辊式涂布两辊间隙施涂过程的数值计算分析

目的系统地计算涂层厚度与两辊间隙、涂布辊速度以及胶黏剂的流体稠度和流动指数等影响因子的关系。方法在分析该复杂流动机理的基础上,利用CFD软件对具有非牛顿流体特性胶黏剂的两辊间隙施涂过程进行二维数值模拟。结果在五辊无溶剂涂布工程中,两辊间隙增大,最终涂布厚度也明显增大;增大涂布辊转速,涂布厚度也将减小;胶黏剂的流体稠度越大,最终传递到基材上的涂层厚度减小。结论两辊间隙的大小对涂层厚度的影响最大,胶黏剂的流体稠度、流动指数也对涂层厚度有较大的影响。     

粉末高速压制成形密度分布的数值模拟及影响因素分析

将研究不连续体力学行为的离散单元法应用于粉末高速压制致密化过程的研究,将粉末视为黏弹性的离散颗粒,建立粉末高速压制过程颗粒接触模型及每个颗粒的基本运动方程,推导了力与位移表达的粉末高速压制黏弹性本构关系。基于PFC软件实现了铁粉高速压制过程中粉末颗粒二维流动情况及压坯密度分布的数值模拟,模拟结果的密度分布规律与实际压制的密度分布规律较为一致;利用数值模拟结果对影响压坯密度分布的摩擦因数、高径比、双向压制因素进行了具体分析。     

考虑频变阻尼的黏弹性阻尼层板结构模态分析方法

结构动力中的模态分析可归结为数学上矩阵特征值问题的求解。研究了一种求解有限元非线性特征值问题的数值方法,即RSRR,该方法通过对系统矩阵逆矩阵的采样,构造可靠的特征空间用于非线性特征值问题的求解,比现有基于围道积分的非线性特征值解法稳定性更好、精度更高。采用基于Layerwise离散层理论的Layerwise板单元建立黏弹性阻尼结构有限元模型比混合单元建模方法简单方便,结合Layerwise板单元建模方法,将RSRR拓展应用于黏弹性阻尼结构的模态分析,算例结果表明RSRR求解精度高、稳定性好,是黏弹性阻尼结构模态分析的有效数值方法。     

新型自复位黏弹性阻尼支撑力学性能研究

提出了一种新型的自复位黏弹性阻尼支撑(self-centering viscoelastic damping brace,SCVEDB),该支撑利用形状记忆合金的拉伸变形和黏弹性材料的剪切变形共同耗散能量,同时利用形状记忆合金的超弹性特性复位。设计和加工了SCVEDB最基本的模型,对该支撑试件进行了循环往复荷载作用下的力学性能试验,研究了位移幅值、加载速率、SMA丝数量、黏弹性材料的厚度对其性能的影响,同时通过割线刚度、耗散能量、等效阻尼比、自复位比4个参数量化分析了SCVEDB的力学性能。对SMA丝进行了循环拉伸试验,利用OpenSees平台建立了SMA的材料本构数值模型,然后将其与模拟黏弹性材料的Bouc-Wen模型并联,建立了该支撑的力学模型,进而模拟了支撑的力学性能,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

轮胎胎面胶料共挤出过程的数值模拟

以某复合胎面胶料(TWR/FB)的共挤出过程为研究对象,利用Polyflow软件,采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构模型和Navier滑移模型对2种胶料熔体在口模内外的流动进行了三维数值模拟,并将模拟得到的挤出断面和试验挤出断面进行了对比分析。同时分析了牵引速度和预口型板的收敛角对共挤出的影响,结果表明,牵引速度对胶料离开口模后的形状和面积胀大比的影响显著,但对胶料在口模内部的流动状态影响不大;适当地增加预口型板收敛角可以增强胶料在口模内的流动性,提高挤出制品的质量。     

轮胎胎面胶料共挤出成型的有限元仿真研究

以胎面胶料复合挤出过程为研究对象,采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构模型和Navier滑移模型对胎面胶/下胎面胶(TWS/FB)的共挤出过程做了三维数值模拟,分析了流道长度对胶料共挤出质量的影响。结果表明:当两熔体的入口体积流率一致时,黏度差异是导致两种熔体的熔体界面向高黏度熔体偏转的主要原因之一。适当增加流道的长度,可以减小胶料出口处的速度场、剪切速率场的集中程度并使之趋于均匀,能够有效降低挤出胀大和模外熔体偏转流动现象。     

固体推进剂药浆收缩流动数值模拟与实验验证

利用Phan Thien-Tanner(PTT)黏弹本构模型,通过CFD黏弹性流体软件Ansys-Polyflow对固体推进剂药浆4∶1收缩流进行数值仿真模拟,研究了固体推进剂药浆在不同松弛时间,流道收缩口处的等值线流体形态、流动速度、法向应力效应等特性。研究表明,随着松弛时间延长,流体的韦森堡效应逐渐增大,在收缩流道入口的角落处产生涡流或二次流现象越明显;在收缩流道入口处,由于流动面积减小,为保证流体质量守恒,流体沿着中心轴流动方向加速,且速度梯度方向与流体的流动方向一致,即中心轴处产生了大应变速率的拉伸流动,远离中心轴靠近壁面处流动以剪切流动为主。     

92负刚度蜂窝结构压缩性能分析

为准确开展以黏弹性材料为载体的负刚度蜂窝结构数值模拟研究,提出一种基于黏弹性广义Maxwell模型的负刚度蜂窝结构压缩性能数值模拟法。进行了尼龙12的动态机械分析(DMA)测试,基于广义Maxwell模型拟合实测动态模量数据,得到反映尼龙12动态黏弹性的无量纲模量g_i和松弛时间τ_i。建立了负刚度蜂窝结构的有限元模型,基于实测的动态黏弹性参数,进行压缩性能的数值模拟研究,并同压缩试验结果进行比较,验证了数值模拟的准确性,利用数值模拟研究几何参数对结构压缩性能的影响规律。结果表明,基于黏弹性广义Maxwell模型的负刚度蜂窝结构数值模拟分析法可较准确模拟结构的压缩性能,为预测负刚度蜂窝结构的力学性能提供帮助。     

带挠性附件卫星刚柔耦合姿态动力学建模与仿真

研究了带挠性附件卫星姿态运动与附件弹性变形运动之间的耦合效应.在计及挠性附件变形位移场耦合作用的基础上,利用假设模态,采用Kane方法建立了卫星刚柔耦合姿态动力学一次近似模型.通过数值仿真,表明了本文模型比传统零次近似模型更能准确的预测星体的姿态运动和挠性体的动力学行为.     

复合共挤成型中挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构方程,建立了矩形截面共挤口模内外两种聚合物熔体流动的三维粘弹数值模型,有限元模拟了聚丙烯/聚苯乙烯(PP/PS)共挤过程中的挤出胀大现象,并用实验验证了模拟结果。研究表明:当入口体积流量相同时,两熔体挤出口模后会朝向黏度较高的PS熔体一侧偏转,型材截面呈非对称畸变。两熔体在垂直挤出方向上的速度分布导致了挤出胀大过程中熔体的偏转流动,而口模出口处的剪切速率分布基本决定了共挤型材截面的形状。实验结果与模拟结果基本相符,模拟所得挤出胀大率比实际值大8.6%。等温假设是影响共挤出胀大数值模拟准确度的主要因素。     

五辊无溶剂涂布涂层厚度数学模型与影响因子分析

目的研究如何实现高效的无溶剂涂布,获得稳定的预定厚度涂层。方法在建立两辊间隙间涂布液流动数学模型的基础上,从涂布液辊间间隙分流分配关系和总结构内涂布液流量平衡两方面,分析无溶剂五辊顺转涂布系统涂布厚度的影响因素。结果转移钢辊和涂布钢辊的速比,计量辊和转移钢辊之间的间隙以及橡胶转移辊的压力等是对涂层厚度有直接影响的因子,毛细准数是涂层竖条道缺陷的主要影响因子,而涂布液的非牛顿特性会加重竖条道缺陷。结论设计无溶剂五辊顺转涂布系统时,需要综合考虑辊的直径、施加给橡胶辊载荷大小的范围、橡胶辊的硬度、适用涂布液的粘度范围和速度极限等因素。     

基于图文分布的卷筒纸胶印机着墨率的研究

针对印版图文覆盖率对墨层厚度及着墨率的影响进行了研究.建立了油墨转移模型、印版图文覆盖率与墨层厚度及着墨率关系的数学模型.在油墨转移率等于0.5的条件下,通过对输墨系统的离散化处理,实现了连续的输墨系统的计算机仿真分析.计算结果表明,同一输墨系统的墨层厚度与着墨率在稳定状态下并不是固定不变的,它们与印版图文覆盖率密切相关.同时,墨辊上墨层厚度及着墨率的变化与输墨系统的墨辊数量及排列方式均存在一定关系.     

牛顿流体两辊间隙施涂过程的理论建模与分析

目的通过理论建模分析涂膜厚度的成型机理,从而实现对涂膜厚度的精确控制。方法针对牛顿流体在五辊涂布系统存胶辊与计量辊之间微间隙处的流动过程,在机理分析与适当假设的基础上,建立流体流动的数学模型,推导出涂膜厚度与其影响因子之间的关系方程,并分析影响液膜厚度的关键因子。应用CFD软件对流体的流动过程进行数值仿真,通过仿真流场对理论模型与理论推导的边界条件及结果的合理性进行分析。结果表明理论模型与仿真流场一致,理论结果与仿真结果吻合度较高,该理论建模具有相当的合理性。理论结果表明,影响涂膜厚度的因素有涂液粘度和表面张力、计量辊转速、辊径以及辊间间隙,它们与涂膜厚度之间存在较复杂的关系方程。结论有助于在工程实际中快速找到获得理想涂膜厚度的有效工艺参数。     

高温合金薄壁W截面密封环滚压成形壁厚变化研究

目的研究滚压成形过程中环件壁厚的变化规律。方法基于ABAQUS/Explicit平台建立了GH4169薄壁W截面密封环多道次滚压成形三维弹塑性有限元模型,分析了滚压成形过程中环件壁厚沿周向及轴向的变化情况以及工艺参数对环件壁厚变化的影响规律。在此基础上,进行与模拟条件一致的试验研究,并与模拟结果进行了对比分析。结果滚压成形过程,环件壁厚沿周向分布均匀而沿轴向分布不均匀;随着变形量增大,减薄带宽度增大;进给辊进给速度增大,环件壁厚不均匀性加剧;随着驱动辊转速、进给辊与环件间摩擦因数的增大,环件壁厚减薄呈减小趋势。结论环件滚压成形过程中,应合理分配各道次变形量,适宜的工艺参数为:驱动辊转速为2 rad/s,进给速度为0.2 mm/s,摩擦因数为0.1。     

带横向内筋张紧轮旋压成形分析

目的解决某型号带横向内筋张紧轮旋压成形困难的问题。方法运用有限元模拟软件,建立了张紧轮的有限元模型,选取了不同的坯料壁厚和旋轮圆角半径,对张紧轮旋压成形过程进行了数值模拟。结果获得了旋压成形过程中坯料壁厚大小和旋轮圆角半径大小对旋压力和成形质量的影响,并对结果进行了总结。结论通过分析壁厚和预成形轮形状对张紧轮旋压成形质量的影响,得出了最优的工艺参数值,对实际生产具有指导意义。     

工艺参数对剪切旋压旋压力和壁厚差的影响

在锥形件剪切(变薄)旋压过程中,旋压力分析对于确定工艺参数及设备选型都具有重要意义,而壁厚差是衡量旋压件成形质量的关键指标之一.基于ABAQUS/Explicit平台建立了锥形件剪切旋压的三维有限元模型,进而获得了偏离率、旋轮圆角半径、旋轮进给量、芯模转速及旋轮直径对LY12M锥形件剪切旋压旋压力和壁厚差的影响规律.研究表明:旋压力随偏离率增加而减小,随旋轮圆角半径、旋轮进给量、芯模转速的增加均呈上升变化趋势;偏离正弦律的程度越大,壁厚差越大;旋轮圆角半径为毛坯厚度的1～2倍,壁厚差较小;较大的旋轮进给量和芯模转速有利于减小壁厚差.旋轮直径对旋压力和壁厚差的影响不显著.     

纸张在弹性胶辊夹持下接触区域的数值分析

在准静态、无摩擦的条件下,应用级数形式的应力函数对复印机中纸张在弹性胶辊夹持下的接触问题进行了分析。模型源于复印机中的进纸单元,根据弹性理论,分别使用施密特正交化方法与无网格配点法对问题进行了求解,得到了接触区域的应力应变分布以及胶辊与纸张的表面速度比,为提高复印机胶辊的可靠性提供了参考。     

Comparative binder efficiency modeling of dry granulation binders using roller compaction

Roller compaction parameters’ impact on granules and tableting properties of coprocessed Avicel^® DG [ADG], a physical mixture of the two components at the same composition present in ADG [PADCP], and microcrystalline cellulose and Kollidon^® VA-64 Fine physical mixture [KVA64] was quantified by analysis of variance (ANOVA) and multivariate methods. Roller force, roller gap, and roller speed levels were selected for evaluation. A 3³ full-factorial experimental design with three center points for roller force, roller gap, and roller speed was used. The response parameters studied were granule-to-fines (GF) ratio, compressibility index (CI), tablet thickness (TT), tablet friability (TF), tablet breaking force (TBF) and disintegration time (DT). A model acetaminophen tablet formulation was roller granulated and tableted at 10?kg scale. Principal component analysis of ADG and PADCP formulations were separated from KVA64 formulations, indicating different granule and tableting properties were binder dependent. This difference in binder performance was also confirmed by ANOVA. The ANOVA also showed that there were no statistical performance differences between coprocessed ADG and its comparable physical blend with the exception of TT. Principal component regression (PCR) analyses of ADG and PADCP revealed that these excipients exhibited a statistically significant negative effect on granules-to-fine (GF) ratio, TT, TBF, and DT. KVA64 demonstrated a positive effect on these parameters. The KVA64 physical mixture demonstrated an overall better performance and binding capability. This study strongly suggests that there is no performance advantage of coprocessed Avicel^® DG when compared to a physical mixture of the two components at the same composition.     

对转圆柱滚子轴承动态特性分析

针对内外圈对转圆柱滚子轴承内部复杂的运动特性及相互作用力,通过分析轴承径向游隙的影响因素以及考虑滚子与滚道的接触变形和热效应对油膜厚度的影响,利用拟静力学法建立了轴承的分析模型,并采用NewtonRaphson法进行求解;同时,利用该模型对滚子打滑率进行计算,以验证所采用分析方法的正确性和可靠性。然后,进一步探讨了不同工况下对转圆柱滚子轴承内部组件的转速变化规律与接触特性。结果表明：滚子的自转转速、滚子与滚道的接触载荷均随径向载荷的增大而增大;内、外圈转速变化会使受载区滚子与滚道的接触载荷以一定的规律重新分配,且转速对最小油膜厚度的影响较径向载荷更为明显。研究结果可为对转圆柱滚子轴承的结构优化和生热机理分析提供理论依据。     

难变形金属小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺优化

目的 针对30CrMnSiA合金结构钢小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺,探究工艺参数对小模数齿形件成形质量的影响规律,分析工艺参数间的相关性,获得优化后的工艺参数组合。方法 选取小模数齿形件齿廓偏差、齿距偏差、轮齿饱和度为成形质量响应指标,以电流密度、占空比以及旋轮进给速度为影响因素,设计响应面试验方案;根据有限元模拟结果建立成形质量回归预测模型,分析电流密度、占空比以及旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量的影响规律,计算获得最优的参数组合并进行试验验证。结果 电流密度、脉冲占空比、旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量有显著影响,成形质量随着电流密度与占空比的升高而升高,随旋轮进给速度的升高而先升高后降低;且电流密度与旋轮进给速度、脉冲占空比与旋轮进给速度在对轮齿饱和度的影响上有一定的交互性;通过建立的回归模型预测得到的优化工艺参数如下:电流密度为17.5 A/mm²、脉冲占空比为40%、旋轮进给速度为0.6 mm/min。结论 回归模型预测值与试验值的相对误差小于8%,说明所构建的成形质量回归预测模型是准确的,利用优化后的参数可制备出成形质量良好的小模数齿形件。