送粉激光熔覆温度场数值分析

在ANSYS平台上,建立了瞬态三维送粉激光熔覆熔池温度场的物理模型,对在特种钢材34CrNiMo为基材上进行Ni基粉末激光熔覆的过程进行了数值模拟.使用生死单元法来模拟熔覆粉末在熔池形成前后与熔池的交互作用,计算出了激光熔覆熔池的自由表面形状、熔池温度场.计算所得熔池截面形状与试验熔池截面形状基本吻合,证明所建立的瞬态三维激光熔覆熔池温度场的物理模型是正确合理的.     

原位自生陶瓷颗粒增强激光熔覆层微观组织结构及TiC晶体形貌生长机制

采用激光熔覆工艺在45碳钢表面用自配Ni60+(B_4C+Ti)粉末体系制备了陶瓷颗粒含量不同的激光熔覆层,用XRD、SEM、EDS、TEM及显微硬度计等分析手段,详细研究了熔覆层的微观组织结构,分析研究了熔覆层中原位自生TiC颗粒形貌及生长机制.激光熔覆层中不仅形成设计的原位自生TiC、TiB2颗粒,还形成CrFeB、Cr_7C_3等相.其中颗粒状TiC颗粒较均匀的分布在熔覆层中,有时会呈"串点"分布,熔体中生长充分时形成枝晶状,根据晶体生长理论分析并提出了TiC枝晶的生长模型.     

TiCP/Ni60耐磨耐蚀激光熔覆层的制备及干滑动摩擦磨损性能研究

本文研究了通过激光熔覆工艺在45#钢表面制备TiCP/Ni60复合材料熔覆层的组织结构及干滑动摩擦磨损性能.研究结果表明,碳素钢表层形成的1～2 mm厚度的激光熔覆层,主要由硬质相M23C6、CrB及固溶体γ-Ni等组成,大量M23C6的形成,使Ni60熔覆层硬度达到HRC 58.8,熔覆层中添加15%的TiC可使熔覆层硬度进一步提升到HRC66.3;熔覆层中TiC使其摩擦系数有所降低并趋于稳定,全载荷范围内摩擦系数的波动从0.22减少到0.062.TiC颗粒的加入可明显降低熔覆层磨损率,但TiC颗粒的存在磨损面上不形成摩擦层;熔覆层中TiC颗粒含量过多,则在干滑动磨损过程中提高耐磨性的同时,也会促使TiC破碎形成磨屑,碎裂的TiC小颗粒,加剧磨粒磨损,过多的TiC也会急剧熔覆层内部裂纹的形成和扩展,加剧剥层磨损.     

激光熔覆技术在铝合金活塞生产中的应用

本文通过对生产实践中的激光熔覆实验和熔覆层抗蚀性试验的研究,说明在铝合金活塞生产中应用激光熔覆技术的可行性及其广阔的应用前景。     

激光熔覆涂层的组织特点与裂纹产生的机理探讨

碳钢、铸铁表面分别采用激光熔覆N i基、Fe基合金涂层,观察并分析了熔覆涂层界面及其显微组织和硬度特点,探讨了碳钢表面激光熔覆层裂纹产生的机理.     

静磁场对熔融液滴振荡变形影响的相场模拟

为了解静磁场作用下熔融液滴振荡过程的特征,采用相场法数值模拟了硅熔体液滴的界面变形和内部对流过程,分析了轴向静磁场对初始形状为二阶Legendre函数硅熔体液滴界面振荡和内部对流的影响.研究表明:施加静磁场以后,液滴收缩较快,说明静磁场抑制了液滴内部流动;随着磁场强度从0增加至0.9 T,流函数最大值从0.57减小到0.08,液滴的界面振荡和内部对流逐渐减弱,液滴的长短轴比更快趋近于1,但磁场对液滴的振荡周期没有明显影响,显示相场法能够模拟密度较大的熔融液滴的界面振荡和内部对流过程.      

激光熔覆Ni30WC合金粉末修补42CrMo钢的研究

作为高速列车车轴常用的原材料,42CrMo车轴钢在工作中,常因发生疲劳、拉伤断裂、局部磨损等问题而影响使用.为了延长工件使用寿命,在实验中利用激光熔覆技术修复其磨损失效区域,在功率850W,扫描速度8 mm/s的条件下,对车轴钢42CrMo熔覆Ni30WC镍基粉末,制备出与基体结合牢固的熔覆涂层.利用显微镜(OM),扫描电镜(SEM)观察涂层组织形貌,利用X射线衍射仪(XRD)分析涂层物相组成,使用显微硬度仪测量涂层硬度.结果表明:在熔覆层中,主要形成WC﹑W2C﹑(Cr,Ni)和Ni C等物相,涂层与基体结合牢固,但存在明显的裂纹,孔洞等缺陷.涂层硬度显著提高,是基体硬度的3倍以上.     

车辆通风式制动盘内部通道对流换热研究综述

总结了通风式制动盘内部通道对流换热的研究成果,从内部通道的质量流量、对流换热系数和有效散热表面积三方面,分析了不同结构设计对制动盘内部通道换热的影响;从解析法、数值分析法和试验测试法三方面,综述了国内外在对流换热分析和检测方法的研究概况。研究结果表明:在径向叶片制动盘通道内,主要存在2种流动方式,由紧邻叶片吸力侧气流分离引起的回流和在径向通道内部旋转的二次流,抑制回流区的形成可以提高泵送空气质量流量,使通道内的温度分布更加均匀,二次流将促进通道间的空气混合流动和湍流的发展,加强局部剪切应力,改善制动盘散热性能;综合应用射流冲击强化方式(多束流、旋流和多方向射流等)、高孔隙率和类柱状结构优化设计也能够改变流体在通道中的流动状态,这些措施都会使得通道内流体扰动增大,热边界层变薄,壁面附近的速度梯度增大,有效提高了制动盘的对流换热系数,增强了散热能力;采用解析法和数值分析法得到的结果具有很强的理论参考价值,而采用试验测试法所获得的结果更加接近制动盘实际内部温度和气体流速的变化,因此,若能将三者无缝结合,实现优势互补,则最具有科学研究价值;在对高速车辆制动盘结构进行优化设计时,为了获得最大的散热效率,往往忽略了通道内摩擦压降和流动阻力,因此,如何平衡散热与摩擦压降、流动阻力之间的关系,还需进一步深入探索与研究。      

过程参数描述的等壁温平行平板间层流对流换热特性

传热过程中的过程参数为傅立叶定律定义的热通量.对等壁温平行平板间层流对流换热进行过程参数描述,揭示了壁面上和流体内部流动速度和速度梯度对对流换热的贡献.结果表明:如果把传热过程以过程参数进行描述可以获得对传热的深刻表述和理解.     

船用燃机碳氢燃料流动传热特性研究

本文针对船用化学回热燃气轮机回热通道内碳氢燃料流动传热特性,构建了基于RK-PR立方型状态方程及其混合规则高温裂解态碳氢燃料的热物性计算模型,建立了准一维高温碳氢燃料流动-传热-热裂解计算模型.相关计算结果表明：雷诺数的峰值随着质量流量的增加而向回热通道出口方向增大,对流换热效果增强;回热通道截面内径越大,对流换热系数越小;回热通道长度越小不代表着换热效果越好,换热长度越大,温差越小,即热壁面温度越接近冷流体温度,但回热通道具体长度应根据实际情况来选取.     

激光熔覆镍基自熔性合金(Ni60A)热循环特性及力学性能

为了确定激光3D打印镍基合金的最优熔覆工艺参数，研究其制备过程中的温度场和应力场.基于ANSYS(采用高斯移动热源),对镍基合金粉末过程进行数值模拟仿真，并对不同激光输出功率下激光制备镍基自熔性合金涂层的温度场(瞬间温度)和应力场进行分析.结果表明，高斯激光中心区域的温度和复合涂层的残余应力都随激光功率的增加而增大，且残余应力是导致激光涂层产生裂纹的主要原因.可以通过调整激光功率到合适的数值来降低热影响区，并制约裂纹、孔洞等缺陷的产生.     

H13钢激光仿生强化单元工艺研究

用均匀设计试验和逐步回归统计学方法研究了H13钢激光仿生强化中激光功率、扫描速度、激光密度对仿生单元截面形貌参数、表面粗糙度的影响规律.研究表明:激光密度对仿生单元截面形貌参数影响最为显著,与熔融区的熔深、截面面积、热影响区宽度、热影响区深度、熔融区和热影响区综合截面面积成简单线性递增关系;单元表面粗糙度与扫描速度呈开...     

铝合金AL3003的激光焊接工艺研究

采用500瓦光纤激光器对动力电池的铝合金外壳进行了焊接。通过调节激光焊接速度、离焦量等工艺参数进行试验研究。结果表明,在激光功率一定时,焊接速度对焊接的熔深影响最大,而离焦量对焊缝的外观缺陷起到决定性作用。在速度为10mm/s以及离焦量为负0.3mm时得到最佳的焊接效果。     

边界元法在液力变矩器内流场中的应用

本文建立了适用于液力变拒器导轮叶栅内流场流动状态的边界元法计算 模型和计算程序,利用激光测速仪获取边界条件,从而得到了导轮叶松 内部二维速度场。此外,通过与实测值比较,检验了程序的精度。      

SCR催化转化器内流场数值模拟与结构改进

利用计算流体动力学(CFD)软件,对结构改进前后的SCR催化转化器内流场进行了三维稳态流动数值模拟,对比分析了改进前后两种不同结构的催化转化器内流动特性。模拟结果显示:结构因素对催化转化器的内流动特性有很大影响,通过结构改进,减小了压力损失,使其内部速度分布和温度分布更加均匀。     

TiO2-CNTs/FeNi36激光熔覆复合涂层制备研究

采用激光熔覆技术制备了TiO2-CNTs/FeNi36复合涂层,研究了核壳式TiO2-CNTs增强体对激光熔覆复合涂层孔洞、微观结构和摩擦学性能的影响.结果 表明:核壳式TiO2-CNTs增强体的加入大大减小了复合涂层中孔洞数量和尺寸,有效抑制了涂层大孔洞的产生;增强体的加入没有改变因瓦合金基体物相组成,基体合金仍为[...     

转动圆柱对封闭腔内混合对流换热的影响研究

为研究转动部件对受限空间内对流换热的影响,数值分析了二维封闭方腔内转动圆柱引起的混合对流换热,对比了圆柱转动方向对流场、温度场和换热的影响.结果表明,随着理查森数Ri的增大,方腔内的流动逐渐由强制对流占主导地位向混合对流以及自然对流占主导地位过渡.Re=150,圆柱逆时针转动时平均Nu随Ri增大而增大,而圆柱顺时针转动时平均Nu随Ri增大先减小后增加;Ri=0.1及Ri=1时,圆柱逆时针转动时的局部Nu峰值高于顺时针转动,且最大相差分别为1.89%和19.33%.Gr=5×10~4,圆柱逆时针转动时的平均Nu随Ri增大而减小,而顺时针转动时的平均Nu随Ri增大也呈现先减小后增加的趋势;Ri=0.1及Ri=1时,圆柱逆时针转动与顺时针转动时的局部Nu峰值间最大相差分别为3.96%和26.17%.在Ri=2时,Nu具有最小值且圆柱转动方向对方腔内Nu的影响最大,对于固定Re和Gr两种情况下,圆柱逆时针转动时平均Nu比顺时针转动时分别提高约91.9%和93.6%.     

动车组轴盘温度场及应力场数值模拟分析

以CRH2型动车组轴盘制动系统为雏形,基于摩擦功率法研究了轴盘热载荷计算方法及边界条件的确定。依据能量守恒法简化计算施加于制动盘体表面的热流密度,确定出列车紧急制动情况下平均强迫对流换热系数和平均自然对流换热系数的函数曲线关系。于ANSYS软件中模拟出CRH2型高速动车组紧急制动情况下轴盘制动盘的温度场分布和应力场大小。结果表明在制动过程中列车制动盘在开始制动瞬间表面温度迅速上升,当达到某一峰值后缓慢下降,直到制动停车。制动开始后盘体热应力急剧上升,然后随着速度逐渐降低得到缓解释放。     

注射成形填充模拟的修正算法

为提高注射成形过程数值模拟结果的准确性,采用类似迎风法的概念,通过对平流方程作为填充状态控制方程而导致模拟失真原因的分析,提出了相应的数值修正算法.该方法在高效显式数值模拟算法和有限元软件基础上,通过对模型内流体速度场的系统性操作,削弱空气流动速度场对喂料填充的不真实影响,使得填充状态的输送更基于流动前沿面后部的流场作用,并对⊥型和L型模腔进行了数值仿真.结果表明:该方法能有效抑制填充流的失真现象,实现了在流动过程中流向发生大角度变化模腔的正确填充过程.      

激光焊接7A52高强度铝合金焊缝气孔形成机理研究

为实现航空航天装备和汽车的结构轻量化,故使用厚度连续变化的7A52高强度铝合金板代替传统不锈钢等金属,从结构和材料密度两个角度实现轻量化。通过恒定功率的激光焊接铝合金变厚板时,单位体积内吸收的热量不同,匙孔演变产生气孔,影响焊缝质量。焊缝内气孔主要由金属蒸气作用到匙孔壁,匙孔壁受力不均产生,为探究匙孔动态演变产生气孔的机理,提出将匙孔壁面的局部范围空间分为一定数量的小正方体块,计算相对较小范围内的能量和力,计算结果结合焊缝微观检测结果,分析力对匙孔壁面的作用。厚度小的一端焊缝充分熔透,匙孔壁面受到金属蒸气产生的压力和表面张力的不平衡作用,匙孔壁面局部范围形成气泡,厚度大的一端未熔透。铝合金焊缝凝固后,晶粒生长影响气泡的逃逸路径,气泡最后演变为气孔。