超声功率对半连续铸造7050铝合金晶粒细化的影响

在7050铝合金半连续铸造过程中引入超声场,研究了超声功率对铸锭凝固组织的影响规律,并探讨了超声细化晶粒的机理。结果表明:在半连续铸造过程中引入超声场后,7050铝合金的凝固组织晶粒明显细化,这主要是由于超声波在铝合金熔体中产生的空化效应和声流效应的影响,并且随着超声功率的提高,合金晶粒细化效果更好。     

功率超声珩磨磨削区椭球状空化泡动力学模型及数值模拟

超声空化效应直接影响功率超声珩磨工件的表面质量、珩磨效率以及加工稳定性。基于能量平衡原理建立了磨削区椭球状空化泡动力学模型,采用MATLAB软件进行了数值模拟。从模拟结果可知:当不考虑液体介质的粘滞阻尼、时间滞后等因素时,单个椭球状空化泡动力学规律与球状空化泡类似,表现为类似于稳态空化的过程;珩磨压力、油石转速等磨削区特有的加工环境对近椭球状空化泡的生长和压溃影响较大。在数值模拟的基础上又进行了相应试验研究,证实油石表面超声空化泡的存在及功率超声振动珩磨磨削区的超声空化效应受到油石表面三维微观形貌影响。     

功率超声与挤压铸造耦合工艺对Al-5.0Cu合金凝固组织影响的数值模拟与试验研究

采用挤压铸造和功率超声耦合的方式处理Al-5.0Cu合金熔体,利用光学显微镜观察不同工艺参数下的Al-5.0Cu合金的微观组织。使用反分析法计算出耦合作用下铸件-模具的界面换热系数曲线,在此基础上结合CAFE宏-微观耦合模型模拟出不同工艺下Al-5.0Cu合金的凝固组织,并与宏观腐蚀结果进行对比,试验同时测量了熔体内部不同位置的温度变化。通过数值模拟和试验验证相结合的方式,对比研究了不同工艺对Al-5.0Cu合金凝固组织的影响。模拟和试验结果均表明,功率超声和挤压铸造的耦合作用较于单一外场作用能进一步改善合金的凝固组织,同时可以完全消除铸造缺陷;耦合作用还可以使得熔体内部温度分布更加均匀,显著细化Al-5.0Cu合金的初生晶粒,有利于得到均匀、细小微观组织。该结果为细化Al-5.0Cu合金的组织,提高合金的力学性能提供了新的思路。     

功率超声对7050铝合金除气净化作用的试验研究

通过传振工具杆,分别在不同功率、不同频偏度、不同温度区间对铝合金熔体施加超声振动,利用基于减压原理的HYSCANⅡ测氢仪对每次试验后熔体中的氢气体积分数进行测量,进而探讨超声振动对7050铝熔体除气的影响规律及其作用机制.试验结果表明,经超声处理的铸锭,凝固组织气孔显著减少,铝合金气体体积分数随着超声功率的增加而逐渐减少,共振状态下的超声除气效果明显好于非共振状态,在700～720 ℃温度范围内的超声除气效率大大高于640～660 ℃温度范围内的除气效率.超声空化效应对产生大量的空化泡起着关键作用,空化气泡的"表面效应"和"壳层效应"在超声除气过程中起着决定作用.     

凝固时超声振动处理对工业纯铝显微组织的影响

对工业纯铝熔体进行超声振动处理,分别研究了稳态连续超声处理时不同的超声功率、施振熔体温度、施振深度对凝固后显微组织的影响;并分析了动态间歇施振对凝固组织的影响.结果表明:超声振动下获得的铸锭组织均得到不同程度的细化;超声细晶机理主要是由于空化效应和声流效应提高了形核速率,并抑制了晶粒的长大;运用合理的超声功率与施振温度处理铝熔体,晶粒能得到最有效的细化;此外,施振深度不宜过大,否则将减弱细化效果;不同方式的动态间歇施振后晶粒细化程度与所选参数密切相关.     

超声振动珩磨单空化泡溃灭温度研究

为了研究超声振动珩磨作用下的空化效应,基于超声空化动力学和热力学基本定律,建立了超声振动珩磨单空化泡热力学方程;数值模拟了各珩磨参数对空化泡运动半径的影响,间接分析了各参数对单空化泡溃灭温度的影响。结果显示,珩磨参数对空化泡溃灭温度影响微弱,单空化泡的溃灭温度大约为300～1400K;在超声钻床上,以铝箔纸为试验材料进行了超声空化试验,试验结果与理论分析基本一致。     

功率超声珩磨空化试验分析

功率超声珩磨加工过程中会发生空化现象,为探究空化对被加工材料表面的影响,进行超声珩磨空化正交试验并针对凹坑最大直径、表面侵蚀率、表面粗糙度三个指标进行试验分析,这三个指标可分别表征单泡溃灭强度,整体空化强度及空化对材料表面质量影响,结果表明：空化造成材料表面微小凹坑,影响凹坑最大直径的主要因素依次为距离和振幅,距离越小,振幅越大,则凹坑最大直径越大;影响表面侵蚀率的主要因素依次为试验时间和距离;而振幅则对材料表面粗糙度的影响最大,在距离5 mm、振幅65%、试验时间1/3 min条件下,试样表面粗糙度降低,表面质量提高。因此,在一定条件下,空化效应有助于改善超声珩磨中工件表面质量,试验分析结果对超声珩磨实际加工具有借鉴意义。     

离心泵蜗壳内非定常流动特性的数值模拟及分析

基于RNG k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对离心泵内部非空化和空化工况下的非定常流动特性进行数值模拟,分析空化模型中凝结项经验系数对数值模拟结果的影响,并根据试验结果修正离心泵空化流动数值模拟中凝结项经验系数;数值模拟得到的离心泵扬程随有效空化余量的变化曲线与试验结果吻合较好,验证数值计算模型和方法的准确性和可靠性。数值模拟结果表明：离心泵非定常流动中,非空化、临界空化和充分发展空化工况下,蜗壳内监测点的压力脉动主频均为叶片通过频率;空化对离心泵蜗壳内压力脉动的影响较大,非空化时压力脉动最大幅值在蜗舌处,空化时压力脉动最大幅值在第1断面附近,其原因是离心泵出现空化时第1断面处旋涡强度增强,且随时间变化剧烈,对流动产生强烈扰动。     

超声破碎混凝土的力学模型与仿真分析

运用功率超声波理论,根据混凝土材料的结构特性及力学对超声波在混凝土中能量传播所产生的相关效应进行了理论模拟和试验研究,建立了超声波破碎混凝土的力学模型,根据理论分析搭建试验平台,通过试验对仿真结果进行验证分析。试验结果证明,功率超声能够较好地破碎混凝土。功率超声的功率对混凝土的破碎有较大影响。     

金刚石/铜基粉末注射成形熔体温度对充填率影响的有限元模拟

对金刚石/铜基粉末注射成形熔体流变性能进行了非线性回归,得到了Cross-WLF模型参数;利用Moldflow有限元软件模拟了注射成形时熔体温度对充填率的影响,并进行了试验验证。结果表明:随着熔体温度的升高,充填率逐渐增大,但增大速率却逐渐下降;当注射压力为10MPa,注射流量为10cm3·s-1,熔体温度为170℃时,填充率就达到了100%,试验结果和模拟结果相吻合;此条件下注射成形制备的试样无宏观裂纹及其它缺陷,内部组织均匀,注射效果较好。