陶瓷3D打印挤出光固化辅助成型工艺研究

基于墨水直写式打印(direct ink writing,DIW)的3D打印技术使3D打印材料摆脱了材料属性的限制,为多种材料提供了实现增材制造的可能.为了保证打印成品件具有陶瓷材料优良的力学特性,对陶瓷材料的3D打印挤出成型过程中的各项工艺参数进行了研究.通过流体理论计算并使用Fluent对影响陶瓷材料小口径挤出过程的挤出速度、挤出口径等工艺参数进行了数值模拟,得到相关挤出工艺参数与挤出量之间的关系.基于数值模拟结果设计了包括电机挤出速度、挤出头口径、打印移动速度、打印层高度和激光固化功率为因素的试验,分析了各项工艺参数对挤出成型过程的不同影响.     

变截面梁的抗撞性分析及应用

在研究多种不同截面形状薄壁梁碰撞吸能特性的基础上,提出了一种有效的变截面梁结构。选取变截面梁的主要设计参数作为研究对象,将有限元分析与试验设计、响应面法等结合起来,对变截面梁的抗撞性能进行分析,建立了变截面梁的抗撞性多目标优化模型;采用优化算法进行求解,得到了变截面梁的最优设计参数和多目标优化后的Pareto最优解,并通过有限元分析对最优设计参数进行了验证;最后将优化后的变截面前纵梁结构应用于某越野车40%偏置碰模拟中。试验结果表明,碰撞侧A柱的加速度峰值显著降低,整车的被动安全性得到提高。     

基于数值分析聚合物共挤出工艺的探讨

以多流道共挤出工艺为研究对象,采用有限元数值分析方法考察主要工艺参数(挤出温度、入口压力、聚合物种类及合金组成)对挤出流道中聚合物流体速度场的影响,以挤出流道出口不同聚合物流体的平均速率比为优选目标,从而优选聚合物共挤出工艺.结果表明,数值分析能够对工艺参数与流体出口速率进行定量分析,更快地优选不同聚合物流体的平均速率比,从而稳定复合材料性能和尺寸.     

基于响应面法的7050铝合金筋板类锻件热模锻成形工艺优化

针对某铝合金航空锻件热锻成形中出现的充填不满、流线穿流、变形不均匀等缺陷问题,以x_1(坯料高宽比)、x_2(坯料温度)、x_3(成形速度)、x_4(摩擦因数)为优化变量,采用响应面法结合有限元数值模拟对锻件成形多目标工艺参数优化进行研究。根据试验设计结果分别建立3个目标函数的二阶分析模型,得到的回归模型预测精度较高,能较好地描述3个目标函数关于设计变量的响应。通过分析建立的响应面3D和2D优化图,采用MATLAB软件对试验参数进行进一步的优化。研究结果表明:锻件成形最优工艺参数如下:x_1为1.3、x_2为450℃、x_3为6 mm/s、x_4为0.3。将优化后的最优工艺参数应用到后续的实际生产验证,锻件成形缺陷得到有效消除,证明该优化方法有效。     

螺杆结构对熔融金属挤压成型流场分布的影响研究

基于无限大平板模型进行挤出过程的压力公式推导，开展单螺杆结构对于熔融金属挤出过程的流场分布影响研究。将机头压力损耗计算所得压力数值与单螺杆挤出机建压数值进行对比，从而判断单螺杆挤出机挤出能力。采用ANSYS中的POLYFLOW模块对挤出过程进行仿真模拟，该模块采用网格叠加技术，模拟熔融状态下金属锡的挤出，其中忽略了惯性和重力影响的三维计算，对螺杆进行最优化设计。研究发现减小挤出机的机筒间隙及螺距可以增加螺杆元件对物料的输送能力，且由于金属具有超高流动性，在挤出中并不需要有完整的固体塞段。通过理论分析得到最优螺杆设计参数并完成样机制备，通过实验验证设备的可行性，最终结果表明所设计小型单螺杆挤出机能够实现金属锡的连续均匀挤出。     

螺杆结构对熔融金属挤压成型流场分布的影响研究

基于无限大平板模型进行挤出过程的压力公式推导，开展单螺杆结构对于熔融金属挤出过程的流场分布影响研究。将机头压力损耗计算所得压力数值与单螺杆挤出机建压数值进行对比，从而判断单螺杆挤出机挤出能力。采用ANSYS中的POLYFLOW模块对挤出过程进行仿真模拟，该模块采用网格叠加技术，模拟熔融状态下金属锡的挤出，其中忽略了惯性和重力影响的三维计算，对螺杆进行最优化设计。研究发现减小挤出机的机筒间隙及螺距可以增加螺杆元件对物料的输送能力，且由于金属具有超高流动性，在挤出中并不需要有完整的固体塞段。通过理论分析得到最优螺杆设计参数并完成样机制备，通过实验验证设备的可行性，最终结果表明所设计小型单螺杆挤出机能够实现金属锡的连续均匀挤出。     

塑料动态挤出填充过程的数值模拟研究

利用ANSYS软件对受入口处周期性振动压力驱动的塑料熔体在"L"形异型材挤出口模内的填充过程进行了三维等温数值模拟。研究了流场压力和速度随入口压力振动的变化规律,分析了压力振动对塑料熔体流动稳定性的影响。结果表明:流场压力和速度都随入口压力的振动而振动,但振动强度随流程增加而减弱,只要选择适当的振动参数和口模长度,就可以使出口流场稳定,以保证塑料制件的质量。     

截面厚度不均的L型异型材挤出流道设计

本文主要研究了截面厚度不均的L型异型材挤出流道设计,以挤出模具的出口速度均匀性为目标,分别从如何扩大低速区域的入口面积以增大低速区域流量以及如何布置缩放流道来增大高速区域阻力两个方面进行研究,从而有助于异型材挤出流道的设计。     

隔壁精馏塔的设计、模拟与优化

针对隔壁精馏塔节能工艺,提供了一套完整的设计优化方法.首先基于Fenske-Underwood-GillilandKirkbride方程建立了完整的简捷设计方法,得到了隔壁精馏塔塔实际理论板数、适宜的进料位置、侧线采出位置及回流比等参数.然后在简捷计算的基础之上,选用Multifrac模型对隔壁塔进行了严格计算模拟,同时利用Aspen Plus进行单因素优化分析得到最优设计参数.最后利用响应面优化法(RSM)中的箱线图设计(BBD)方法对隔壁精馏塔设计参数进行了实验设计,在验证模型有效的基础上运用Design-Expert软件进行数据处理,预测出了最优设计参数,并将预测值进行实验验证,将验证结果与单因素优化结果进行对比,结果表明响应面优化法得到的最优设计参数使隔壁塔的能耗较低、纯度较高.     

深井离心泵的回归分析与数值模拟

选择了叶轮叶片出口安放角、叶片进口冲角、叶轮出口宽度及导叶进口宽度这4个几何因素,按中心组合试验方法,设计了30组方案．通过FLUENT软件,对冲压井泵的全流场进行数值模拟,获得了额定工况下30组方案的效率．采用四元二次回归方程拟合四因素与效率值之间的函数关系,通过求解回归方程以寻求最优几何参数组合．利用DesignExpert6．0．5软件对回归模型进行分析,得到二次回归响应面图．由图中发现：在给定的范围内,叶轮出口宽度对效率的影响最为显著,表现为等值线最密;导叶进口宽度与叶轮叶片出口安放角次之;叶轮叶片进口冲角对效率的影响最小,表现不显著．通过样机试制及试验,发现在设计工况下采用两级全流场的数值模拟值与试验值相当接近,误差在2％以内,验证了数值模计算的可行性．     

两相流CO_2喷射器内部流场的数值模型

利用计算流体动力学模拟软件Fluent建立两相流CO_2喷射器非均相模型,基于非均相模型对CO_2喷射器的内部流场进行数值模拟,分析喷射器内部流场的相变、压力和速度变化情况,通过实验验证了模型精度;通过改变喷嘴段结构参数,探究了喷嘴设计对于喷射器性能的影响,并对喷射器结构进行优化.结果表明:喷射器喷射流量以及引射压力的模拟值与实测值的误差分别为6.5%和5.0%,即所建模型具有较高的精度;当喷射器喷嘴段出口出现激波现象时,流体的压力和速度均出现波动,并且存在明显的边界层;喷嘴发散段的长度越长,喷射流量越小,喷射速度越高;通过优化喷嘴段结构参数,可使喷射器的效率提高10.5%.     

低温推进剂加注管道流动特性模拟研究

以某航天低温推进剂加注系统为研究对象,按照加注系统实际尺寸建立了低温推进剂真空加注管路三维仿真模型.依据实际加注工序与参数,利用Fluent仿真模拟软件研究了推进剂在不同的进/出口压力下的加注动态特性.模拟结果表明,加注管道进/出口压力对加注效率有直接影响,在出口压力一定时,进口压力越大,加注管道进口速度越大;随着加注过程进行,出口压力逐渐升高,加注管道出口速度变小;管道特性模拟结果和试验结果吻合度较高.该方法可用于加注系统方案的设计及加注工艺参数的优化.     

基于响应面的液力变矩器叶片优化设计

针对现有变矩器性能分析方法的不足,在液力变矩器三维流场数值模拟的基础上,采用响应面法对叶片进行优化.首先根据变矩器流场模拟结果,并考虑机械损失的影响,计算变矩器效率、变矩比等输出特性;然后以最高效率为优化目标、起动变矩比为约束条件、二阶多项式为响应面函数,采用正交试验法设计试验样本,建立叶片优化模型并进行优化计算.计算...     

工艺参数对铝合金微齿轮热挤压成形的影响

针对7075铝合金微齿轮挤压过程中出现的微尺度效应问题,将退火后的7075铝合金进行等温微压缩试验,获得材料的真实应力应变曲线,导入DEFORM软件,并模拟微挤压成形过程。定义挤出端凸度来评定微挤压件的成形性能,挤出端凸度越小,则成形性越好。设计正交试验,研究入模角、坯料直径、挤压温度、挤压速度和摩擦因数等对微齿轮热挤压成形过程中最大成形载荷和成形性能的影响规律。分析结果表明：坯料直径对最大成形载荷和挤出端凸度的影响均最大;挤压速度对成形载荷的影响较大,挤压温度的影响次之;挤压温度对挤出端凸度的影响较大,挤压速度的影响次之;入模角和摩擦因数对成形载荷和挤出端凸度影响均较小。通过优化工艺参数模拟挤压得到质量良好的微齿轮。     

小型前弯离心风机叶轮参数优化

为了提高小型前弯离心风机的气动性能,以汽车座椅通风用离心风机为研究对象,采用数值模拟与正交试验相结合的方法,研究叶片数、叶片出口角、叶片进口角以及叶片厚度对离心风机气动性能的影响. 基于小风量风机性能实验台,验证数值模拟结果的正确性. 选取三水平正交表L9（34）进行此次试验,建立了9种不同参数组合下的叶轮模型,以最大静压为优化目标,采用计算流体动力学方法,得到了最佳离心风机参数组合. 对优化前、后离心风机内部流场的压力与速度分布进行了对比分析. 由正交试验结果分析可知,各参数对离心风机最大静压影响的主次顺序为叶片出口角、叶片进口角、叶片数和叶片厚度;达到最大静压的参数组合为：叶片数55,叶片进口角95°,叶片出口角125°,叶片厚度0.8 mm. 优化后离心风机的无因次特性曲线优于原有风机,在高效率区域静压可提高3.78%~10.67%,具有更好的气动性能. 对比优化前、后离心风机内部流场的压力与速度分布可知,优化后的离心风机内部流场分布更加均匀,在叶轮进口处低压区的压力更低,速度更大,更有利于气流的进入.     

管道复杂流场气固两相流DPM仿真优化

针对Fluent中气固两相流离散相模型(DPM)仿真,为提高通用模型对管道节流复杂流场问题仿真时的准确性,在结合气相流场分析与固相颗粒受力分析的基础上,提出DPM优化的4项措施,即从气相速度入口模型、颗粒曳力模型、颗粒壁面碰撞模型、颗粒所受各个力的合理取舍4个方面进行优化.通用模型的优化通过调用Fluent相关宏并编制用户自定义函数(UDF)程序实现.实验已验证优化DPM的准确性明显优于通用DPM,具体体现在:两相流型转换时气相速度区间的模拟,颗粒沉降气相临界速度的模拟方面,这2项指标优化后比优化前分别提高55%和50%;在实验管道局部阻力损失与节流孔板前颗粒速度分布的模拟仿真方面,优化DPM显然具有更准确的优势.通过实流实验与仿真模拟的对比,证明优化是有效的.从研究过程可以得出,模型优化的方法对于其他类似的复杂流场工况具有通用性和工程实用价值.     

主辅喷嘴供气压力对筘槽内引纬气流速度的影响

结合喷气织机主辅喷嘴在异形筘中引纬的工艺参数,基于Fluent对不同供气压力下的主辅喷嘴和异形筘的组合流场进行数值模拟。通过改变主辅喷嘴的供气压力差,得到组合流场内沿主喷嘴出口轴线方向速度分布曲线,对比不同供气压力差下的筘槽内轴向引纬气流速度,寻找最优的供气压力差组合。通过实验测量筘槽内引纬气流速度,与数值模拟结果进行对比,验证了数值模拟的可行性。结果表明:当主喷嘴和辅喷嘴供气压力差在0.05~0.1 MPa时,引纬效果较理想,轴向气流速度有明显的提升,且气流速度衰减较为缓慢。     

聚合物熔体在曲线型异型材挤出口模内三维粘弹流动数值模拟

利用罚函数有限元法,采用PTT粘弹本构模型,对聚合物熔体在C形和Y形截面异型材挤出口模内的三维粘弹流动进行了数值模拟。在相同挤出流量下,得到了口模内不同截面上的速度和应力分布。对模拟结果的分析表明：异型流道中存在的突出棱角会使局部流道截面的有效流动面积减小,产生收敛效应,收敛角越大,收敛效应越强。因而要保证熔体稳定流动,过渡区与成型区流线必须平滑连接;异型流道中不同的部位熔体所受的剪切和拉伸应力都有所不同,熔体受力历史差异可能导致制品质地不均匀,挤出口模设计中必须考虑熔体受力史。     

载重汽车用直齿轮冷挤压工艺参数多目标优化

针对大模数直齿轮冷挤压成形后端面加工余量大、齿顶塌角大和成形载荷大的问题,以齿顶圆角、入模角、劈分厚度、定径带长度为优化变量,应用响应面法和有限元数值模拟对齿轮冷挤压成形工艺参数进行多目标优化。以减小齿轮端面加工余量、提高齿顶充填性和降低成形载荷为目标,分别建立3个目标函数的二阶响应面模型,通过在可行变量空间内寻优,将优化后的最优工艺参数进行验证。研究结果表明:得到的模型预测精度高,能较好地描述3个目标函数关于设计变量的响应。大模数直齿轮冷挤压成形最优工艺参数为:齿顶圆角1.6 mm、入模角40°、劈分厚度2 mm、定径带长度15 mm。采用最优工艺参数加工的试样的端面加工余量降至1.91 mm,齿顶塌角量降至0.29 mm,成形载荷降低18.2%。工艺实验证明采用多目标优化得到的工艺参数可以获得合格的产品。     

湿喷机喷嘴流场仿真分析

为了研究湿喷机喷嘴出口混凝土的均匀程度,根据湿喷机喷嘴流场的结构建立物理模型,再根据流体动力学方程建立混合流体在喷头内部流场中的力学模型,得到混合流体在喷嘴流场出口的理论速度和理论压力。然后利用Gambit软件对湿喷机喷嘴内流体进行三维建模,结合CFD软件Fluent选用RNG湍流模型与多相流中的欧拉模型,对喷嘴内气固两相流进行仿真计算,得到喷嘴内流体的压力、速度云图和相体积分数云图。在此基础上分析混合流体在出口截面上各相的体积分数,得到了混合物中空气的均匀度为93.88%。研究结果表明:通过将理论值与仿真值进行对比,发现混合流体的理论值与仿真值较为接近;在喷嘴出口处混凝土和空气混合的很均匀;通过混凝土喷射试验验证了仿真计算的正确性,且现有的喷嘴结构具有一定的合理性,并为今后喷嘴结构的改进与优化提供依据。