冷喷涂工艺中射流过程的数值模拟研究

在冷喷涂材料表面改性技术研究中，喷嘴出口的超音速气流射流流场直接影响喷涂的效果和喷涂质量，故喷嘴出口后射流的流场数值计算分析非常重要。通过对数学模型的工程简化，完成气相射流流场的数值模拟，给出了可压缩气体压力、温度和速度分布，根据计算结果，完成对实验的优化设计。     

不同工艺参数下超音速等离子喷涂层界面结合行为及其分形特性∗

随着研究不断深入,分形几何可以用来描述涂层的表面形貌和复杂性,分形维数可实现形貌结构的定性描述向定量表征转变。为研究超音速等离子喷涂层界面结合行为与其分形维数之间的关系,采用对比试验研究喷涂距离、喷涂电流等工艺参数对涂层结合界面形貌和结合强度的影响,并引入分形理论对界面结合行为进行定量表征,进而探究结合界面形貌、结合强度、分形维数三者的对应关系。结果表明：相比于喷涂电流,喷涂距离对分形维数的影响更为显著。当喷涂距离为 80 mm 和 100 mm 时,随着喷涂电流从 400 A 增大到 500 A,分形维数呈先减小后增大趋势,最小为 1.115 0;当喷涂距离为 120 mm 时,粒子在等离子焰流中的飞行时间增长,随电流增大,涂层界面分形维数则先增大后减小。界面分形维数与涂层结合强度之间存在着正相关的对应关系。当分形维数在一定范围内呈增大趋势时,涂层 / 基体结合界面处孔隙减少、结合强度增大。 因此,涂层 / 基体结合行为的分形特性研究对评价涂层质量具有重要意义。     

聚酰亚胺复合材料等离子喷涂温度场数值模拟

利用等离子喷涂方法在聚酰亚胺基复合材料表面喷涂金属防护层,涂层材料分别采用Al、Cu、Zn和Ni.通过ANSYS软件进行了温度场数值模拟.研究包括采用不同涂层材料,基体温度在喷涂时(0～1 000s)随时间的变化、喷涂结束与结束1 000s时刻基体及涂层的温度分布.结果表明,Al和Zn涂层在喷涂过程中及喷涂结束后不会对耐热性差的树脂成分造成烧蚀,而Cu和Ni则会烧蚀基体.试验结果证实了数值模拟的预测.     

等离子喷涂过程基体温度场分布的数值模拟

等离子喷涂的热源温度高,涂层成形区域温度梯度大、热量累积快,涂层中常存在较大的残余应力。研究通过数值模拟并辅以必要的试验测试研究了等离子喷涂过程基体表面热量累积行为：建立了二维静态喷枪加热模型,研究了在不同喷涂距离时基体表面温度场分布规律;建立了移动热源加热模型,研究了在不同喷枪移动速度和扫描遍数时基体热量累积规律。结果表明：在静态喷枪加热作用下,基体温度场呈中间高两端低的对称分布状态;随着喷涂距离减小,基体表面最高温度与平均温度显著升高,温度梯度变化明显,高温区域半径显著增大。在动态喷枪加热过程中,基体左右边界热量累积现象明显,且喷枪移动速度越快,基体表面热量累积越少,温度分布梯度越小;随着喷枪扫描遍数的增加,基体中心区域温度呈波浪式上升,温度增长幅度逐渐变小。     

冷喷涂超音速自由射流流场数值分析

针对冷喷涂技术,喷管内部及出口后的超音速射流流场直接影响喷涂效果,所以对该流场进行研究十分重要.通过建立二维数学模型,采用有限体积法离散控制方程,用simple算法处理压力与速度之间的耦合,对可压缩气体超音速射流流场进行数值模拟分析.获得了气体压力、速度和温度等的分布,分析了激波对流场的影响.比较了不同的入口参数及激波的存在对流场产生的影响.在工程应用中,应该利用膨胀波引起的加速,减小甚至避免激波引起的减速.     

等离子喷涂陶瓷粒子加热加速行为的数值模拟

通过数值模拟研究了等离子喷涂陶瓷粒子的加热加速行为。用SprayWatch-2i粒子测速仪测定的典型工艺条件下等离子喷涂陶瓷粒子的状态参量进行验证,结果表明:测量结果与计算结果吻合较好。系统地研究了气体参数和粒子参数对粒子加热加速行为的影响,为提高等离子喷涂效率和获得高质量涂层提供理论依据。     

等离子喷涂陶瓷粒子加热加速行为的数值模拟

通过数值模拟研究了等离子喷涂陶瓷粒子的加热加速行为。用SprayWatch-2i粒子测速仪测定的典型工艺条件下等离子喷涂陶瓷粒子的状态参量进行验证，结果表明：测量结果与计算结果吻合较好。系统地研究了气体参数和粒子参数对粒子加热加速行为的影响，为提高等离子喷涂效率和获得高质量涂层提供理论依据。     

等离子喷涂双层热障涂层沉积过程的数值模拟

运用ANSYS1O.O有限元分析软件对等离子喷涂典型双层热障涂层沉积过程的温度和应力变化过程进行了数值模拟.结果表明,喷涂过程中,基体背面温度呈台阶状上升,涂层颗粒的温度大幅度周期波动,涂层颗粒的应力随之大幅度周期波动;喷涂结束后,涂层内的残余应力趋于稳定,x方向的最大拉应力存在于陶瓷层与粘结层结合面的边缘;最大y方向拉应力和层间应力都存在于陶瓷层和粘结层的结合面上.涂层的结合面边缘是应力集中部位,结合面的中部应力分布均匀.陶瓷层表面x方向的最大拉应力为423.7MPa.

Abstract：

Nmnerical simulation was performed by finite element analysis (FEA) to investigate the temperature and stress in a typical duplex thermal barrier coating. During the spraying process, the temperature of the back surface of substrate increases step by step, both the temperature and the stress of the coating fluctuate periodically within a wide range. After the deposition, the specimen was cooled to the room temperature slowly. The stresses become constant values, and the maximum radial tensile stress exists at the interface between the ceramic layer and the bonding layer, and the maximum axial and shear stresses exist at the interface, where is the concentrated stress area. The stresses of the middle interfaces are uniform. The maximum tensile stress on the ceramic layer surface is 423.7 MPa.     

等离子喷涂中纳米团聚体粉末温度场数值模拟

在纳米粒子排布方式理想化假设及热物性参数换算基础上,对纳米团聚体Al2O3-13%TiO2粉末等离子喷涂过程中的温度场进行数值模拟,分析粉末直径、喷涂距离及喷嘴出口处等离子焰流温度对粉末熔化状态的影响,并通过试验研究粉末在喷涂过程中的熔化特性.结果表明,要想获得适当且比较均匀的熔化状态,粉末粒度大小范围不宜分布过宽,同...     

钛合金放电等离子烧结温度分布和电流密度的数值模拟

根据焦耳定律和傅立叶定律建立钛合金放电等离子烧结过程中的热电耦合方程,利用有限元分析软件ANSYS对钛合金放电等离子烧结过程中的热电效应进行数值模拟,得到放电等离子烧结过程中的温度分布、温度梯度和电流密度.结果表明,加热速度对试样温度分布有显著影响,而随着试样尺寸的增大,影响减小.加热速度对温度梯度的影响不大,而试样尺寸对温度梯度的影响较大;在轴向,电流密度分布呈驼峰状,在细颈处达到最大值7.97 A/mm2.     

热处理过程数值模拟的研究现状和发展趋势

热处理过程的数值模拟是一个复杂的过程，其复杂性源于热处理过程本身受多场量的影响，对热处理过程数值模拟的基本原理、研究方法进行了总结，介绍了温度场、组织场、应力／应变场的数值计算方法，分析了国内外的研究现状、存在的问题，同时展望了该技术今后的发展趋势。     

移动热源作用下气中电火花线切割加工仿真分析

为了快速有效地提高气中电火花线切割加工Cr12MoV模具钢的表面质量,通过有限元法计算并分析了单脉冲气中火花放电条件下工件的温度场分布规律,获得了移动热源作用下工件表面电蚀坑形貌为半双椭球形,这与理想条件下电蚀坑形貌为半球形不同,进而探讨了移动热源作用下不同脉冲宽度对工件表面电蚀坑几何形貌的影响,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,修正后电蚀坑深度与工件表面最大粗糙度变化趋势基本相同且数值非常接近,并得出修正前后电蚀坑的长度、宽度及深度随着脉冲宽度的增加不断增大的规律,然而电蚀坑尺寸增加使得电蚀坑体积不断增大,从而提高了气中电火花线切割加工效率,但降低了工件的表面质量。     

基于移动高斯热源的平板对接焊缝数值模拟

平板对接焊接因其受力合理,得到广泛应用.依据叠加原理,采用运动高斯热源模型进行有限元分析,模拟X70管线钢焊接过程.平板对接焊缝焊接残余应力对称分布,焊缝及其附近区域为残余拉应力,最大残余应力接近于屈服应力,随着离焊缝距离的增加,拉应力急剧下降并转为压应力.焊接变形对称分布,最大值出现在过热区,整体变形较小.     

气淬过程中换热系数的数值模拟

为了研究淬火时流体与工件的对流换热,用计算流体的数值方法(CFD)对空气喷射平板探头的淬火传热过程做了模拟计算,得到了流体与平板探头之间的随平板温度和平板表面位置变化的换热系数,与试验结果比较吻合,应用模拟计算可简单准确地了解气体淬火传热过程,为制定气淬工艺提供参考依据,应该成为气淬过程重要的研究手段。     

压铸数值模拟及研究现状

压铸的计算机数值模拟技术在材料科学中起着重要作用。文章介绍了压铸数值模拟国内外的发展历程,以及压铸数值模拟的有限差分法、有限元法、边界元法和直接差分法等基本方法,叙述了近几年来国内外的研究成果,以及对压铸数值模拟的研究的展望。     

钛合金K-TIG深熔焊热源开发与数值仿真

K-TIG是在传统TIG焊基础上,将焊接电流提高到300 A甚至更高并配合钨极冷却系统形成“匙孔”效应,最终实现大熔深的焊接工艺方法。K-TIG焊缝熔宽相对于等离子和激光焊接等焊接方法较宽,熔池体积较大。传统的热源模型不适合K-TIG焊热源分布特点,基于SYSWELD仿真平台和钛合金K-TIG焊接实验结果,开发钛合金K-TIG深熔焊数值仿真组合热源模型。结果表明,双椭球热源分配系数取0.75,作用深度取4 mm时,仿真熔池与实际接头横截面相符,正面熔宽为12 mm,且背部熔宽为5 mm。温度热循环曲线和残余应力有限元仿真结果与实验结果基本一致,验证了所建立的K-TIG热源模型的准确性。     

V形面喷涂成膜数值模拟

目的 建立V形面喷涂成膜仿真模型,深入研究V形面喷涂成膜特性,为优化喷涂喷枪轨迹及获取理想涂膜提供理论支撑。方法 采用欧拉–欧拉方法建立包含喷雾流场模型和喷雾沉积模型的V形面喷涂成膜模型,结合动态自适应加密技术和SIMPLE算法,求解分析喷雾流场规律和涂膜厚度分布特性及形成机理,开展喷涂实验验证所建模型及成膜特性的正确性。结果 随着Z轴距离的增大,喷雾流场横向雾形由椭圆形变为长条状,纵向雾形在长轴方向上近壁面时与平面喷涂差别较大。相较平面喷涂,外壁喷涂喷雾覆盖范围广,内壁喷涂结果相反,且喷雾横向扩展程度与Z轴坐标值均呈线性关系。V形面内外壁喷涂涂膜均呈椭圆形,且膜厚均沿径向递减。外壁喷涂涂膜光环宽度最大,涂膜厚度值普遍低于平面喷涂;内壁喷涂涂膜光环宽度最窄,短轴方向涂膜厚度值普遍高于平面喷涂。随着V形面角度变大,涂膜中心厚度不断增加。涂膜厚度值在短轴方向均呈单峰分布,而在长轴方向上,外壁喷涂涂膜厚度均呈双峰分布,内壁喷涂涂膜厚度分布随角度变化有差异。结论 建立的喷涂成膜模型用于V形面喷涂成膜过程仿真是有效的,V形面较大地改变了喷涂过程中的喷雾流场特性和涂膜厚度分布特性。     

基于组合热源的X70管线焊接应力变形数值分析

采用SYSWELD模拟软件对X70管线焊接进行数值模拟,建立了体积组合热源分析模型,确定热物理参数变化规律,模拟计算出焊缝区焊接应力变形的分布规律,求得应力变形最危险位置,为探索管线焊接规律提供了有益的帮助。     

连铸结晶器数值模拟的研究现状与发展趋势

随着连铸产业的发展,连铸结晶器的设计与开发变得尤为重要,连铸结晶器数值模拟技术也越来越受到人们的重视.本文介绍了连铸结晶器数值模拟技术的发展历史以及现阶段的研究状况,并总结了现阶段结晶器数值模拟中的关键问题以及相应的处理方法,对结晶器数值模拟技术的发展趋势做了初步探讨.