压电驱动喷射点胶阀系统性能的仿真与实验

压电喷射阀因其高频、胶滴均匀以及可实现纳升量级的微量胶滴喷射,而被广泛应用于微电子封装。建立了压电喷射阀的机械系统动力学自动分析(ADAMS)仿真模型,基于模型定义流体动力学模型中喷针的运动,实验验证了仿真模型的合理性。通过实验和仿真,研究了喷射阀的动态性能和胶滴喷射的动态过程,分析了胶液填充速度对胶滴体积的影响规律。实验探究了不同行程下喷射阀的喷射性能,胶滴体积的一致性误差不超过±6%,绝对误差随行程增大而增大,当行程为0.06 mm时,相对误差不超过±3%。

回归温度和时间对深冷变形7A85铝合金显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响

为了平衡合金的强度、塑性与耐蚀性,在不同回归温度和时间条件下对深冷变形7A85铝合金的显微组织和综合性能进行研究。结果表明,在较低回归温度和时间的回归再时效(RRA)制度和T6(120℃,24h)制度下,合金具有较高的强度,但耐蚀性较差。对于RRA,在一定范围内增加回归温度和时间会降低合金的强度,但合金的电导率和耐蚀性显著提高。然而,过度地增加回归温度和时间使合金的耐蚀性降低。相同的回归温度下,随着回归时间的延长,合金的伸长率先减小后增大。与三向深冷变形7A85铝合金的最佳匹配的制度为RRA180-0.5((120℃,24 h)+(180℃,0.5 h)+(120℃,24 h))。

高性能LED封装点胶中流体运动与胶液喷射研究

LED照明具有高亮度、低能耗、体积小、环保等特点,因此被认为是未来替代传统照明方式的最佳光源。而对于高粘度、高频、微量、高一致性的LED荧光粉点胶,目前还存在无法出胶、点胶性能不稳定、胶滴一致性不好等问题。首先阐述了LED照明的应用特点以及当前照明封装产业的技术水平,随后结合将来主流的喷射式点胶技术,利用Flow-3D软件建立了LED喷射点胶过程的计算机仿真模型。随后得到了点胶过程中胶液在喷胶阀内的流动情况,在此基础上又探讨了各因素对胶液喷射的影响规律。其结果可以为后续的研究奠定基础,同时对具体的LED工业生产及封装装备制造也有一定的参考价值。

多道次拉伸和感应电流处理5052铝合金的力学性能和显微组织演变

提出一种多道次拉伸和感应电流处理(IEPT)相结合的复合成形方法,采用TEM和EBSD揭示感应电流对材料显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,采用4次拉伸5%和拉伸后放电,材料伸长率比原始材料增加145%。预拉伸试样经过IEPT处理后,强度下降、塑性提高,材料的位错密度下降,晶粒变形结构向亚结构转变,同时晶粒尺寸略有增加。感应电流减弱材料的各向异性,出现新的<111>//TD织构。电塑性效应和焦耳热效应的结合增强位错运动和空位移动。采用ANSYS软件模拟板料的温度分布,最高温度达到144.7℃。材料强度的理论计算结果与实验数据一致。

大型模锻压机极低速驱动系统的仿真建模、实验验证与性能分析

高性能复杂整体模锻件的等温制造要求大惯量模锻装备必须在极低速下稳定运行,但非线性、时变的锻件变形抗力和柱塞缸所受的非线性摩擦力导致该装备难以在极低速下获得所需的锻压性能。针对这一问题,在考虑锻件的流变特性、低速下特有的静-动交替变换的摩擦特性以及工艺过程和装备运行之间关联作用的基础上,建立基于AMESim与Simulink的大惯量模锻装备低速锻造过程的联合仿真平台,通过实验验证该仿真平台的有效性与精确性,实现低速锻造过程的仿真建模。利用该平台对系统性能的影响规律进行研究,首先揭示了材料成形过程对系统低速性能的影响规律:比较流变特性参数对系统驱动能力的影响程度。研究结果表明:材料参数对系统的驱动力影响由大至小依次是物理化学性质常数y、强度系数c、材料硬化指数n与应变速率敏感性指数m;其次,研究了摩擦力对低速爬行的影响规律。导致低速爬行的2个条件是实际速度接近摩擦的临界速度以及最大静摩擦力与库仑摩擦力的差值太大。这些规律可为大惯量装备的极低速稳定运行提供基础与保证。

2219铝合金火箭贮箱过渡环复杂成形过程中Al_(2)Cu结晶相组织演变与力学性能研究

采用超声辅助铸造技术制备了尺寸为Φ1380 mm×3700 mm大规格2219铝合金铸锭,并通过多向热锻、马架扩孔、多道次变温环轧和形变热处理等工艺将铸锭制备成Φ5000 mm的火箭贮箱用过渡环。对铸锭和环形件的Al_(2)Cu组织与力学性能进行检测分析发现,靠近铸锭心部位置的共晶组织相互桥接形成网络状形貌,面积分数为8.25%;从铸锭心部到边部,共晶组织含量逐渐减少,连续性降低。粗大密集的Al_(2)Cu相经环件成形工艺后发生固溶和破碎,基体内Al_(2)Cu相含量明显减少。其中,靠近环件内径部位Al_(2)Cu相呈带状聚集,平均晶粒尺寸约5~12μm,面积分数约1.02%。密集的Al_(2)Cu相容易造成应力集中,导致微裂纹优先形核和扩展,因此靠近内径处的强度与伸长率偏低,但均满足设计要求。靠近外径处的Al_(2)Cu相分散,面积分数约0.49%,基体内析出大量均匀分布的针状θ’强化相,材料强度与伸长率满足设计要求。

45钢超声辅助干磨削工艺参数与表面性能参数实验研究

对45钢进行超声振动辅助干磨削加工实验研究。构建超声振动辅助干磨削实验装置,对超声振动参数、磨削工艺参数与表面完整性参数之间的关联规律进行实验研究。研究表明:(1)和普通干磨削相比,超声振动辅助干磨削能够减少磨削表面烧伤;(2)在相同的加工条件下,超声振动辅助干磨削得到的残余应力为压应力;(3)超声振动辅助干磨削得到的表面粗糙度值小于普通干磨削得到的表面粗糙度值,并且随着超声振幅的增大,表面粗糙度的值呈现先减小后增大的规律。

适用于机器换刀的一体式刀座结构的承载性能

为了提高一体式刀座系统的承载性能,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对一体式刀座系统受载状态进行分析.结合滚刀的自动拆装过程,研究一体式刀座系统各结构参数间的联动关系及不同结构参数对其承载性能的影响.基于正交试验权矩阵分析法,对显著影响一体式刀座系统承载性能的结构参数进行优化.结果表明,正交试验各因素对一体式刀座系统承载性能的影响程度从大到小依次为:转动块颈部圆角半径、转动块宽度、刀轴与转动块转轴竖直距离.得到一体式刀座系统综合性能最优方案为:转动块宽度107.5 mm,转动块颈部圆角半径60.0 mm,刀轴与转动块转轴竖直距离97.5 mm.优化方案较原始方案整体最大变形降低了11.31%,端盖最大应力降低了34.07%,转动块最大应力降低了41.01%.

金属材料电弧熔丝增材制造研究现状与质量改进方法

电弧熔丝增材制造(WAAM)是一种增材制造技术,近年来在工业上有很大的发展潜力。总结目前WAAM的研究现状和面临的挑战,并提出质量改进的方法。综述WAAM在表面质量、成形精度、显微组织、力学性能、残余应力和变形、孔隙及其他缺陷等方面的研究现状。从前处理、在线处理和后处理3个方面总结消除缺陷、改善显微组织和提高力学性能的方法。WAAM的广泛应用仍然存在许多挑战,可能需要从多个角度出发来实现WAAM的工业化应用。路径规划和切片算法的开发、在线监测系统与现有WAAM设备的结合、后处理技术的复合等将是未来的重点研究方向。

平面弹簧预紧喷射阀系统刚柔耦合仿真与实验

为了适应行业需求,提出了一种平面弹簧预紧的压电驱动喷射点胶阀,用于高速和微量点胶。平面弹簧预紧的设计使喷射点胶阀的结构更加紧凑,占用空间更小,维修与更换更加便捷。利用ADAMS建立了压电喷射阀的刚柔耦合动力学仿真模型;然后通过搭建的实验系统获得了实验结果,在0.09 mm的行程下,喷针的速度就可以达到0.32 m/s,实验结果与仿真结果基本一致,证明了所提出模型的可靠性,为含柔性零件压电喷射点胶阀的设计与研究提供了一种方法。实验探究了不同控制参数对压电喷射阀动态性能的影响,并且对压电喷射阀胶滴体积的一致性进行了实验,胶滴的体积误差在±1.5%以内。

电场固溶处理对2219铝合金第二相及力学性能的影响

2219铝合金中存在着大量的粗大第二相(Al2Cu)粒子是导致其强韧性偏低的重要因素。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉伸测试等材料测试分析手段研究了电场固溶处理新工艺对2219铝合金第二相及力学性能的影响。结果表明:在固溶处理过程中施加12 kV/cm的电场能提高铜元素的短程扩散速度,促进粗大第二相的溶解。与未施加电场相比,电场固溶处理使合金中的粗大第二相的含量降低,粗大第二相的溶解使铝基体中铜元素含量得以提升,进而使后续时效过程中合金弥散相的析出驱动力得以提高,时效后θ’相更细小致密。经过电场固溶处理后,合金的综合力学性能得到改善,合金的伸长率提升较为显著,从13.3%提升至15.6%。

航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造基础研究进展

轻合金是现代航空航天装备突破本体结构承载能力极限的首选材料,高性能轻合金大型整体结构件的制造能力决定了我国航空航天装备的功能水平与竞争力。制造技术水平的提升依赖于基础研究的重大突破,以中南大学领衔的973计划项目,对大规格高性能轻合金结构件的坯料铸造、锭坯锻造、蠕变成形、近净成形、固态焊接、铣削加工6大工艺中所涉及的3个关键科学问题开展了深入研究,取得了若干重要进展。本文就该项目研究的概况、研究进展、实施效果进行回顾与论述,并对后续研究提出展望。

时效处理对2195 Al-Li合金挤压型材腐蚀行为的影响

对2195铝锂合金分别进行欠时效(UA)、峰时效(PA)、双级时效(DA)和回归再时效(RRA)处理,观察并讨论其显微组织、晶间腐蚀(IGC)、剥落腐蚀(EXCO)和应力腐蚀开裂(SCC)行为。结果表明,合金经不同时效处理后,其IGC和EXCO耐蚀性顺序为:RRA>UA>DA>PA。PA和UA态的低耐蚀性主要是T_(1)相在晶界处连续析出形成连续的腐蚀通道引起的,而粗大不连续析出的T_(1)相以及较宽的无析出带导致的腐蚀通道中断是RRA态具有最佳耐蚀性的原因。RRA态合金表现出最好的抗应力腐蚀性能,抗应力腐蚀顺序为:RRA>DA>UA>PA。晶间T_(1)相的不连续析出促进了腐蚀裂纹穿过晶界进行扩展,从而提高了2195铝锂合金的抗应力腐蚀性能。

基于两相介质理论天然气水合物超声探测分析

针对海底裸露的块状天然气水合物的超声波识别探测问题,提出基于双相多孔介质理论的天然气水合物声场计算方法。对“海水-天然气水合物”模型进行超声波传播特性的仿真分析,并研究相关参数对天然气水合物吸收特性的影响规律。研究结果表明:当超声波频率设置为20 kHz以上时,天然气水合物的声波吸收系数随着频率的增加而增加;天然气水合物的饱和度越高,固相平均密度越小,吸收系数越高;孔隙度越高,吸收系数也越高;而同一入射频率下,孔隙大小对吸收系数的影响则相对有限;同一入射频率下,入射角度越大,吸收系数越小,当入射角度大于60°时,几乎不能获得含有有效信息的回波信号。

复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法

复合式土压平衡盾构机刀盘对复合地层的适应性决定了施工的安全性和经济性。由于刀盘结构的多样性以及施工环境的复杂多变性,不同类型的刀盘在应对不同地层时,其综合性能表现不一,目前仍缺少对其综合性能进行评价的有效方法。在考虑刀盘性能影响因素多层次、多方面和相关联性的基础上,从刀盘的结构性能、刀具布置性能、力学性能、经济性、安全可靠性和环境适应性等方面,建立刀盘性能评价指标体系。根据刀盘递阶层次结构评价模型特点,提出一种基于模糊数学与评价理论,以模糊层次分析法计算刀盘指标权重,通过模糊综合评价和模糊优劣解距离决策法对刀盘进行综合性能评价的方法。结合长沙某地铁施工标段地质条件,选取四种常见的复合式土压平衡盾构机刀盘方案,进行评价确定最终方案,并通过工程实例验证本方法的合理性和有效性,为施工过程中的刀盘方案选型决策提供一种新方法。

某隧道盾构刀盘仿真与力学性能研究

针对以长沙某地铁施工的地质条件为依据设计的盾构刀盘,利用SOLIDWORKS建立刀盘三维精确模型,通过ANSYS软件对盾构刀盘在土压平衡和土压不平衡两种工况下的受力特性进行了具体分析,得到两种工况下的应力和变形分布;同时对刀盘进行模态分析,得到了刀盘的固有振动特性。结果表明:危险截面均位于牛腿与面板交界处,土压不平衡下刀盘最大应力为230 MPa,最大变形为2.1 mm;土压平衡下最大应力为143 MPa,最大变形为1.63 mm。刀盘的最大应力小于材料的屈服极限345 MPa,变形相对刀盘尺寸不大,满足强度和刚度要求。根据模态分析可知刀盘的激励频率小于刀盘固有频率,刀盘不会发生共振,刀盘满足动力学要求。

典型TBM刀盘力学性能分析与对比

为了对比不同典型全断面岩石掘进机(TBM)刀盘的力学性能,对刀盘倾覆力矩计算模型进行了修正。在理想工况、上软下硬地质和部分刀具磨损3种工况下,计算得到刀盘倾覆力矩的分布情况,并采用有限元法模拟得到刀盘掘进过程中应力分布规律。结果表明:刀盘的径向载荷远小于刀盘倾覆力矩,倾覆力矩对刀盘性能的影响远大于径向载荷;刀盘正面滚刀受载产生的倾覆力矩最大,其次是边缘滚刀,中心滚刀受载产生的倾覆力矩最小;在刀具磨损工况下,A刀盘总倾覆力矩在2 800 k N·m以上,比理想工况下要大7%;星形布局刀盘B的倾覆力矩比螺旋线布局刀盘A小,其力学性能和强度特性优于螺旋线布局刀盘。

模锻压机超低速运行动态性能分析

在考虑非线性摩擦的基础上,从参数分析的角度对模锻压机动态特性进行研究,并结合实际锻压机系统的仿真实验研究各种因素对超低速动态性能的影响规律。研究结果表明:非线性摩擦力的负阻尼特性是导致系统速度不稳定的主要原因,减小摩擦的负阻尼或增大负载阻尼系数,可增大系统稳定性;减小最大静摩擦力、质量、初始容积或增大油缸作用面积、油液弹性模量,可以减小响应延时。

3mm厚6061铝合金板固定双轴肩搅拌摩擦焊接头的显微组织与拉伸性能

采用固定双轴肩搅拌摩擦焊接技术对3mm厚6061铝合金板进行了拼焊试验,对其接头的显微组织与拉伸性能进行了研究。结果表明:在转速为1 500r.min-1、焊速为120mm.min-1的工艺参数下得到了良好的焊缝组织,焊接接头的抗拉强度为162.49 MPa;焊接高温时6061铝合金在空气中易氧化,导致焊缝截面出现明显的S线。

轧制变形量对铸轧铅合金板带性能的影响

从阳极极化稳定电位、腐蚀速率、阳极极化前后表面形态与物相组成、导电性能、力学性能等方面研究了轧制变形量对铸轧铅合金板带性能的影响。结果表明:轧制前后铅合金板带的阳极极化电位变化不大,但能明显提高铅合金的抗腐蚀性能和力学性能。同时随着轧制变形量的增大,铅合金板带的导电性能有所下降。特别是经过两道次变形量为30%的轧制后,抗腐蚀性能是轧制前的1.48倍;同时铅合金板带的抗拉强度σb和屈服强度σp0.2分别提高了28.5%和79.4%,硬度HBS提高了2.8。