熔滴复合电弧增材制造2219铝合金组织与性能

为了提高铝合金电弧增材制造的质量和效率,采用新型的电弧增材制造工艺——熔滴复合电弧增材制造(DAAM)技术来制造铝合金样品.采用全新的熔滴生成系统(DGS)代替传统的送丝系统,使得材料的添加与电弧能量相互独立.成形的材料为2219铝合金,通过熔滴系统添加了微量Mg元素.利用熔滴复合电弧增材制造设备沉积了薄壁结构,沉积速率较传统电弧增材制造技术大幅提升(约为160 mm^(3)/s).观察和分析薄壁结构截面的微观组织表明,薄壁结构的晶粒形态以柱状晶为主,呈现层内柱状晶和层间等轴晶的周期性分布规律.经过T6热处理后,试样水平和垂直方向的平均抗拉强度分别为455.4和417.0 MPa,屈服强度分别为342.4和316.4 MPa.较之前的研究结果对比表明,Mg元素的添加提升了2219铝合金的屈服强度,但导致延伸率降低.

电弧增材制造传热传质数值模拟技术综述

电弧增材制造过程涉及丝材的送入和熔化,熔融金属向熔池的过渡,熔池中液态金属的对流、凝固和成形。缺陷的形成与电弧增材制造过程中发生的复杂多物理场现象密切相关。因此,需要借助高保真数值模拟技术来深入理解这些物理现象,并将其作为优化工艺条件、制造高质量产品的理论依据。本文综述了电弧增材制造传热传质数值模拟涉及的关键技术,并对未来研究方向进行了展望:首先,介绍了几种典型的热源模型,鉴于电弧增材制造过程中熔池的形成与演变是多种驱动力共同作用的结果,分析了浮力、电磁力、表面张力、电弧压力、电弧剪应力模型对流体流动和熔池表面变形的影响;然后,总结了三种金属过渡模型,包括速度入口填充液态金属、指定位置添加球状质量源项以及直接建立固态金属焊丝;最后,介绍了常用的气液界面跟踪方法。

2319铝合金电弧增材制造温度场与应力演变研究

构建2319铝合金电弧增材制造热-弹-塑性有限元模型(FEM),计算成形过程瞬态温度场和熔合线附近温度梯度,分析工艺参数对熔池温度场的影响。研究不同工艺参数下熔池温度场分布规律,结果表明,温度梯度随电流的增加和基板移动速度的减小而增加。在温度场计算的基础上,利用热-弹-塑性有限元模型研究电弧增材过程残余应力的演化和分布规律。单道沉积情况下基板上纵向应力为压应力,沉积层内为拉应力,且纵向应力在数值上与等效应力接近,最大应力出现在沉积层中间部分。研究工艺参数对沉积层应力的影响规律,结果表明,提高基板移动速度可以降低沉积层内部的等效应力和纵向应力,而增大电流则会使沉积层内的等效应力和纵向应力增大。结合温度场结果可知,熔池内温度梯度与残余应力的大小呈正相关关系。

温度与压力对水肥一体化滴灌灌水器堵塞影响研究

【目的】探究在水肥一体化灌溉过程中,温度对灌水器堵塞的影响。【方法】以市场常用的内镶贴片式齿形流道灌水器为研究对象,采用4个温度梯度(15、20、25、30℃),2个工作压力(低压50 kPa、常压100 kPa),进行短周期间歇灌溉堵塞试验,并在试验后用场发射扫描电镜对堵塞物质的结构和组成成分进行分析。【结果】磷酸二铵加速堵塞效果明显,灌溉结束后灌水器平均相对流量下降到15.03%~34.02%;温度从15℃升高到30℃,平均相对流量的下降速率减小,灌水结束后低压下平均相对流量提高18.55%,常压下平均相对流量提高14.88%。温度并不影响堵塞物质的主要组成成分,其主要为磷酸盐沉淀,但温度提高,絮凝现象减弱,堵塞物质表面的复杂程度减小。灌水器中堵塞位置主要集中在过渡区、流道首部和流道尾部,占比分别为29.75%、22.31%、22.31%,改变温度并不影响其堵塞位置的分布。【结论】提高肥液温度可在一定程度上缓解灌水器的堵塞。

滴灌灌水器迷宫流道主航道抗堵设计方法研究

为从结构设计上解决灌水器的堵塞问题,针对滴灌灌水器的各种微小迷宫流道形式,应用计算流体力学(CFD)数值模拟可视化地揭示了迷宫流道内部流动场的情况,并通过流体力学相似实验,用激光多普勒测速仪(LDV)测量了流道中的速度流场,验证了流态模拟计算的正确性。在此基础上,分析了迷宫流道的堵塞机理,针对流道中存在的流动滞止区结构,提出迷宫流道主航道抗堵优化设计方法,使优化后流道中不存在流动滞止区,提高迷宫型灌水器的抗堵性能,并通过了实验验证。

灌水器微细流道水沙两相流分析和微PIV及抗堵实验研究

为可视化研究灌水器微细迷宫流道内含有未过滤掉的沙粒的实际流动状况,进而探索迷宫流道的堵塞机理,针对灌水器复杂且微细的迷宫流道结构(1mm左右),该文选取常用的矩形和锯齿形迷宫流道滴片结构,根据液固两相流理论,对其微细流道进行了水沙两相流计算流体力学数值模拟了CFD分析,得到了迷宫流道内流体的速度和流线分布及沙粒的运动轨迹和浓度的瞬时分布,分析认为流道内的低速区及涡旋区是造成堵塞的主要原因。并根据灌水器迷宫流道水沙两相流实验的需要,构建了微细流道中流动状态可视化测试的微粒子图像测速(Particle Image Velocimetry PIV)实验台,尝试应用微PIV测速技术对流道内两相流流场进行了测定,而且配合短周期堵塞实验验证了CFD计算的正确性。通过短周期堵塞实验分析得到了流道单元的最佳结构参数。

In718合金激光粉末床熔融悬垂结构成形数值模拟与实验研究

针对激光粉末床熔融(LPBF)成形中点阵倾斜支杆的悬垂打印质量问题,以In718悬垂熔道为研究单元,建立三维介观数值模型.基于离散单元法在建模软件EDEM中建立粉末床模型,基于有限体积法在Flow-3D中实现LPBF熔道成形过程,通过数值模拟分析激光-粉末颗粒相互作用的流动、传热、熔化、凝固过程.结果表明,实体-粉末交界区域容易出现不连续的熔道,改善工艺参数可以提高该区域熔道成形的连续性.在低能量密度(44.19 J/mm^(3))下,施加高激光功率(300 W)不会产生匙孔缺陷,能够以比低激光功率(87.5 W)更强的马兰戈尼流动、更快的熔池流动速度填充不连续点,提高实体-粉末交界区域的熔道连续性.

6061铝合金不同填丝MIG焊接接头组织与性能研究

用ER4047和ER5356两种焊丝作为填充材料,开展6061铝合金MIG焊接试验。研究2种焊丝对6061铝合金MIG焊接接头显微组织和力学性能的影响。通过金相观察、硬度测试、拉伸试验、成分分析,评价2种焊丝填充焊缝的组织和性能。结果表明:ER4047焊丝填充的焊缝成形较好,ER5356焊丝填充的焊缝存在严重的未熔合缺陷;ER4047焊丝填充接头热影响区晶粒较粗大,晶粒直径约为23.7~107.7μm,ER5356焊丝填充接头热影响区晶粒较细小,晶粒直径约为21.5~72.3μm;ER4047焊丝填充的焊缝硬度和拉伸强度都明显高于ER5356焊丝填充的焊缝。

滴灌灌水器迷宫流道结构与水力性能实验研究

在对迷宫流道结构特征参数提取的基础上,应用快速成形制造技术制作一体化灌水器实验原型,进行了灌水器水力性能实验。应用多元线性回归拟合出了压力流量关系式和回归曲线图,提出以梯形单元为主特征的流量与结构特征参数关系公式,通过实验验证了其可行性和准确性,建立了此种流道流量压力结构之间的关系。进一步分析了流道制造偏差对灌水器流量的影响,为迷宫型灌水器参数化结构设计和制造中的精度控制提供了理论依据。

灌溉施肥自动控制系统的研究与开发

为了实现滴灌系统中灌溉与施肥的精确控制和同步进行,应用单片机控制与变频调节技术设计、开发了高精度的灌溉施肥自动控制系统,并通过硬件和软件的优化组合,进行了灌溉施肥自动控制系统的自主设计和制造.根据不同作物的不同需要,对灌溉液的电导率和酸碱度进行精确控制和实时调节,利用单片机技术开发了自动施肥控制系统,降低了系统成本.该系统采用模块化设计,其结构紧凑,使用简单,有利于推广使用.

压力补偿灌水器水力性能影响因素分析

压力补偿灌水器以其补偿性能好、灌水均匀、铺设长度长等优点得到广泛应用。但由于影响压力补偿灌水器水力性能的因素比较复杂,因此造成压力补偿灌水器设计和优化的困难。该文通过理论分析确定影响压力补偿灌水器水力性能的关键因素包括压力调节腔出水口位置、出水口直径、压力调节腔凸台高度、直径、小槽宽度、弹性膜片的材料性能与厚度,并进一步通过水力性能试验研究了这些关键因素对灌水器水力性能的影响。结果表明:压力调节腔出水口距离越远,流量调节性能越差;压力调节腔出口直径增大会导致工作区间减小;凸台高度应该<0.3 mm,否则无补偿效果;凸台直径的改变对灌水器性能影响不大;槽宽的增大有利于提高压力补偿过程的平稳性,但减弱流量调节性能;膜片硬度对补偿效果影响很大,硬度为50 HA时补偿效果最优;膜片厚度的增加可减缓高压阶段流量随压力增长而下降的趋势,有利于灌水器在高压工况下保持流量稳定。研究为压力补偿灌水器的设计和优化提供了参考。

我国压力补偿灌水器的研究进展

概述了近十年来,国内外压力补偿灌水器的应用情况及研究进展,在综合数值模拟、快速成型技术、可视化试验平台等多种先进技术手段的基础上提出了压力补偿灌水器比较完善的开发路线,并对该路线中涉及的关键问题进行了讨论。补偿机理的研究是压力补偿灌水器设计研发的核心,本文通过课题组已完成的部分工作,指出采用流固耦合方法进行数值模拟,获得灌水器内部压力速度分布及膜片变形情况,结合可视化试验是阐明压力补偿灌水器补偿原理、加快压力补偿灌水器研究的有效途径。

一体式压力补偿灌水器快速设计新方法

为降低压力补偿灌水器制造和装配的复杂性,设计了新型的一体式压力补偿灌水器,并基于快速成形技术,提出了一体式压力补偿灌水器的快速实验和定型方法。采用正交实验设计方法,取压力补偿区结构参数为因素,设计并制作一体化滴管进行其水力性能实验分析,结果表明,补偿区流道单元个数和剪切深度对灌水器补偿性能影响显著,而且滴头体上迷宫流道尺寸对灌水器流量影响最大。建立了关键结构参数相对于流量和流态指数的关系式,通过实验验证了其正确性。最后进行了压力补偿区液固两相流抗堵塞机理计算流体动力学分析,为新型压力补偿灌水器的结构设计提供了理论依据。

农业节水灌溉微滴头的快速开发

介绍了根据流道的流体力学原理进行的微滴头迷宫形流道设计 ,面向工艺的结构 CAD模型的生成 ,以及利用快速成形制造技术进行样件和一体化实验原型的快速制备 ,通过水流量实验完成微滴头的快速定型。开发的微滴头可直接应用于灌溉生产实际中 。

微压滴灌灌水器设计及快速开发平台技术

针对目前滴灌技术研究向低能耗方向发展的趋势,为降低滴灌系统成本,基于计算流体力学两相流CFD数值计算,进行了新型的微压抗堵灌水器结构CAD设计,并应用微PIV系统测量研究其内部流动特性,着重进行了微流道两相流PIV测量和分析。结合高精度激光快速成形技术(RP&M),建立了微压滴灌灌水器快速开发平台,制作微压灌水器实验件并进行其水力性能及抗堵性能分析,经过回归分析得到微压滴灌灌水器的结构参数水力性能经验公式,为设计新型抗堵微压灌水器提供理论依据。

节水滴管模具快速制造方法研究

实现内镶式节水滴管模具的快速制造 ,针对滴管上复杂的迷宫流道的结构特点及分布 ,应用快速成形制造技术制作滴管原型 ,进行滴管实验和定型 ;应用快速模具技术制备滴管快速喷涂模具 ,进行产品试制 ;以精密模具制造技术为核心 ,以滴管 CAD设计参数驱动 ,一次性成功进行滴管注射模具的设计与快速制造。

滴灌管内嵌管状滴头的快速制造方法研究

针对我国干旱半干旱地区节水灌溉的需要 ,应用快速成型制造技术 (RP& M)进行滴灌管内嵌管状滴头的快速制造方法研究的设计及其模具的快速制备 ,详细介绍了管状滴头 CAD设计中所进行的工艺设计 ,RT工艺模型的生成 ,样件的制备和金属喷涂快速注塑模具的制造。利用快速成型制造技术 ,设计制造周期短 ,模具质量高 ,从而可以实现对市场的快速响应。

迷宫型灌水器水沙两相流场分析及结构改进

为了解决迷宫型灌水器微细流道容易堵塞的问题,针对其复杂的微细流道结构(实际尺寸在0.8～1.2mm之间),根据灌水器工作时灌溉水中存在过滤不掉的沙粒的实际情况,首先应用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值计算的方法,进行灌水器整体迷宫流道水砂两相流数值模拟,根据其流动场分析其堵塞的结构因素。同时应用粒子图像测速(Particle image velocimetry,PIV)技术,搭建灌水器流道流动场微PIV测试台,测量实际尺寸大小的微流道中流动场和粒子运动状况,得到其流动场流线图和粒子运动轨迹图,并通过灌水器的抗堵塞性能试验,验证了迷宫型灌水器微流道中流动场和粒子状况分析计算的正确性。针对流道中存在的容易引起堵塞的流动滞止区进行结构优化改进,试验结果表明,应用改进的结构可提高迷宫型灌水器的抗堵塞性能。

常温微压印中抗蚀剂流动的研究及工艺优化

为提高微压印中抗蚀剂的复型精度,利用POLYFLOW,基于流固耦合方法对常温压印过程中抗蚀剂的流动进行了有限元模拟,系统地分析了抗蚀剂的初始厚度,留膜厚度,模具的深宽比,占空比,模具下压速度等因素对抗蚀剂流动填充的影响规律。搭建了压印的可视化实验平台,通过该平台对不同工艺条件(包括抗蚀剂的初始厚度,留膜厚度以及模具的下压速度)及软模具结构(深宽比,占空比)下抗蚀剂的流动填充过程及其填充形貌进行了实时观测,并与数值计算结果进行比较。结果表明,在不影响填充效率的情况下,采用低速下压(≤1μm/s)方式,在占空比>0.375,深宽比<2时,填充度可达到90%以上。仿真和实验验证了优化的压印工艺条件和模具结构。另外,本文还引入了增加模板特征高度预留量的概念,可进一步提高复型精度。

基于再设计的平带传动专家系统设计

阐述了专家系统在带传动设计中的应用 ,建立了平带传动设计的专家系统。论述了建立本系统的关键技术 ,如产生式规则表示的知识表达、评价 -决策模型等 ,应用“设计 -评价 -再设计”交互式设计方法 。