电流体动力喷射3D打印工艺参数对泰勒锥和打印图形的影响和规律

电流体动力喷射3D打印是一种新型微纳增材制造技术,它具有成本低、结构简单、精度高、打印材料广泛等突出特点和优势.但是,由于电流体动力喷射3D打印的打印速度快、喷嘴和基底打印距离小,特别是对于微尺度特征图形的打印,其实际图形及打印质量难以直接观测,而且影响打印图形精度和质量的工艺参数较多,各个工艺参数相互耦合和相应作用.因而直接有效的控制打印图形的精度(线宽)和质量(线边缘粗糙度)是其面临的一个挑战性难题.本文提出一种通过调整打印工艺参数间接控制泰勒锥形状和尺寸,进而实现对于打印图形精度和质量有效控制的新方法.建立了线宽与工艺参数、材料性能和基底关系的理论模型;通过实验,系统研究并揭示了电流体动力喷射3D打印工艺参数对泰勒锥和打印图形的影响及其规律;优化出针对同一喷嘴较为理想的喷印工艺窗口;并通过典型实验工程案例研究,采用内径60μm喷嘴实现了最小线宽3μm打印,验证了实验研究结果的正确性和有效性.本文提出的方法和实验研究结果为电流体动力喷射3D打印的打印精度、图形质量和打印稳定性改进及提高奠定了基础,并为简化和易于操作提供了一种切实可行的方法.     

管道水力输送中料筒起动流速的试验分析

以筒装料管道水力输送中料筒起动阶段为研究对象,研究料筒起动时承担输运任务的水流的平均流速与料筒荷重间的内在联系。给出了4种不同几何参数的料筒,在不同荷重下的起动流速,得出料筒的起动流速与荷重成正比变化;在荷重和筒长相同的情况下,较大直径的料筒更容易起动;在荷重和料筒直径相同的情况下,较长长度的料筒更容易起动。以上结果可供后续研究和工程设计时参考。     

水力喷射径向钻井极限深度预测及分析

以旋转射流钻头为研究对象,通过分析径向钻井系统的受力和压力损失,建立了钻井极限深度预测模型;计算了某一工程实例的钻井极限深度,并得到了系统压力损失和受力情况;利用建立的极限深度预测模型研究了钻头主要结构参数对极限深度的影响规律.结果表明,钻进过程中,软管压力损失是系统主要损失,后喷嘴反冲力为系统前进的唯一动力,前喷嘴反冲力、软管与孔壁摩擦力为主要阻力;极限深度随后喷嘴直径的增大呈近似线性增大,随前喷嘴直径的增大呈近似线性减小,随旋转射流扩散角的增大呈二次函数关系增大,随后喷嘴安装角度的增大呈二次函数关系减小.本文工程实例的钻井极限深度预测值可达72.1m.     

转筒干燥器内颗粒物料运动的模拟与实验研究

建立了颗粒物料在转筒干燥器内运动的数学模型,求出了颗粒的运动方程.用VB语言编制了计算程序,可以求出在转筒转速、转筒半径、转筒倾角、风力和颗粒质量变化时,物料在转筒内的滞留时间和颗粒物料在某一时刻所处的空间位置.模拟结果与实际情况相吻合.     

气溶胶喷射打印系统成形宽度影响因素分析

在分析气溶胶喷射打印技术工作原理的基础上,利用商用压电陶瓷雾化片和自行设计制造的喷印头,构建出由气溶胶喷射打印装置、温度控制装置和运动控制装置3部分构成的气溶胶喷射打印系统。以纳米银导电油墨为对象,采用单参量对比实验分析法,研究鞘气流量、载气流量、喷嘴与衬底间距、打印速度、打印层数等因素对打印成形宽度的影响。结果表明:随着载气流量增大、层数增加,纳米银导电油墨沉积成形宽度增加;在实验参数范围内,载气流量和打印层数对成形线宽影响明显,且呈正相关;线宽随着鞘气流量的增大先减小后增大;喷嘴与衬底间距在15~45 mm范围内对线宽无明显影响;在喷嘴直径为200 μm,鞘气流量为50 mL·min-1,载气流量为3 mL·min-1,喷嘴与衬底间距为3 mm,衬底移动速度为3 mm·s-1,打印层数为6～8层,加热板温度为80 ℃时,可获得最小宽度为26 μm,高度为7 μm的均匀线条,这也是纳米银导电油墨喷射打印的最优工艺参数。     

在役风电塔结构的最不利风--震组合作用响应分析

因风电塔整体结构不沿轴向对称,为明确该结构的受力特性和保证结构安全,采用国外及国内两种数值计算方法对塔筒结构进行了研究,分析风荷载作用下、地震动作用下和风–地震组合作用下的塔体结构的受力差异.在此基础上对塔筒结构进行风–地震组合作用下的不同地震动输入方向的动力响应分析进行研究.结果指出了该状态下对塔筒结构最不利的地震动输入方向以及该作用条件下塔筒结构的薄弱位置为塔筒开口位置.     

熔融沉积成型喷嘴内聚偏氟乙烯熔体温度场仿真与工艺参数研究

熔融沉积成型通过线材熔融沉积和冷却黏结的方式制备打印制件，但是线材在喷嘴内的温度会直接影响熔丝的黏结质量，从而影响打印制件的力学性能，而喷嘴内熔体温度对制件黏结质量的影响缺乏相应的理论研究。利用Fluent软件建立聚偏氟乙烯(PVDF)熔体在喷嘴内的温度场模型，研究打印参数对喷嘴内熔体温度场与打印制件黏结性能的影响，通过优化工艺参数为进一步提高打印制件的力学性能提供理论指导。结果表明：喷嘴温度升高时，喷嘴内的熔体温度升高，当喷嘴温度高于230℃时，PVDF线材可在喷嘴中充分熔融，喷嘴直径的改变对熔体温度的影响较小；提高喷嘴温度和减小喷嘴直径有利于熔丝黏结，喷嘴温度为250℃、喷嘴直径为0.4 mm时，打印制件的力学性能最佳。     

基于刚柔耦合模型的盘形闸正压力动态分析

基于ANSYS Workbench软件建立盘式制动器刚柔耦合模型,对其进行瞬态动力学仿真分析,得到了筒体、弹簧座以及调整螺母在实际工况下受力情况。比较筒体、弹簧座、调整螺母的受力与弹簧力的大小关系可以得出:在松闸工况时,弹簧座的受力情况能够更好地表征正压力变化情况;抱闸工况时,调整螺母的受力情况更能够表征正压力的变化情况,分析结果为实时获取盘式制动器正压力提供了一种新方法。     

铲旋工艺的有限元分析及试验研究

针对含法兰盘双筒形零件内筒成形的铲旋工艺,设计了一种半封闭式双铲旋轮结构,基于Simufact软件平台建立三维铲旋刚塑性有限元模型,对铲旋工艺的成形效果进行分析,并采用CDC-60型旋压机床进行试模验证试验.结果表明,在铲旋成形过程中,变形区的金属始终处于受力不均、受挤压的状态,从而发生轴向、径向、切向的位移,并产生轴向长高、径向增厚的效应.在铲旋成形后期,底部金属所受小变形区的阻力作用增强,使其径向增厚受阻,从而在筒壁内侧出现了欠料缺陷,而且进给距离越大,其增厚效应和欠料缺陷越明显.试验所得旋轮内筒的有效高度和壁厚分别为35.0、6.9 mm,超过铲旋厚度的15和3倍,试模试验结果与模拟结果的误差小于10%,从而验证了数值模型的可靠性和半封闭式铲旋轮结构的可行性.     

沥青搅拌设备烘干筒料帘密度建模及仿真

为提高沥青搅拌设备烘干筒的传热效果,掌握烘干筒叶片对石料抛撒特性的影响,以4 000型烘干筒为研究对象,对筒内石料的运动轨迹进行了运动学建模及离散元仿真.采用几何法分象限建立了叶片持料量模型,通过石料颗粒的运动学分析,建立了料帘密度的数学模型.研究了不同叶片型式和圆周数量工况下的料帘密度变化趋势,提出了料帘密度合理的选值区间及叶片的设计方法,并利用EDEM离散元软件对研究结果进行了仿真验证.结果表明:适宜的烘干筒料帘密度范围为30~35g/m3,4 000型烘干筒若采用三段式叶片,则圆周数量可以选择为18片或20片;若采用两段式叶片,则适宜的圆周数量为20片.研究结论为烘干筒结构参数优化提供了科学依据.     

小推偏喷管理论实验研究

根据小推偏喷管理论,对具有稳定的扰动因素的不同入口条件的拉瓦尔喷管作了大量实验,本文介绍了根据实验得出的侧向九随喷管扩张段长度的变化规律,以及对零点位置、半波长、极值点的变化关系,并进行了分析和比较,本文所得结果,为火箭设计工作提供了一些有益参考资料。     

不同形状喷嘴的高压水射流冲击力特性实验

高压水射流的柔性冲击力是评判其能否有效破碎物料的力学判据,喷嘴的出口形状对射流的冲击力影响较大。设计了5种不同形状的喷嘴,在自主设计的水射流冲击测试平台上开展了冲击实验,并采用PVDF压电薄膜传感器和高速摄像机来记录测试数据。实验结果表明：在相同的工况下,圆形喷嘴水射流的集束性最好,冲击诱导的冲击波对流体的扩散形态影响最大,最终导致其中心冲击压力最大;依次是正方向喷嘴、三角形喷嘴与十字形喷嘴,椭圆形喷嘴的水射流形态最为发散,其中心冲击压力最小;所有喷嘴形状水射流的峰值压力均随系统泵压的增加呈现非线性增加的趋势,而峰值压力持续时间几乎保持不变。     

微波增强肼复合式推力器喷管粘性效应分析

微波增强肼复合式推力器的喷管结构较小,其流动规律不同于常规固液火箭发动机的喷管,黏性效应对喷管内气体流动有较大影响。微波增强肼复合式推力器有着微波电加热和单元肼分解两种工作模式。研究了两种工作模式下工质气体压强和温度对黏性效应的影响。结果表明,提高压强可以降低黏性作用,使得边界层变薄,从而提升喷管性能;提高温度会增强黏性作用,使得速度损失增多,但比冲(specific impulse)仍有一定提高。对比两种工作模式,微波电加热模式下黏性效应对喷管性能的影响更强。     

缩放型喷嘴产生的空化射流流场数值模拟

应用Standard k-ε,RNG k-ε和Standard k-ω湍流模型对缩放型喷嘴内部湍流流场进行数值模拟,结合理论及质量流量测试试验对数值模拟结果进行对比验证.结果表明:RNG k-ε湍流模型最适合用于数值模拟缩放型喷嘴内部的湍流流场;RNG k-ε湍流模型数值模拟结果显示缩放型喷嘴收缩角使喷嘴喉管部产生了低压场,压差的产生使水射流的空化效果得到了提高.     

磨料水射流中磨料颗粒的受力分析

对磨料水射流中磨料颗粒的受力进行了分析，采用量级比较和典型函数法重点研究了Basset力、虚拟质量力、Magnus力和Saffman力与Stokes力的相对重要性。结果表明，对磨料水射流进行模拟研究时，必须考虑惯性力、重力、压差力和Stokes力对磨料颗粒运动的影响。当磨料颗粒在喷嘴的收缩段和直柱段中运动时，磨料颗粒所受的Basset力、虚拟质量力与Stokes力处于同一量级，对磨料颗粒的运动影响很大，不可忽略；随着时间的推移，当磨料颗粒从喷嘴射出后，磨料颗粒所受的Basset力、虚拟质量力与Stokes力相比要小得多，对磨料颗粒的运动影响很小，可以忽略；磨料水射流喷嘴外流场中，流体粘性的存在限制了磨料颗粒的旋转，磨料颗粒所受的Magnus力比Stokes力小得多，可以忽略；在喷嘴外的自由射流区域，由于流速梯度沿径向变化较慢，磨料颗粒所受的Saffman力同Stokes力相比也可以忽略。     

离心式中间包流场的大涡模拟研究

为了研究离心式中间包的流动过程,采用大涡模拟(LES)方法针对3种不同情况,即(a)电磁力加直水口注流;(b)利用钢液的位能使用弯水口注流;(c)电磁力和弯水口注流共同作用,考察了影响旋流强度和中间包内流动结构的工艺参数.结果表明,LES方法可以成功模拟离心式中间包的三维湍流流场.与单纯电磁力或单纯弯水口相比,旋转电磁力和弯水口共同作用时可使水平面的旋流强度显著增强.在原有电磁力作用的基础上,使用弯水口注流可比原流场最大速度值增加约15%~19%.     

风琴管空化清洗喷嘴结构改进及数值分析

空化水射流是一种运用水机械"汽蚀"的原理来增强射流冲蚀效果的高效水射流技术,风琴管喷嘴由于具有良好的空化初生和空化打击效果而在该领域广泛使用。该喷嘴流场中收缩段入口壁面附近会由于压力的降低而产生较强空化现象,如果将喷嘴收缩段壁面边界向外部扩展,增大低压产生区域的作用范围,设计了圆弧段扩张口径的空化喷嘴,同时引入脉冲结构进行改进。采用CFD软件对相同参数下普通风琴管喷嘴和新型喷嘴进行流场分析。结果表明,新型喷嘴圆弧段内部的大漩涡流场更有利于空化产生,具有脉冲结构的新型喷嘴中漩涡区域的空化气泡能够较容易地随脉动水体喷出,且水射流具有较强的瞬时冲击力,因而喷嘴的空化清洗效果将会更显著提升。     

基于迭代算法的磨料颗粒加速机制研究

在前混合射流磨料加速机制研究中一般将阻力系数当作常数且忽略巴西特力的影响。针对这一问题,采用实时对比插值法分析阻力系数且考虑巴西特力对磨料加速的影响,在此基础上建立磨料运动微分方程,并通过迭代算法进行求解,较为全面、准确地阐释磨料加速机制。结果表明:在管道及喷嘴直线段内磨料受力由大到小分别为黏性阻力、巴西特力、视质量力,在喷嘴收敛段内磨料受力由大到小分别为压强梯度力、视质量力、黏性阻力、巴西特力,且全程中巴西特力都有不可忽略的影响;在喷嘴收敛段前半段磨料加速度大于液相加速度,在收敛段后半段磨料加速度略小于液相加速度,在喷嘴直线段内磨料加速趋缓。     

强迫润滑拉拔——干粉润滑剂强迫润滑拉拔压力管的长度

采用本文设计的强迫润滑装置进行试验,测量出口钢丝表面润滑剂的附着量和温度,以及拉拔力与压力管长度和拉拔速度的关系,并和常规润滑拉拔进行了比较。通过试验和理论公式,给出了压力管较适宜的长度。     

焊接参数与等离子弧相互关系的研究

基于双区域近似弧柱模型的理论 ,研究了焊接工艺参数与转移型等离子弧的相互关系 ,给出了在不同离子气流速和喷嘴直径的条件下 ,电弧弧柱半径、电压及喷嘴出口处压力随电流变化的曲线 ,研究结果表明 ,计算结果与实验值吻合良好 同时还分析了离子气流速和喷嘴直径对等离子弧功率与电弧力的影响 ,以及钨极内缩量对电弧的压缩效果的影响