基于高速摄像的脉动态电解加工电流特性研究

针对脉动态电解加工的电流特性开展多物理场耦合仿真分析,仿真结果显示电流波形以最小加工间隙时刻对称分布。针对在脉动态电解加工实验中观察到的加工电流峰值实际前置于最小加工间隙时刻的现象,采用高速摄像对脉动态电解加工中的产物情况进行观测,并结合图像灰度处理软件对产物在间隙中的比例进行量化分析,分析结果表明产物在加工间隙内的堆积过程特性是引起电流波形峰值前置的主要原因。     

航空叶片电加工多物理场耦合仿真及实验研究

针对涡轮转子叶片电解加工过程参数分布复杂、型面难以预测的问题,分析电解加工过程中电场、流场、温度场特性,建立多场耦合数学模型并利用Matlab ode45函数求解多物理场耦合数值解;利用COMSOL软件对叶片电解加工过程多物理场进行数值模拟,得到加工间隙内电解液流速、温度、电解质电流密度的分布规律;选择合适的工艺参数完成了Inconel 718叶片电解加工试验,用三坐标测量机得到叶片轮廓曲线的实测值,与单电场仿真的理论值与多物理场耦合后仿真的理论值进行对比。结果表明,多物理场耦合仿真的理论值更接近于试验检测的实测值,能够准确模拟实际电解加工过程,可以为实际加工过程阴极工具设计、参数优化等提供理论依据,对提高电解加工质量和效率有重要意义。     

电解加工过程多物理场耦合仿真及试验研究

针对电解加工过程中复杂、难以预测的问题,建立小孔内扩孔电解加工过程多物理场耦合的数学模型,利用COMSOLMultiphisics软件进行仿真分析,得到加工间隙内的流速分布、电流密度分布和温度分布,并分析了不同加工时间和电压对温度分布的影响。选择合适的工艺参数进行试验,得到了小孔内壁轮廓曲线的实测值,并与耦合多物理场仿真的理论值、未耦合多物理场(仅电场)仿真的理论值进行对比。结果表明,耦合多物理场仿真的理论值与实测值更接近,误差更小,可以准确地模拟实际电解加工过程。     

小锥度锥形孔电解加工的试验研究

针对常规加工方法难以满足在难加工材料上进行锥形孔加工的难题,尤其是小锥度锥形孔的加工,本文建立了小锥度锥形孔电解加工的多物理场耦合数学模型,基于COMSOL开展了电解加工过程的多物理场耦合仿真,进行了小锥度锥形孔的电解加工试验研究,通过设置不同的阴极进给速度、工作电压分别得到不同锥度锥形孔的仿真和试验测量轮廓曲线,并进行对比分析,总结工艺参数对锥形孔轮廓曲线的影响规律,验证加工过程多物理场耦合仿真模型的准确性。     

回转体表面掩膜微细电解加工有限元分析及试验研究

针对在回转体零件表面加工微织构的难题,文中建立了回转体表面微细电解加工的多物理场耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行了仿真求解。设计了掩膜电解加工专用夹具和电解液系统,优化了电解液的流道结构,在较低加工电压和较短加工时间的条件下,开展了工艺试验。通过对比分析微坑深度的仿真值和测量值,验证了加工过程多物理场耦合仿真模型的准确性,得到了形状精度高、均匀排布的直径为φ200μm的微坑阵列,为在回转体表面加工微织构提供了一种合理有效的方法。     

电解加工新工艺及发展趋势

电解加工是多物理场耦合作用下特种加工方法,具有加工效率高、表面质量好、工具阴极无损耗等优点,同时也存在着加工精度不够高、工艺不够稳定、加工技术复杂、设备投资大等缺点。首先阐述了电解加工发展的新工艺与新技术,主要包括高频窄脉冲电流电解加工、展成法电解加工和复合电解加工。然后阐述了计算机技术在电解加工中的应用,重点介绍了电解加工的多物理场耦合模拟和电解加工中的计算机控制技术。最后阐述了小型、精密、光整电解加工的应用发展。     

基于多场耦合的电解加工腐蚀模拟

为掌握电解加工过程中多物理场耦合机制,利用湍流气泡流模型对电解加工对电解加工中气液两相流场进行描述,并耦合电化学相关模型,分析了初始状态及不同时刻下的电流密度和工具阴极、工件阳极表面气泡率的分布规律.仿真结果表明:间隙两端的杂散电场和阴极表面析出的氢气会使加工间隙内的电流密度分布不均匀,从而影响工件的腐蚀成型.此次研究结果可为缩短实际加工试验的周期,提高加工精度提供参考.     

振动进给对表面小微结构电解加工流场的影响

为研究振动进给对表面小微结构电解加工流场的影响，以薄片表面小微结构为研究对象，建立了电解加工多场耦合仿真模型，对持续进给和振动进给条件下微结构电解加工过程进行仿真，并开展工艺试验，研究了振动进给对流场的影响规律。结果表明，耦合间断放电的振动进给可保证电源开通前电解液更新为电导率分布均匀的初始状态；随着加工深度的增加，振动运动对流场的扰动减弱，而沿程气泡分布趋于均匀；对于加工深度在0～0.5 mm的表面微结构，振幅为0.3 mm、频率为40 Hz的振动进给运动对流场条件改善效果较好，有利于提高薄片表面小微结构电解加工过程稳定性、表面质量以及尺寸一致性。     

抽吸电极电解加工微小孔加工工艺研究

航空发动机中的微小孔电解加工的入口杂散腐蚀影响着零部件的疲劳强度,针对电解加工微小孔时入口形貌不理想的难题,利用抽吸电极电解加工方法,有效降低了高温合金上微小孔入口的杂散腐蚀。通过多物理场耦合模型分析了电解加工过程中的电场、流场分布情况和轮廓成型过程,与相同参数下管电极电解加工对比,同时研究加工过程中的供给流量与抽吸压力的大小对入口形貌的影响,并优化了仿真参数,进而指导加工工艺。仿真与试验结果表明：采用合适的抽吸电极结构和加工工艺参数,电解加工的入口杂散腐蚀区域可明显减小甚至消失,可以有效提高加工定域性;在其他参数不变的情况下,采用1.5 mL/min的供给流量、27 mL/min的回收流量时,加工过程稳定无短路,获得的入口形貌无杂散腐蚀。研究结果对进一步了解抽吸电极电解加工的原理以及提高高温合金小孔加工质量均具有重要意义。     

钛合金疏水表面微坑阵列的掩膜电解加工仿真与分析

为改善钛合金疏水性能,获得较高的接触角,使用掩膜电解技术对钛合金进行了凹坑阵列表面微织构的加工。首先,建立微坑阵列掩膜电解加工的数学模型并进行多物理场耦合仿真;其次,分析掩膜电解加工参数对微坑阵列的作用,并借助润湿理论模型获得微坑阵列的固-液接触面积比;最后,以该面积比为因变量,以电解质质量分数、电解电压和掩膜尺寸为自变量,进行正交试验仿真和极差分析,获得最佳工艺参数组合。与仿真预测值相比,微坑阵列单元体直径、间距、深度、固-液接触面积比和表面接触角的测量值误差均小于8%,从而表明该方法在未经低表面能材料修饰的情况下,成功制备了接触角约为140°的微坑阵列。     

Enhancement of surface roughness in electrochemical machining of Ti6Al4V by pulsating electrolyte

Electrochemical machining (ECM) is widely used in machining a variety of components used in aerospace, defence, automotive and medical applications. The surface roughness of the ECM process has become important because of increased quality demands. Considerable attention has been paid to achieving low surface roughness in ECM. Surface roughness is closely related to the distribution of gases and Joule heat produced during the ECM process, which affect the electrolyte electric conductivity and directly determine the surface roughness. In this report, a pulsating electrolyte, which is one of the unsteady flows that are characterized by periodic fluctuations of the mass flow rate and pressure, is first introduced to the ECM process. The ECM process is affected by the pulsating electrolyte because it can modify the heat transfer. The goal of this report is to present experimental results of the surface roughness obtained on Ti6Al4V samples using a developed pulsating electrolyte supply system in ECM. It is observed that a lower surface roughness and higher material removal rate could be obtained by using a pulsating electrolyte with proper pulsating frequency and amplitude. In direct current ECM, the surface roughness Ra is 5.7 μm, the material removal rate is 0.85 g/min at a constant electrolyte, the lowest surface roughness is 3.69 μm and the largest material removal rate is 0.92 g/min, which are obtained at a pulsating frequency of 10 Hz and amplitude of 0.2 MPa. In pulsed current ECM, the surface roughness Ra and material removal rate are 0.67 μm and 0.38 g/min at a constant electrolyte, respectively, and both the minimum surface roughness Ra of 0.53 μm and maximum material removal rate of 0.39 g/min are observed when the proper pulsating electrolyte flow frequency and amplitude are used.     

基于电场和流场耦合的微坑电解加工数值研究

表面织构技术能够有效降低摩擦副表面摩擦和磨损。以方形微坑电解加工为对象,充分考虑加工中电场与流场相互关系建立了耦合场理论模型,采用数值计算方法得到了耦合场电势分布、电流密度分布和体积分数分布等,探讨了入口压力与出口最大氢气体积分数的影响关系,研究结果可为方形微坑电解加工提供一定的参考。最后开展了方形微坑电解加工实验,得到了方形微坑实验件。     

现代大型风电机组现状与发展趋势

在各种可再生能源利用中,风能是使用最为广泛和发展最快的可再生能源之一,是近期内最具有大规模开发利用前景的可再生资源。通过对风力发电产业现状进行梳理、归纳和分析,总结了风电机组未来发展趋势,并对风电机组风轮气动分析、载荷计算与分析、结构动力学与控制、能量流传递与调控和变桨距系统等研究现状和面临的问题进行了分析。指出风电机组是涉及多学科理论的复杂非线性系统,包含多物理场和多物理过程,在进一步深入研究过程中,应充分运用多学科知识,采用系统科学的思想方法才能获得全面深入的研究结果。     

Piezoelectric pump with flexible venous valves for active cell transmission

The development of organ-on-a-chip systems demands high requirements for adequate micro-pump performance, which needs excellent performance and effective transport of active cells. In this study, we designed a piezoelectric pump with a flexible venous valve inspired by that of humans. Performance test of the proposed pump with deionized water as the transmission medium shows a maximum output flow rate of 14.95 mL/min when the input voltage is 100 V, and the pump can transfer aqueous solutions of glycerol with a viscosity of 10.8 mPa·s. Cell survival rate can reach 97.22% with a yeast cell culture solution as the transmission medium. A computational model of the electric-solid-liquid multi-physical field coupling of the piezoelectric pump with a flexible venous valve is established, and simulation results are consistent with experimental results. The proposed pump can help to construct the circulating organ-on-a-chip system, and the simple structure and portable application can enrich the design of microfluidic systems. In addition, the multi-physical field coupling computational model established for the proposed piezoelectric pump can provide an in-depth study of the characteristics of the flow field, facilitating the optimal design of the micro-pump and providing a reference for the further study of active cell transport in organ-on-a-chip systems.     

沥青发泡本质特征解析下的腔体设计与评价

一定条件下沥青产生泡沫现象即为沥青发泡过程,是在特定容积的腔体中多物理场和流场耦合效应的结果。发泡性能受控制参数(压力、温度、流量),沥青物理性质(针入度、粘度)以及装备中关键部件结构参数(发泡腔体的结构形式、各喷嘴的尺寸、位置)的影响。为制备高品质(膨胀率大,半衰期长)泡沫沥青,必须遵循沥青发泡行为的本质特征,在多参数条件下对多相流的耦合场进行精确的过程控制。为此,以沥青发泡装置的关键部件为研究对象,总结国内外典型发泡腔的结构形式,并提出一种新型发泡腔结构形式。采用理论与试验并行的研究方法,分析沥青发泡的本质特征,并在强模糊性的多相流耦合场中探寻沥青发泡效果的评价指标,最终构建出沥青发泡本质特征与发泡腔体设计之间的映射规律。     

脉动磁场铸造

脉动磁场铸造是将铸型放置在电磁线圈中,浇注金属后线圈立即通电,产生脉动磁场,液体金属受到脉动电磁压力的作用,造成消除铸件缺陷并改善结晶组织的效果。脉动磁场可以完全消除Al-u5%合金试样的宏观缩松与显微缩松;使铝合金试样的密度平均提高0.9%;使纯铝试样的集中缩孔相对深度由0.56减少到0.05。脉动电磁压力迫使液体金属反复冲刷树枝晶间的孔道是消除缩松的主要原因,促进晶粒的沉积作用是减少缩孔的原因。在哈尔滨汽轮机厂进行了生产验证,效果良好。     

微型机电系统的建模与仿真研究

概述了开展微型机电系统 (MEMS)建模与仿真研究的意义和必要性。提出了MEMS建模与仿真技术的特点 :( 1)多物理场耦合 ;( 2 )材料特性的变化 ;( 3 )依赖快速有效的算法 ;( 4 )原子尺度仿真。分别从器件级仿真、过程仿真和系统级仿真三个层次说明了MEMS仿真的方法。最后结合MEMS建模与仿真技术的发展现状 ,指出了该领域今后的发展趋势。     

氦气介质干气密封热-流固耦合建模及性能分析

以氦气介质螺旋槽干气密封为研究对象,考虑密封环温度分布、变形与气体性质、膜厚、生热等因素之间的相互作用关系,将流体域和固体域方程耦合,根据密封结构特征设置力、热边界条件,建立用于干气密封性能分析的热-流固耦合计算模型。基于该模型对氦气干气密封进行热-流固耦合分析,探讨不同转速及槽深对密封性能及其他参数的影响规律。结果表明:在研究的参数范围内密封环存在明显的热变形与力变形,会造成间隙形状的明显变化,从而强烈影响密封的泄漏等性能;工况参数和几何参数变化同时影响流场、传热和变形特征,通过各物理场的耦合作用影响密封的性能。建立的该多物理场耦合模型可用于氦气及其他气体介质干气密封的性能预测和辅助结构设计。     

新型PDMS电磁微阀动态特性仿真研究

提出一种可用于气动微流控芯片气压控制的PDMS电磁微阀。阐述了PDMS电磁微阀的工作原理与结构,给出了电磁驱动器数学模型。建立了自感系数、线圈电流、阀芯运动电压、机械运动和电磁吸力的仿真模型;建立了PDMS电磁微阀电磁力、阀膜弹性变形力与微流道内气、液作用力之间的多物理场耦合数学模型。利用MATLAB/Simulink软件建立PDMS电磁微阀阀膜形变模型、出口流量模型,并与5个电磁驱动器子模块连接。对电磁驱动器动态响应特性和PDMS电磁微阀流量动态特性进行仿真分析,给出了PDMS电磁微阀阀芯驱动力、阀芯响应特性和动态流量特性分析结果。     

星载薄膜反射阵天线机电耦合模型及其应用

薄膜反射阵天线面密度低、收纳比高、电设计自由度高,在实现星载天线“高增益”、“轻巧化”的要求上有巨大的优势。但目前还没有在轨使用的大口径薄膜反射阵天线,主要是因为薄膜在空间热环境、光场、电磁波辐射、粒子辐照、重力梯度等多物理场中容易产生大变形与振动,严重影响天线的电性能。为验证大口径薄膜反射阵天线在空间大规模运用的可行性,建立了薄膜反射阵天线的机电耦合模型,研究了反射阵单元误差和馈源误差对天线电性能的影响,分析了薄膜反射阵天线形变与振动对增益和副瓣电平的影响,为薄膜反射阵天线的在轨误差分析提供参考。