基于FLUENT模拟的熔融沉积快速成型喷头工艺参数研究

喷头是熔融沉积快速成型工艺最重要的部件之一。对喷头结构进行介绍,分析出喷头几种重要的工艺参数,进行有限元理论分析,建立喷头三维模型,用FLUENT软件对喷嘴直径为0.2、0.5、0.7 mm时的喷头结构进行分析。分析其温度场、速度场、压力场,找到不同送丝速度下的挤丝速度、压力损失、喷嘴处温度之间关系。仿真分析结果表明:在成型过程中选择合适的工艺参数,可以防止材料在喷头内堵塞,提高成形表面的表面品质。     

接触热阻对高速电主轴热态特性影响研究

为了研究接触热阻对电主轴热态特性的影响,建立考虑接触热阻的电主轴热模型。采用有限元方法对电主轴进行热-结构耦合分析,计算各结合面接触热阻,并利用仿真研究结合面接触热阻中粗糙度和接触压力对电主轴热态特性的影响。对电主轴的电机损耗发热和前后轴承摩擦生热进行计算。以100MD60Y4型号的电主轴为研究对象,通过三维有限元模型分析结合面接触热阻对电主轴热态特性影响,将有无接触热阻两种条件下温度场和热变形仿真结果与实验结果对比,结果表明考虑结合面接触热阻仿真内部温度场不均匀性增大、整体温度更高、热变形量更大,其仿真结果更接近实验值。     

机械主轴热特性分析

以机械主轴为研究对象,运用HyperMesh、Abaqus等有限元分析软件,研究了机械主轴的热特性。通过确定热分析的边界条件、计算皮带轮以及轴承的发热量,建立了机械主轴热力学有限元模型,并通过计算得到了其稳态热、温升变化以及温度场分布情况。结果表明:仿真计算得到的温度场与实验测得的温度分布数据基本吻合,因而采用有限元方法可以较准确预测机械主轴温度变化,皮带轮处的发热在机械主轴中是不能忽略的。而热变形分析显示机械主轴的变形较小,证明该机械主轴结构设计合理。     

基于有限元方法的环境温度对机床热变形的影响

以XK5034立式铣床为研究对象,通过ANSYS软件对其热特性进行了有限元分析,将分析得到的温度场与热成像仪实际测量的温度场进行验证,发现有限元分析的温度场与实际测量的基本吻合。在此基础上重点分析了主轴前端在不同转速和不同环境温度下的热变形,结果表明：随着主轴转速和环境温度的升高,主轴前端热变形增大;环境温度对主轴前端引起的变形在25℃出现拐点,当环境温度小于25℃,环境温度对主轴前端变形影响较小,当环境温度超过25℃,主轴前端热变形较大。     

打印喷头优化设计与喷嘴有限元仿真

简要介绍了以壳聚糖为基材的生物打印机整体结构,对该打印机的打印喷头进行结构设计。针对喷嘴内部壳聚糖溶液的流动特性,对4种常用喷嘴内的流道进行有限元仿真,选出一种具有最优内部结构的喷嘴。分析最优内部结构喷嘴,根据分析结果对最优内部结构喷嘴进行结构优化。对优化后的最优喷嘴进行有限元仿真。结果表明:优化后,减小了喷嘴内部的最大压力。该研究为改进基于壳聚糖的生物打印机的成型工艺提供了参考。     

加工中心滚珠丝杠对流换热系数的研究

采用热成像仪对VMC立式加工中心滚珠丝杠进给系统温度场进行测量,对丝杠温度数据进行指数函数拟合,根据能量守恒原理进行建模分析计算,获得滚珠丝杠的热边界条件;利用有限元分析软件Workbench对加工中心滚珠丝杠的温度变化规律进行分析,结果与实验数据进行对比,验证滚珠丝杠对流换热系数计算模型的正确性;并修正利用传统经验公式计算得到的对流换热系数,为立式加工中心的热分析提供参考。     

基于Fluent的FDM 3D打印机喷头分析与结构优化

针对熔融沉积型3D打印成型件容易出现产品精度比较差的问题,以喷头出口处流体速度为研究方向,建立喷头的流体分析有限元模型,设计田口方法,分析在加热腔长度、丝料过道长度、加热腔温度3个因素的水平组合条件下的流体速度;建立喷嘴三维模型,运用ANSYS Fluent软件对模型进行仿真分析,获得出口截面速度云图,分析出口截面速度方差,并对喷头进行结构优化设计。通过理论与实验相结合的方法,证实优化后的喷嘴有效提高了产品精度。实验结果表明:加热腔长度h_1=5 mm、丝料过道长度h_2=8 mm、加热腔温度T=240℃时,打印产品的精度最高,为喷头的结构优化提供了参考。     

滚动直线导轨温度场建模与分析北大核心

滚动直线导轨作为数控机床进给系统重要的功能部件,其热特性对数控机床的性能有重要影响。提出了一种导轨截面瞬态温度场理论模型建立、求解的方法,实现了对滚动直线导轨热特性的分析。首先,确定了滚动直线导轨的导热模型,基于有限差分法建立了导轨截面各节点离散方程组,建立了导轨截面瞬态热特性理论模型,求解获得了导轨截面瞬态温度场;其次,建立了导轨热特性仿真分析模型,获得导轨的稳态温度场;最后,进行了热特性实验,验证了所建立的理论和仿真分析模型。结果表明:稳态温度场理论模型和实验结果最大误差为7.25%,且瞬态温度场的变化趋势与实验结果一致,验证了温度场理论分析模型的正确性。有限元分析结果与实验测量的结果最大误差为6.22%,验证了热特性仿真分析的可靠性。     

龙门加工中心丝杠组件热态性能与温度场实验研究

龙门加工中心丝杠热变形是影响机床加工精度的重要因素。为减小丝杠热变形对机床加工精度的影响,以丝杠的实际工况为基础,建立了丝杠温度场及热-结构耦合分析模型,运用有限元分析法获得了丝杠表面的温度场分布及丝杠重力和进给方向的热变形规律。运用M7500红外摄像仪进行了丝杠温度场实验,验证了一定时间段内温度场分析的准确性,并结合实验对仿真参数进行修正,提高了温度场仿真分析的准确性,为丝杠进给过程中控制系统的热误差补偿和整机润滑散热系统的结构改进提供了理论依据。     

大型卧式加工中心动态与热态性能实验辨识

以机床整机及其关键部件的性能辨识为目标,以TH系列大型卧式加工中心作为分析对象,利用LMS振动分析平台,通过主轴系统模态实验、整机模态实验辨识机床的动态特性,找出了加工中心振动的三种主要振型和两种主要的振动成因;利用热成像仪和热态特性分析仪,通过加工中心立柱系统的温度场和热变形实验辨识机床的热态特性,得到了加工中心的温度分布和三个坐标方向上的热位移量,找出了主要热源、热汇和热流通路影响机床精度的方式,摸清了加工中心的动态和热态性能参数,找出了其薄弱环节,为通过结构优化和误差补偿等措施提高机床精度稳定性提供支撑。     

TC4钛合金电热拉伸变形行为有限元模拟

为研究拉伸速率和温度对TC4钛合金性能的影响,采用电-热-力完全耦合方法,运用林建国统一粘塑性本构模型,使用有限元分析软件ABAQUS,对不同温度和拉伸速率下的TC4钛合金电热拉伸过程进行模拟研究,并选取目标温度为750℃、拉伸速率为1 mm·min-1的这一组模拟结果与试验结果进行对比.对比结果显示:有限元模拟中通电...     

钢水连续测温传感器的热应力分析

采用有限元方法对钢水连续测温传感器进行了瞬态热分析,并通过比较温度场的仿真结果和直接测量值对有限元模型进行了验证。在此基础上,通过间接耦合法计算得到了传感器的动态应力场。结果表明,普通型和抗侵蚀型钢水连续测温传感器的高应力区位于传感器内腔距离底端250～450 mm区间,而快速响应型传感器的高应力区位于两种材料的接合部位。热应力最大值出现在插入钢水后40 s,普通型、抗侵蚀型和快速响应型传感器的最大热应力分别为3.2、3.4和6.0 MPa。     

八万吨模锻压机主缸焊接应力场有限元分析

针对八万吨模锻压机主缸焊接应力和变形难于精确控制的问题,建立了主缸焊接有限元模型,通过模拟计算和试验验证,得到了主缸焊接温度场、应力场和变形.结果表明,主缸焊接过程中焊缝温度最高,约为2 100℃,接头区域温度梯度最大.主缸焊后最大位移位于主缸顶部,位移量约为7.4 mm,焊缝区位移量较小.在焊接前应考虑对主缸底部和顶部进行约束,防止焊后产生较大变形.主缸焊缝区等效应力最大,约为470 MPa,热影响区应力次之,母材应力最小.在热处理前要注意接头上表面是否存在焊接裂纹等缺陷.以上结果为主缸实际焊接提供了计算数据参考.     

镁合金网格壁板压弯成形数值模拟及实验研究

为探索镁合金整体壁板压弯成形的可行性,以及镁合金壁板压弯成形过程中金属的流动规律,对AZ31镁合金网格壁板压弯成形进行了数值模拟和实验研究。建立了有限元数值模拟的几何模型,采用有限元计算软件对AZ31镁合金网格壁板压弯成形过程进行了数值模拟研究,分析了镁合金网格壁板压弯成形中的温度场、应变场、应力场、破坏系数等的分布规律。确定了合适的AZ31镁合金壁板压弯成形工艺参数,并对镁合金网格壁板压弯成形进行了实验研究,获得了合格的镁合金网格壁板弯曲件,并分析了镁合金网格壁板成形件尺寸精度,模拟结果与实验结果相吻合,最大相对误差为16.7%。     

CBGA不同尺寸焊点热循环载荷下应力应变的有限元模拟

采用ANSYS分析软件，将组件简化为二维模型的焊点应力应变有限元分析。通过研究三种BGA球（0．76mm、1．0mm、1．3mm）组件，利用有限元模拟CBGA（陶瓷球栅阵列）组件在热循环加载条件下其应力应变分布，并且计算了焊点的应力应变最大值，得出球径为0．76min的CBGA组件其可靠性最好，表明有限元方法可有效地用于研究微电子封装中各类焊点的可靠性。     

铝合金压铸件凝固过程中的瞬态温度场分析

建立了铝合金压铸件的有限元模型,确定了温度场模拟的初始条件和边界条件;结合材料的热物性,利用AN-SYS软件对A380.0铝合金压铸件凝固过程中的温度场进行了模拟,得到了铸件各点温度随时间变化的规律,模拟结果反映了铸造系统温度的变化过程。结果表明：利用ANSYS模拟温度场运算速度快、结果比较准确,为热应力分析提供了温度场条件,并给压铸优化设计提供了依据。     

压铸模镶块的热疲劳失效行为

对工作1200模次发生热疲劳失效的压铸模镶块进行失效机理分析,同时建立了压铸过程的热-力耦合数值分析模型,研究了镶块在压铸服役过程中温度场和应力场的演变规律,并对其寿命进行预测。结果表明,镶块的失效是由于压铸过程中受到高温铝熔液的冲刷和冷却液的急冷引起的热疲劳行为所致;在循环压铸过程中,镶块凸台转角处出现应力集中,最大等效应力约为788 MPa,热疲劳裂纹在该处萌生和扩展;采用低周疲劳寿命预测模型对镶块热疲劳寿命进行预测,镶块热疲劳寿命约为1651次,与镶块实际热疲劳寿命非常吻合,这表明本文建立的热-力耦合数值模型可为压铸模镶块的可靠性设计提供借鉴。     

GH4169合金连续驱动摩擦焊接过程三维数值模拟

在考虑摩擦面上环向摩擦力对摩擦焊接过程影响的基础上,建立了连续驱动摩擦焊接过程的三维刚塑性热力耦合有限元模型。计算了GH4169合金棒材连续驱动摩擦焊接过程中的瞬态温度场、应力场及变形场,预测了焊件轴向缩短量。采用热电偶测温技术对摩擦焊接头外表面焊接过程的温度变化进行了实时测量,并测量了飞边形状和轴向缩短量。结果表明,摩擦焊接头的温度场、飞边形状和轴向缩短量的计算结果和实验结果吻合较好。模型有助于制定合理的焊接工艺规范。     

基于热设计的立式数控铣床主轴箱多目标设计与研究

主轴箱作为主轴系统不可或缺的一部分,其热误差是影响数控机床加工精度的重要因素之一。以热设计为核心,通过结合田口法和有限元法,对主轴箱进行多目标优化设计与研究。搭建了主轴系统热态特性实验平台,以某机床厂的立式数控铣床为研究对象,获得其主轴系统的温度数据;根据实验测得的数据建立9组主轴箱优化模型;采用有限元法对温度-结构场耦合的9组模型进行仿真分析,得到各组模型的温度场分布云图和热变形分布云图,并进一步获得主轴箱结构优化结果和较优水平的主次因素参数组合。结果表明:对主轴箱热变形影响程度由高到低的因素为底板长度L、距离B、肋板宽度A、距离C;对主轴箱质量影响程度由高到低的因素为底板长度L、距离B、距离C、肋板宽度A。该研究为降低数控机床研发成本提供了参考。     

腹板换热系数对H型钢冷却后变形的影响

针对H型钢易出现上下翼缘内并外扩变形及腹板波浪、裂纹等缺陷的问题,通过H型钢的冷却实验和有限元模拟计算,分析了H型钢冷却后的表面温度场和不均匀变形的规律,研究了上下腹板部位的换热系数对温度场、等效应力场以及变形情况的影响,结果表明冷却后H型钢上下翼缘出现了“内并外扩”现象。运用ABAQUS有限元分析软件建立了二维H型钢冷却模型,通过实验获得了H型钢表面换热系数,并以此作为模拟的边界条件进行有限元模拟分析,得到了H型钢表面温度场;有限元模拟结果同样出现了H型钢上下翼缘“内并外扩”现象,与实验结果相吻合;改变上下腹板部位的换热系数进行有限元模拟,得到了腹板处换热系数对H型钢变形的影响规律,为控制H型钢冷却变形提供了理论基础。