bottom. The effects of process parameters (rotation speed and travelling speed) and applying multiple passes on the distribution of SiC particle in the nugget zone were investigated. The effects of groove size and its position relative to the tool probe were also investigated. Applying multiple passes had a great effect on the homogeneity of the SiC particle distribution. At rotation speeds of 2000–3000 rev min^?1, the SiC particles tended to cluster in some places in the nugget zone. By decreasing the rotation speed to 1000–1500 rev min^?1, the SiC particle was distributed in almost all the nugget zone area when the groove was 2–3 mm wide and 1˙5 mm deep. On the other hand, the stirring action of FSP was insufficient to distribute homogenously the SiC particles when the groove size was increased to 3×2 mm. By shifting the groove position towards the advancing side of the tool probe, the distribution of the SiC particles in the nugget zone became better. The defect free nugget zone with homogenously distributed SiC particles was obtained in a sample produced by FSP at rotation speeds of 1500 rev min^?1 for the first pass and 1250 rev min^?1 for the second and third passes. Microhardness of the nugget zone was increased to a level as high as 55 HV when the groove size was 3×1˙5 mm. The effect of the rotation speed on the particles dispersion was discussed with particular reference to the vertical material flow in the nugget zone.     

离心雾化等离子喷涂粒子的形成及其分布研究

介绍了离心雾化等离子喷涂技术的工作原理和喷涂粒子的雾化机理，分析了雾化粒子的形成过程。通过试验收集喷涂粒子，使用扫描电镜观察雾化粒子的表面形貌，统计分析了在不同转速的情况下粒子的粒度及其分布，并与理论计算值进行了比较。研究表明，离心雾化等离子喷涂中粒子球形度较好，随着电极转速的提高，粒子的粒度减小，和电弧喷涂的粒子相比，离心雾化等离子喷涂的粒子粒度较大，且分布较均匀。分析了粒子粒度及其分布的影响因素，结果表明粒子粒度与消耗电极的转速、半径、熔融液滴的密度成反比，与熔融液滴的表面张力成正比。     

铝、镁合金真空低压消失模壳型铸造的缺陷分析

分析了采用泡沫模用精密铸造制壳,并用真空低压浇注成形铝、镁合金铸件的典型缺陷(主要是浇不足和冷隔、孔洞及粘砂缺陷)的行貌特征和形成机理,并提出相应的防治措施。结果表明,浇不足和冷隔缺陷主要由金属液充型速度慢、充型动力不足、浇注温度低等原因造成;孔洞缺陷主要由金属液浇注速度过快、保压压力小或保压时间短,浇注温度高,浇注系统设计不合理及型壳透气性差等原因造成。粘砂缺陷主要由型壳强度低、充型压力和真空度过大、造型型砂粒径大和激冷效果差等原因所致。     

汽车前地板后本体复合模压成形工艺

针对汽车前地板后本体在线复合模压成形工艺,探究采用螺杆机混合浸润挤出的LFT-D高温坯料与单向碳纤维预浸料增强片的多元复合模压过程,通过正交实验法,研究复合模压成形的主要工艺参数(入模料温、模压压力、合模速度和保压时间等)对成形缺陷的影响,结合力学性能实验进行筛选,确定出了优化后的成形工艺组合参数为:单向碳纤维预浸料增...     

Effect of spray particle trajectory on the measurement signal of particle parameters based on thermal radiation

The influences of the dimensions of optical components and the trajectories of spray particles on the variations of the waveforms of the radiation signals from the spray particles were studied both theoretically and experimentally for correct simultaneous measurement of the particle parameters including particle velocity, surface temperature, size, and spatial distribution. Two types of filtering masks, including single-windowed and dual-windowed, were used as models in the current study. The evolution of the radiation pulse from a moving thermal spray particle was simulated through the change of the projected area of the particle image spot on the filtering mask window. The experimental detection of the thermal radiation pulses was performed for the high velocity oxygen fuel (HVOF) process using an optoelectronic measurement system. The theoretical simulation clearly showed that the characteristic waveforms of the thermal radiation signals from the spray particles are varied with the distance and orientation of the trajectories of thermal spray particles with respect to the ideal image plane of the filtering window plane. The typical variations of the characteristic waveforms obtained theoretically have been observed experimentally with HVOF spraying. The waveforms expected theoretically were correlated well with those observed experimentally. The characteristic waveforms of the radiation signals from the spray particles in a trapezoid shape with a saturated top platform contain the information for spray particle parameters including velocity, surface temperature, size, and spatial distribution. With the dual-windowed filtering mask, the particle velocity can be correctly measured with the bi-peak radiation signal in triangle-like shape, and the surface temperature may be estimated reasonably. However, the particle size cannot be estimated correctly. It was revealed that the characteristics of the waveforms were remarkably influenced by the image spot size. Therefore, the expansion of the image spot based on the relation between the image spot size of an in-flight particle and optical lens parameters obtained optically was discussed. The influence of the image spot size on the waveform characteristics was examined.