等离子熔射成形模拟系统设计与研究

设计并开发了一种等离子熔射成形过程的数值模拟系统.系统描述了从射流至基体的整个熔射成形过程以及各对象的状态和行为,并生成熔射成形过程的三维动画.在分析中同时考虑射流、熔射粒子、皮膜的影响因子对熔射结果的影响,找出部分主要工艺参数对熔射的影响规律.由等离子熔射铁片模拟所得到的计算结果与实验观测现象基本符合,表明了此系统用于系统地模拟和分析等离子熔射成形过程是可行的.     

等离子熔射射流中粉末飞行过程的数值模拟

在正六边形7-bit格子Boltzmann(LB)方法等离子射流的温度场和速度场的计算模型基础上,采用单个颗粒加速方程,建立了一个随机算法,实现了对粉末颗粒在射流场中运动过程的模拟;计算结果通过动画演示了,粉末飞行过程,结果表明在射流场一定的情况下,减小送粉口径或增加粉末颗粒直径可以提高粉末利用率。但后者会降低粉末飞行速度;选择合适的喷涂距离可以获得更高的粉末飞行速度．     

机器人等离子熔射成形过程模拟及实验研究

建立了机器人等离子熔射成形过程数学模型,采用ANSYS数值模拟软件对多周期的机器人熔射成形过程进行数值模拟.模拟分析了不同叠加角度条件下的多周期熔射成形过程并与实验结果进行了比较.结果表明采用90°轨迹叠加角度,可以获得具有最小残余应力分布和更加致密组织结构的金属皮膜,有利于提高熔射金属皮膜的成形性.     

机器人等离子熔射路径对皮膜残余应力的影响

通过对Z字形、Z字形变向 4 5°、Z字形变向 6 0°、Z字形变向 90°四种等离子熔射路径的皮膜残余应力进行测试和比较 ,得出Z字形变向 90°的熔射路径优于其他三种路径的实验结果 ,从而为建立合理的熔射工艺提供了依据     

等离子熔射过程中热传递特性研究

采用红外测温仪检测单位时间内基体温度变化来衡量射流与粒子流(含粉末粒子的射流)的加热效应,实验研究了等离子弧电流、电压、熔射距离以及送粉速率变化对加热效应的影响规律,进而对比分析射流和粒子流与基体/已熔射涂层之间的热传递特性.实验结果表明:等离子熔射过程中的加热效应主要取决于射流引起的对流传热;粒子流的加热效应特点与射流不同,而粉末粒子仅对其沉积区域的温升有贡献;随着熔射距离的增加,射流的加热效应急速下降;等离子弧电流和电压的增大相应地提升了喷枪功率,加大了射流与基体间的对流传热.     

精细饰纹件等离子熔射快速制造技术研究

提出了精细饰纹件等离子熔射快速制造技术．在大量实验基础上，着重研究精细饰纹熔射成形及后处理过程中的关键技术问题，详细分析和评价了基模特性、射流特性、粉末特性、熔射枪结构、熔射工艺参数等重要因素对熔射成形件质量的影响，给出了射流图像采集方法、粉末飞行速度和温度的数值模拟模型及测量技术方案，最后进行了典型精细饰纹件的熔射成形实验．研究结果表明：等离子熔射成形技术可以快速制造精细饰纹件，实现成形与加工一体化，且工艺简单、成本低，是极具发展潜力的制造方法．     

均匀化分析扫描路径对熔射皮膜热应力的影响

基于均匀化方法，建立了宏细观连成热应力场计算数学模型，用有限元法计算模拟了等离子熔射快速成膜过程皮膜热应力场，对四种不同喷枪扫描路径下熔射成形皮膜冷却过程热应力场进行了分析。结果表明：采用回形向外扫描模式，皮膜中的等效热应力峰值最小；线性扫描情况下长折线处的应力比短折线处的应力高。在实际喷枪扫描路径的设计和选择中，应尽可能地选择回形向外的扫描模式，同时使组成扫描折线的线段应尽量取短些，以利于降低涂层中的峰值应力。     

基于熔滴多维统计的熔射涂层孔隙率模拟

熔射成形涂层的微观结构,如孔隙的大小、形状、分布和涂层的表面粗糙度等,影响涂层的机械性能和物理性能,进而影响成形零件的使用性能.为方便研究熔射涂层成形过程以及成形工艺参数对涂层孔隙率的影响,本文以镍铝合金为例,依据熔滴薄片照片反映的形状特点生成数字化熔滴薄片,并结合熔滴时间和空间的多维统计特征模拟了熔射成形涂层的孔隙率.模拟涂层孔隙率为6.13％,与参考文献中相同条件下的实验结果5.7％比较接近.研究结果对熔射成形模具和零件的涂层质量控制具有参考意义.     

等离子喷涂过程中喷枪出口处基本参量的预测方法

针对典型的等离子喷涂工艺,提出预测等离子喷枪出口基本参量的方法. 构建了输入功率的多元线性拟合数学模型,实现了喷枪出口射流温度参量的求解. 根据气体状态方程,计算出喷枪出口的射流速度. 计算结果与相关实验基本吻合,并克服了传统方法的复杂性及不确定性.     

消失模珠粒射料充填过程的数值模拟

为了解消失模珠粒射料充填过程,采用Eulerian-Lagrangian方法建立了数学模型,并进行了数值模拟。在该模型中把空气处理成连续介质,采用SIMPLE方法在Euler网格中求解气相连续方程和动量方程;珠粒为离散颗粒,其运动遵循Newton运动定律。采用自行设计的模具进行了实验验证,用数码摄像机记录了珠粒充填过程。数值模拟和实验结果显示:在珠粒充填前期,模具底部空气流动速度快,携带能力强,到达模具底部的珠粒都被带到顶部堆积。珠粒充填超过2/3以后,珠粒才开始在底部堆积,最后形成一个椭圆形漩涡并逐步消失。数值模拟和实验结果符合较好。     

普通大气等离子喷涂过程的数值分析

根据普通大气等离子喷涂的喷枪尺寸和喷枪结构沿轴线对称的特点,建立了包含阴、阳固体电极的扇形计算区,用于分析等离子体的流动特性。运用非局域热平衡方法对电子和重粒子的温度区别对待,并且考虑了等离子气体在喷枪内的电离与复合反应,得出了普通等离子喷涂在纯氩和氩氢混合气氛中的等离子气流温度、速度场分布,以及喷枪喉部尺寸变化对气流的影响。模拟结果表明:在加入氢气之后,喷涂温度、气体电离度和内部气流速度均显著提高;随喉部直径减小等离子气流速度不断提高,最后达到超声速水平,而温度则随着喉部直径的减小而降低,在喉部直径减小到一定程度后温度的变化趋缓。     

喷雾干燥制备陶瓷微球过程的数值模拟

在分析传质和传热方程的基础上,确定了喷雾干燥制备陶瓷微球过程的数学模型及边界条件,用Fluent软件模拟喷雾造粒的颗粒大小和运动轨迹.通过对比计算结果与实验结果,确定了适合制备陶瓷微球的喷雾塔操作参数:当空气入口温度为573Κ,废气出口温度为388K,废气出口压力为-350 Pa时,喷雾头最佳旋转速度为12000 r/min.     

喷雾碰壁混合三维数值模拟

针对国外在喷注碰壁混合的研究现状和存在问题,成功地建立了一个较全面的三维流体喷雾碰壁模型,描述液滴碰壁后粘附,反弹／粘附,飞溅／附壁射流等各种现象,并对一典型燃烧室内的喷雾碰壁混合过程进行三维数值模拟,其计算结果与实验结果比较吻合,说明计算模型的构筑是正确的,具有较高的工程实用价值。     

SiC涂层化学气相沉积过程的数值模拟

根据化学气相沉积法的工艺特点,对C/C复合材料SiC涂层的制备过程进行了数学建模和有限元模拟,得出了反应器内以及试样表面反应物浓度的变化规律,并且获得了反应器内反应物浓度与沉积产物间的关系.结合实验分析,验证了SiC涂层晶粒尺寸的变化和沉积形貌的演变是由于反应气体浓度分布随位置变化造成的:沿着反应气体流动的方向,反应物浓度逐渐降低,沉积得到的SiC晶粒尺寸逐渐减小,沉积形貌由堆积岛状到颗粒状再到晶须状逐级演变.     

快速模具低压灌注成型的数值分析

针对快速模具低压灌注成型的原理和工艺特点，建立了分析成型过程的计算模型，在一定假设成立的条件下将成型过程归结为二维非稳态有内热源的导热过程．并运用数值模拟方法，对影响成型过程中反应体系的温度、反应程度的变化及分布的因素进行了数值分析．其结果可提供有关工艺定性和定量的信息，对改进工艺和提高制品质量具有指导作用。     

Design and Manufacture of a Wax Injection Tool for Investment Casting Using Rapid Tooling

A rapid wax injection tool of a gearbox shift fork was designed, simulated, and manufactured using rapid prototyping and rapid tooling technology to save time and cost of producing wax models used for the investment casting process. CAE simulation softwares, in particular, MoldFlow, are used to get wax injection moulding parameters such as filling parameters, temperature profiles, freeze time, speed, and pressure. The results of this research were compared with conventional wax model production methods. The criteria of such comparison were based upon parameters such as time, cost, and other related characteristics, which resulted in saving of 50% in time and 60% in cost. In this research, design, assembly, and wax injection operation of the wax tool took 10 days. Considering the fact that wax melting temperature is as low as 70℃ and injection pressure of 0.5 MPa, the tool suffers no damage due to the thermal and pressure stresses, leading to the mass production of wax models.     

冷喷涂过程中气固两相流的数值模拟

冷喷涂过程中,由于基板的存在,板前有激波出现,从而对喷涂粒子的运动产生影响.文中建立了二维的气固两相流模型,得出在基板存在的情况下,输送气体、粒子密度和粒子直径等对喷涂速度的影响,并通过调整基板与射流管道出口的距离,找出这一距离对整个流场、粒子速度的影响.     

含能材料等离子体点火过程的数值模拟

建立含能材料在等离子体作用下的强瞬态热传导模型，对Dufort-Frankel差分格式进行了修正，使得时间和空间都是二阶精度，并对含能材料等离子体点火过程进行数值模拟。结果表明，(1)含能材料药粒直径变化对等离子体点火性能有较大的影响，小药粒条件下，点火延迟时间会明显缩短。(2)等离子体温度的增加会使含能材料的点火时间缩短。(3)热辐射的吸收会使在同一时刻有更多的质点感受到热扰动的存在。     

喷雾干燥过程工艺参数的模拟计算

文章对喷雾干燥的计算机模拟计算进行了初步探讨,用Fortran语言编制了程序,对喷雾干燥过程进行了总体衡算和微元衡算,使计算快速、准确,而且便于程序与数据管理。结果表明,计算机完全可以替代人工手算。