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。     

基于离散元分析的抛丸器弹丸运动过程仿真

为了研究弹丸在抛丸器内运动对抛丸器的作用机理,以离散元为方法,建立了抛丸器离散元模型。以三维离散元软件EDEM为手段,对弹丸的运动过程进行宏观分析,通过模拟动态的展示了弹丸在抛丸器内运动的宏观规律。分析了弹丸运动过程的能量变化规律,以不同的分丸轮速度模拟测试弹丸的平均速度,发现分丸轮转速对弹丸平均速度的变化影响显著。     

基于离散元方法的型砂流动性仿真研究

铸造用型砂预固化阶段的流动性是影响砂型固化后均实性的决定性因素。为了准确预测型砂预固化阶段的流动性,用型砂休止角表示其流动性,并提出一种基于DEM中JKR模型的方法准确仿真型砂休止角。通过建立JKR物理模型对原砂、碱性酚醛树脂和固化剂不同质量配比型砂的预固化阶段休止角进行仿真实验,并运用EDEM软件Protractor功能测得休止角数值,与试验休止角平均值相比误差在3%范围内。研究结果表明:基于DEM的JKR模型能够准确预测型砂预固化阶段的流动性,仿真结果为砂型数字化柔性挤压成形技术中型砂填充砂箱和砂型3D打印的工艺设计提供依据,对准确预测型砂成形能力和砂型固化后的紧实均匀度有重要意义。     

金纳米颗粒在石英基片上的表面等离子激元效应研究

采用磁控溅射法制备了金纳米颗粒,分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和紫外可见分光光度仪(UV-Vis)对其形貌、结构和光谱响应进行性能表征,研究其表面等离子激元效应。结果表明,直接在石英基片上溅射制备的金纳米颗粒并未产生表面等离子激元效应;在石英基片上组装单层排列均匀的Si O2微球后,溅射制备的金纳米颗粒结构产生了明显的表面等离子激元效应;溅射功率和时长对这一效应影响明显,40 W功率溅射2~3 min所得样品吸收峰较强。     

有限元法在旋转磁场磁粒研磨加工技术中的应用

磁场分布是影响磁粒研磨加工的重要因素之一，研究磁场分布的主要方法是数值计算法，本文介绍了旋转磁场磁粒研磨加工的基本原理，并用有限元法对旋转电磁场进行了计算，得到了一些重要结论。     

基于有限元/离散元耦合的大理石高速划擦过程仿真

针对大理石的磨粒加工过程,借助有限元/离散元耦合方法建立了单颗磨粒的高速划擦仿真模型,并通过在实体单元中插入零厚度内聚力单元,控制内聚力单元的失效来实现大理石加工过程中裂纹的萌生及扩展过程。基于所建立的单颗磨粒划擦模型,对比了划擦深度和划擦速度对大理石去除过程的影响。结果表明:大理石划擦过程中划擦力和加工表面损伤层厚度随划擦速度和划擦深度的增加而显著增大,且划擦力与损伤层厚度存在正相关性。      

基于离散单元方法的冷轧轧制力计算

考虑了轧制变形区内带钢变形抗力的变化,根据卡尔曼方程,推导了塑性变形区内轧制力的计算公式,为避免直接积分的复杂性,将塑性变形区进行单元划分,分别求解前滑区和后滑区各单元的平均轧制力,将所有单元轧制力之和+入口弹性压缩区的轧制力+出口弹性恢复区的轧制力,得到了总的轧制力。计算结果表明,单道次计算时间t<30ms,在2000组计算结果中,计算值与实测值之间有93.3%的相对误差保持在±10%范围内,预测精度较高,满足冷轧在线控制的要求。     

Exploring dendrite coherency with the discrete element method

The particulate discrete element method (DEM) is used to simulate crystal rearrangement during equiaxed solidification of Al alloys for a range of morphologies across the globular to equiaxed-dendritic transition. It is shown that DEM is able to capture the key experimental results reported in past dendrite coherency studies, namely: the marked increase in resistance to shear at a critical solid fraction, the influence of crystal morphology on dendrite coherency, and that dendrite coherency marks the onset of dilatancy. Dendrite coherency is shown to be the lowest solid fraction at which long-range interconnectivity in the force chain network develops during shear. It is further found that dendrite coherency depends on both the internal solid fraction within dendrite envelopes and the mean shape of envelopes at coherency. The potential to extend DEM to the simulation of mushy-zone mechanics in casting problems is then discussed.     

单颗磨粒的平面磨削三维动态有限元仿真

将磨粒简化为圆锥形,利用Deform-3D软件,进行了单颗磨粒的平面磨削的三维动态有限元仿真。分析了砂轮与工件表面之间的摩擦系数相同而磨削速度不同时对磨削力产生的影响,以及磨削速度相同而摩擦系数不同时对磨削力产生的影响。结果表明：未变形磨屑厚度不变时,单位磨削力随着砂轮速度的增加而增大,在砂轮速度的低速区,单位磨削力增加较快,而在砂轮速度的高速区,单位磨削力增加得较慢;在磨削速度不变时,单颗磨粒的磨削力随着摩擦系数的增加而增加。     

环件轧制过程的显式有限元模拟分析

用于金属成形模拟的有限元方程的求解方法 ,主要有隐式和显式积分两种方法。对于复杂的三维变形分析 ,如环件轧制 ,隐式方法需要很长的运行时间。而利用显式方法 ,可以达到很好的效果。本文利用Abaqus /Ex plicit通用有限元程序对径向环轧进行了模拟。     

Stochastic modelling of abrasive waterjet footprints using finite element analysis

The proposal of erosion models to predict the jet footprint during abrasive waterjet machining is a key element for the development of this technology, but it is very challenging because of the inherent fluctuations of the process. This issue becomes critical when the size of the cutting systems is reduced, since the relative size of these deviations increases. The present paper considers for the first time a modelling framework capable of predicting the average shape of AWJM footprints and, of great novelty, the variability along the trench, combining finite element analysis and Monte Carlo methods, and verifying the model using different feed speeds and tilt angles. For that purpose, the relevance of each random parameter, such as shape (sharpness), size and relative orientation of the abrasive particles, has been investigated through parametric studies on these variables. Multiple particle simulations with randomly generated input were performed to determine the effect of operating parameters in the overall variability of the jet footprint. The process was simulated using Abaqus 6.14 as multiple garnet particles hitting a target of Ti–6Al–4V at very high velocity, eroding the target by plastic deformation and material removal. The model shows successfully the influence of single particle parameters, such as the shape, on the surface variability. The results for the footprint variability show that stochastic methods are suitable to model these fluctuations, and it is also shown that this approach yields accurate estimates of the average profile after multiple jet passes with error less than 5%.     

基于DEFORM的单颗磨粒对零件表面冲击仿真与实验

磨削加工过程中,工件表面材料的去除是磨粒冲击、切削、划擦等综合作用的结果。为了研究磨削过程中的冲击现象,针对45~#钢工件,运用DEFORM-3D软件对单颗磨粒对工件表面的冲击强化过程进行有限元仿真,获得了工件内部应力场的分布情况,对磨削过程中工件表面等效应力与应变率进行了分析,得到了磨削参数对磨削过程的影响规律。对等效应力的分析表明:磨削过程中,工件受力是由很多脉冲力合成的。对应变率的分析表明:磨粒对工件表面的冲击强化效应显著。实验研究结果验证了理论与仿真分析结果的正确性,采用的仿真方法可有效分析与预测工件表面强化层指标。