超音速火焰喷涂镍基涂层颗粒沉积特性的数值模拟

目的 考虑后续不同粒径颗粒随机冲击的影响,探索热喷涂涂层颗粒的沉积特性。方法 利用ABAQUS建立颗粒与基底冲击模型,通过颗粒冲击的凹坑深度和应力分布进行网格收敛性研究。通过实验验证模型的可行性。随后,应用验证模型研究颗粒以不同入射角和速度冲击基底时的沉积特性,以及4个颗粒重叠冲击基底及多颗粒随机冲击基底表面时的沉积特性。结果 在颗粒入射角从15°增至60°时,颗粒更好地附着于基底表面;当颗粒速度从350 m/s增至500 m/s时发生了溅射现象,可能造成绝热剪切失稳现象,形成有效结合;在4个颗粒冲击基底时,第2个颗粒对第1个颗粒及基底的影响都最明显;当多颗粒随机冲击基底时,在后续颗粒的冲击和沉积作用下,填充颗粒的形状不规则,同时第1层颗粒可能与基底形成机械咬合。结论 在超音速火焰喷涂时应当倾斜一定角度,同时提升颗粒速度,这对制备涂层更有利;在颗粒重叠冲击时,后续颗粒增大了第1个颗粒的压缩效果,且更深入地嵌入不锈钢基底,这有利于颗粒与颗粒之间的后续黏结;当多颗粒随机冲击基底时,在第1层沉积颗粒与基底之间,以及涂层内相邻颗粒之间均观察到高塑性应变,表明涂层出现黏结,同时后期沉积的颗粒未完整压缩变形。     

螺带式混凝土搅拌机混合特性及DEM模拟

采用离散单元法模拟新拌混凝土于搅拌机中的混合过程,研究了双筒螺带式混凝土搅拌机的混合效率。 用Hertz-Mindlin with JKR接触方法建立新拌混凝土离散元模型,模拟了坍落度实验、L箱实验和流变仪实验,将模拟结果与实验结果进行对比,校准模型参数,采用混合系数定量研究了不同初始装填方式下搅拌机的混合效率。结果表明,采用上下装填方式时搅拌机混合效率较高;对任一初始装填方式,左部区域与右部区域、前部区域与后部区域间混合效率无明显差别,而上部区域混合效率比底部区域高,底部出料口处存在搅拌盲区,采用舍弃初始出料的方法可提高新拌混凝土性能。转速较高时混合效率较高,相同旋转圈数时,混合效率基本相同。     

组合型微织构化铝合金表面的摩擦学性能研究

为改善铝合金的摩擦学性能,运用有限元方法对单一方形凹坑、条形凹槽、方形凹坑和条形凹槽组合3种不同形貌织构摩擦副间润滑油膜承载能力进行仿真分析,并探究不同织构尺寸对油膜承载能力的影响。仿真结果表明：方形凹坑和条形凹槽组合织构润滑油膜承载能力最佳。采用脉冲Nd:YAG激光器在铝合金试件表面加工出具有规则形貌的方形凹坑和条形凹槽组合的织构阵列,借助CFT-I型高速往复摩擦磨损试验机进行摩擦试验,研究织构几何尺寸对摩擦副接触面间摩擦学性能的影响规律,并利用超景深显微系统对试件磨损表面的形貌进行观测。试验结果表明：组合织构化表面的平均摩擦因数与无织构表面相比明显减小,且波动幅度较小;当织构尺寸为80μm时,织构表面的摩擦因数最小,且试验得到的基体表面磨痕深度随织构尺寸的变化规律,与仿真计算得到的润滑油膜升力系数的变化规律相吻合,为微织构参数设计提供了一定的理论依据。     

金刚石锯片胎体与大理石摩擦磨损的离散元模拟研究

建立圆锯片胎体与大理石摩擦磨损的离散元模型,并通过压痕试验验证胎体模型的模型参数,模拟并观察不同载荷下胎体与大理石磨损过程中的磨损量的动态变化规律。结果表明:随着载荷增加,胎体的磨损量不断增加,然后逐渐趋于平稳,磨损率呈先增加后下降的趋势。离散元模拟与试验结果具有较好的一致性,验证了离散元法模拟磨损是可行的。      

渐开线花键副微动摩擦接触分析

基于有限元法,对渐开线花键副的微动摩擦接触行为进行了分析,得到了接触压力和相对滑移的分布规律,并对齿面摩擦接触状态和磨损进行了分析与预测,探讨摩擦因数对接触压力、相对滑移、摩擦接触状态和Ruiz参数的影响。结果表明:花键副齿面接触压力和相对滑移分布不均匀,摩擦因数越大,最大接触压力和最大相对滑移越小;摩擦因数对齿面摩擦接触状态影响较大;Ruiz参数随摩擦因数的增大而增大。     

单晶硅力学性能及尺寸效应的离散元模拟

通过建立紧密连接且随机分布在指定区域内的圆盘形颗粒离散单元的力学模型来研究单晶硅的力学性能,并采用不同尺寸的离散元模型研究力学性能尺寸效应。结果表明:泊松比、单轴抗压强度、弹性模量以及断裂韧性的尺寸效应不明显,弯曲强度则随着模型尺寸的增大而减小。建立了连续体经典断裂力学有限宽板条单边直裂纹的离散元力学模型,改变初始裂纹长度进行模拟得到的结果与单边切口梁模拟结果及文献报道的试验值一致。     

超音速火焰喷涂过程中粒子运动特性的数值模拟

热喷涂涂层质量很大程度上是由颗粒沉积时的状态决定,颗粒不仅受到粒径尺寸的影响,还与飞行过程中焰流特性密切相关.本文以JP8000型超音速火焰喷涂系统(HVOF)喷涂过程为研究对象,采用计算流体动力学方法探究不同氧油质量比下焰流行为和计算域内的燃烧特性;分析不同粒径的颗粒在焰流场内的轨迹特性和速度、温度演变规律,依据数值模拟结果优化工艺参数.计算结果表明:氧油比为3时,HVOF系统内焰流温度最高、速度最快,表明氧油充分燃烧;颗粒注入后可能与枪管壁发生碰撞,且其粒径越大,碰撞发生的临界入射速度越小,碰撞后的粒子会二次穿越焰流中心;颗粒粒径越大,受焰流作用时加热、加速越缓慢,在喷枪内到达的最高温度和最大速度越小.     

在线电解修整磨削与化学机械抛光相结合的蓝宝石基片组合加工技术

通过分析ELID磨削和CMP抛光两种加工技术的原理和特点,充分结合两种技术的优点,对蓝宝石基片进行超光滑纳米级精度的组合加工。从理论上分析和计算了蓝宝石的临界切削深度,以及在不同粒度砂轮下的脆性和延性磨削方式;采用不同粒度的砂轮对蓝宝石基片进行超精密ELID磨削实验,快速地获得高质量的加工表面,同时采用磁流变斑点法对加工面的亚表面损伤进行测量;利用CMP抛光技术对磨削加工后的表面进行光整,以减少磨削时产生的加工缺陷,使工件的表面质量得到进一步改善与提高,最终获得亚纳米级的表面粗糙度。     

C/C层合板单边切口梁实验DEM模拟及实验研究

采用离散元法(Discrete element method,DEM)建立C/C复合板材离散元模型,并对其进行校准。利用DEM的独特优势,能够再现C/C层合板单边切口梁实验中微裂纹生成及扩展现象。DEM模拟与实验结果吻合,验证了此C/C离散元模型的有效性,形象地再现了C/C损伤过程,同时表明了用DEM研究更为复杂的复合材料的优势。     

渐开线花键副齿廓修形研究

基于有限元法对渐开线花键副齿廓修形进行了分析,研究了修鼓量与修鼓位置参数对花键副齿面接触压力分布的影响,并考虑了修鼓对花键副角向不对中的作用。研究结果表明:鼓形花键副齿面接触压力与接触长度均随着扭矩的增大而增大;花键副最大接触压力随着修鼓量和修鼓位置参数的增大均先减小后增大,使花键副最大接触压力最小的最优修鼓量随角向不对中量的增大而增大;适当的齿廓修鼓可以有效地减小花键副在角向不对中情况下齿面的最大接触压力和应力集中现象,改善齿面接触压力分布,减轻角向不对中带来的不良影响。