在當今時代,顆粒增強金屬基復合材料具有越來越廣泛的應用,因此國內(nèi)外學者對其制備方法的研究也越來越深入。其中機械攪拌法由于其簡便靈活以及低成本的優(yōu)勢被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)當中,然而探究最佳的攪拌工藝來制備復合材料一直是一個難題。隨著CFD模擬軟件的快速發(fā)展,流體仿真的相關研究越來越多,通過數(shù)值模擬可以非常形象、直觀的觀察到流體的運動及受力情況。本文利用FLOW-3D 10.1軟件,對機械攪拌法制備SiCp顆粒增強2014鋁基復合材料的過程進行了數(shù)值模擬,探究了攪拌的最佳工藝。本文通過數(shù)值模擬,將SiCp顆粒模型畫成不規(guī)則多邊形的形式,分別優(yōu)化了攪拌槳的傾斜角度、攪拌槳的浸入深度、攪拌速度、攪拌溫度以及攪拌時間等工藝參數(shù),對比分析了不同參數(shù)下顆粒在流體中的運動和分散情況,以及金屬液的自由表面和卷氣情況,并結合鑄造缺陷、復合材料的微觀組織等因素進行了比較,得到了最佳的攪拌工藝,并且通過實驗驗證了模擬結果。研究結果表明,斜葉攪拌槳的攪拌效果要好于直葉攪拌槳,當攪拌槳傾斜角度為30°時,攪拌效果較為理想;當攪拌槳浸入深度為攪拌器高度的3/4時,顆粒在攪拌器中的分布上下左右最為均勻;制備復合材料更適... 

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的研究背景及選題意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 CFD在攪拌反應器中的應用進展
        1.2.2 攪拌過程中數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢
        1.2.3 顆粒攪拌數(shù)值模擬的相關研究
    1.3 半固態(tài)機械攪拌法的原理
        1.3.1 顆粒能夠進入流體的熱力學條件
        1.3.2 顆粒能夠進入流體的動力學條件
        1.3.3 顆粒與基體之間的潤濕性
        1.3.4 顆粒與基體之間的界面反應
        1.3.5 半固態(tài)成型
        1.3.6 雷諾數(shù)
    1.4 顆粒在攪拌流體中的受力分析
        1.4.1 流動阻力
        1.4.2 壓力梯度力
        1.4.3 附加質(zhì)量力
        1.4.4 馬格努斯效應（Magnus）
        1.4.5 巴塞特力（Basset）
        1.4.6 薩夫曼升力（Saffman）
        1.4.7 顆粒之間的相互作用力
    1.5 攪拌槳的設計
    1.6 本課題研究的主要內(nèi)容
第2章 FLOW-3D簡介及三維模型的建立
    2.1 FLOW-3D的核心技術
        2.1.1 VOF模型
        2.1.2 FAVOR模型
        2.1.3 多重網(wǎng)格分塊組合方法
        2.1.4 物體運動功能
    2.2 數(shù)值模擬流程及相關參數(shù)的設定
        2.2.1 邊界條件和初始條件
            2.2.1.1 邊界條件的設定
            2.2.1.2 初始條件的設定
        2.2.2 紊流模型的選擇
        2.2.3 壓縮系數(shù)的設置
        2.2.4 物料屬性的設定
        2.2.5 物理模型的選擇及求解參數(shù)設置
        2.2.6 收斂殘差和迭代時間步長
    2.3 攪拌模型的建立及網(wǎng)格劃分
    2.4 本章小結
第3章 基于FLOW-3D攪拌過程中流場的數(shù)值模擬
    3.1 通過數(shù)值模擬設計攪拌槳以及攪拌槳浸入熔體的深度
        3.1.1 攪拌槳形式的設計
        3.1.2 攪拌槳傾斜角度的設計
        3.1.3 攪拌槳侵入深度的影響
    3.2 攪拌工藝參數(shù)對顆粒分布的影響
        3.2.1 攪拌溫度對不同時刻顆粒分布的影響
        3.2.2 攪拌速度對不同時刻顆粒分布的影響
        3.2.3 攪拌時間對顆粒分布的影響
    3.3 模擬存在的問題
    3.4 本章小結
第4章 半固態(tài)機械攪拌制備SiCp增強2014復合材料
    4.1 實驗材料
        4.1.1 基體材料
        4.1.2 增強顆粒材料
    4.2 實驗設備及流程
    4.3 不同的攪拌工藝下復合材料的組織形貌
        4.3.1 攪拌溫度對顆粒發(fā)分布情況的影響
        4.3.2 攪拌轉速對顆粒分布的影響
        4.3.3 攪拌時間對顆粒分布的影響
    4.4 本章小結
第5章 結論
參考文獻
作者簡介及獲獎情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3651163