本文關鍵詞：三維復雜曲面電解加工極間流場特性及數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展,復雜結構、特殊材料的零件不斷涌現(xiàn),電解加工已成為難切削導體材料、復雜型面零件的主要加工方法之一。電解加工無明顯的工具損耗、加工效率和表面質量相對較高。由于目前復雜曲面類零件電解加工的成形規(guī)律還沒有被完全掌握,電解加工精度的提高仍受到一定的限制。在電解加工中,極間間隙的流場分布情況是影響電解加工精度與質量的重要因素之一。電場與流場相互影響,同時又伴隨著電化學變化。極間間隙是一個復雜的耦合場,研究復雜曲面電解加工的極間流場特性及分布規(guī)律,有助于完善電解加工成形規(guī)律理論,提高電解加工的加工精度和表面質量。本文以某壓氣機葉片葉身曲面和緣板整體成形為研究對象,建立了具有大曲率變化的“L”型復雜曲面的間隙模型,采用分塊、分層的分析思想,將整體流場模型劃分成M塊、N層,對“L”型流場的特性和分布規(guī)律進行研究。在每個分析單元內,根據(jù)流體力學理論建立了描述電解液流速、壓力、溫度等參數(shù)變化的動力學方程組;根據(jù)電化學理論,將影響流場特性的主要參數(shù)代入電導率計算模型中解析。將單元分析結果組合,利用MATLAB繪制出“L”型流場的電導率分布圖。在復雜結構極間間隙中,電導率值隨空間位置的不同而變化,這在一定程度上更加符合實際的分布情況。借助流體分析軟件Fluent對“L”型間隙中電解液的流速、壓力等分布情況進行模擬,仿真結果發(fā)現(xiàn)流場參數(shù)在曲率突變的區(qū)域較其它區(qū)域發(fā)生了明顯的變化。本文根據(jù)流體力學動量定理,從“擠壓”和“碰撞”的角度對流場大拐角處速度和壓力變化的機理進行了探索性分析。為了降低流場出現(xiàn)“死水區(qū)”的可能性,本文在傳統(tǒng)流場結構的基礎上,提出直線過渡型流場和圓弧過渡型流場模型。對比各種形式下速度、壓力的分布,并對流場結構進行優(yōu)化設計。提出采用“分流通道”的方式,避免復雜流場中出現(xiàn)“負壓區(qū)”。最后,利用Workbench的優(yōu)化分析功能建立電解液入口速度、入口壓力、背壓與平均速度、平均壓力、最小壓力之間的映射關系,并繪制相應的敏感度關系曲線。以電解液的平均速度、最小壓力為目標參數(shù),使用響應面設計的方法獲得最佳流場輸入?yún)?shù)值。本文進行的三維復雜曲面電解加工極間流場特性與數(shù)值模擬研究,是對復雜曲面類零件電解加工流場特性與分布特征所進行的探索性研究,為進一步完善電解加工成形規(guī)律理論奠定了一定的基礎。
【關鍵詞】：電解加工 復雜曲面 流場特性 電導率 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG662
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 符號說明10-11
• 1 緒論11-24
• 1.1 電解加工簡介11-12
• 1.2 電解加工的特點12-13
• 1.2.1 電解加工的優(yōu)越性12-13
• 1.2.2 電解加工的局限性13
• 1.3 電解加工技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向13-19
• 1.3.1 電解加工的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1.1 葉片型面的電解加工13-14
• 1.3.1.2 整體葉盤的電解加工14-15
• 1.3.1.3 孔的電解加工15
• 1.3.1.4 其它方面的研究15
• 1.3.2 電解加工的發(fā)展方向15-19
• 1.3.2.1 微細電解加工16-18
• 1.3.2.2 數(shù)控電解加工18-19
• 1.3.2.3 電解復合加工19
• 1.4 電解加工流場特性的相關研究19-21
• 1.5 課題研究的目的及意義21-22
• 1.6 論文的主要研究內容及創(chuàng)新點22-24
• 1.6.1 研究的主要內容22-23
• 1.6.2 論文的主要創(chuàng)新點23-24
• 2 復雜曲面電解加工流場的建模與特性分析24-56
• 2.1 電解加工的基礎理論24-30
• 2.1.1 電解加工工藝設備的組成24-25
• 2.1.2 電解加工流程25-26
• 2.1.3 加工間隙26-27
• 2.1.4 電解液27-30
• 2.2 建立流場參數(shù)分布的理論模型30-34
• 2.2.1 流場分析的理論基礎30
• 2.2.2 流場分析的物理模型30-34
• 2.3 流場物理模型34-37
• 2.3.1 流場三維參數(shù)建模34-35
• 2.3.2 流場模型單元化35-37
• 2.4 流場模型分塊、分層系統(tǒng)的二次開發(fā)37-42
• 2.4.1 UG開發(fā)環(huán)境簡介38-39
• 2.4.2 分塊、分層系統(tǒng)簡介39-40
• 2.4.3 開發(fā)環(huán)境變量設置40
• 2.4.4 菜單及菜單程序40-41
• 2.4.5 UG建模環(huán)境下的表達式設置41-42
• 2.5 流場物理模型的解析42-47
• 2.5.1 緣板處流場的參數(shù)矩陣方程43-45
• 2.5.2 葉身處流場的參數(shù)矩陣方程45-47
• 2.6 大拐角對流場電導率的影響47-54
• 2.6.1 第1層電導率曲面圖及各條流程線電導率曲線圖47-50
• 2.6.2 第3層、第5層電導率曲面圖50-52
• 2.6.3 各層電導率對比圖52-54
• 2.7 電導率 к 的實驗驗證54-55
• 2.8 本章小結55-56
• 3 三維復雜曲面流場的數(shù)值模擬56-74
• 3.1 流場參數(shù)初始值確定56-59
• 3.1.1 電解液流動方式的選擇56-57
• 3.1.2 電解液的入口流速57-58
• 3.1.3 電解液的入口壓力58-59
• 3.2 流場模型的數(shù)值模擬59-72
• 3.2.1 網(wǎng)格劃分59-60
• 3.2.2 網(wǎng)格的質量分析60-61
• 3.2.3 流場分析設置61-62
• 3.2.4 整體流場仿真云圖62-63
• 3.2.5 流場某縱截面仿真結果63-67
• 3.2.6 大拐角處速度和壓力變化的原因67-72
• 3.3 本章小結72-74
• 4 復雜流場的結構優(yōu)化74-84
• 4.1 傳統(tǒng)流場的模型分析74-75
• 4.2 流場結構的改進思路75
• 4.3 不同結構流場特性的對比75-81
• 4.3.1 傳統(tǒng)型流場75-76
• 4.3.2 直線過渡型流場76-77
• 4.3.3 圓弧過渡型流場77-78
• 4.3.4 三種形式流場的流場參數(shù)對比78-81
• 4.4 改進后的流場結構分析81-83
• 4.5 本章小結83-84
• 5 復雜流場內電解液參數(shù)的數(shù)值優(yōu)化84-94
• 5.1 電解液參數(shù)設定84-86
• 5.1.1 定義輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)84-85
• 5.1.2 輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)關系及優(yōu)化方式選擇85-86
• 5.2 Design of Experiment設計的計算結果86-88
• 5.3 Response Surface設計的計算結果88-91
• 5.4 響應曲面優(yōu)化91-93
• 5.5 本章小結93-94
• 總結與展望94-96
• 工作總結94-95
• 工作展望95-96
• 參考文獻96-101
• 致謝101-102
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文102-103

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭曉紅;電解加工在生產(chǎn)實際中的應用[J];礦山機械;2001年07期

2 徐家文 ,王建業(yè) ,田繼安;21世紀初電解加工的發(fā)展和應用[J];電加工與模具;2001年06期

3 范植堅,鐘玲,李福援,陳林;基于電化學過程的電解加工間隙電場的研究[J];兵工學報;2003年04期

4 朱漢華,劉正林,丁彰雄,嚴新平;擺線形電解加工工具的設計[J];船海工程;2003年03期

5 章成軍;電解加工原理及應用[J];現(xiàn)代車用動力;2003年02期

6 史先傳,朱荻,李志永;三軸進給的葉片電解加工[J];華南理工大學學報(自然科學版);2004年07期

7 徐惠宇,朱荻,史先傳;微細電解加工系統(tǒng)設計及實驗研究[J];航空精密制造技術;2005年04期

8 李小海,趙萬生,王振龍,李志勇,張勇;基于多功能加工平臺的微細電解加工(英文)[J];納米技術與精密工程;2005年01期

9 李志永;季畫;;電解加工在微細制造技術中的應用研究[J];機械設計與制造;2006年06期

10 陳林;王天誠;范植堅;;型面電解加工復合磁場試驗研究[J];西安工業(yè)大學學報;2006年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 丁宇;;航天轉子葉片的電解加工工藝研究[A];第13屆全國特種加工學術會議論文集[C];2009年

2 范植堅;王崗罡;唐霖;王天誠;;磁場輔助電解加工裝置的磁場設計和試驗[A];陜西省機械工程學會特種加工分會第九屆學術年會論文集[C];2010年

3 羅雪輝;;某型號螺旋漿軸階梯孔電解加工探索[A];2010年“航空航天先進制造技術”學術交流論文集[C];2010年

4 李乃武;劉壯;張文豹;陳華清;;螺旋電極對微小孔電解加工深度的影響[A];第14屆全國特種加工學術會議論文集[C];2011年

5 陳延禧;;電解加工——一種特殊的電化學過程[A];第三屆全國電加工學術會議論文選[C];1979年

6 張文紹;;電解加工運動狀態(tài)下的成型規(guī)律[A];第五屆全國電加工學術年會論文集（電解加工篇）[C];1986年

7 王建業(yè);林蘇文;;電解加工設備的技術改造問題[A];第五屆全國電加工學術年會論文集（電解加工篇）[C];1986年

8 朱樹敏;;電解加工十年[A];第六屆全國電加工學術年會論文集[C];1989年

9 朱樹敏;;電解加工發(fā)展展望[A];第七屆全國電加工學術年會論文集[C];1993年

10 徐家文;王建業(yè);田繼安;楊占堯;劉延祿;朱樹敏;;21世紀電解加工的發(fā)展和應用[A];2001年中國機械工程學會年會暨第九屆全國特種加工學術年會論文集[C];2001年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 中航工業(yè)制造所 程小元;精密振動電解[N];中國航空報;2014年

2 本報記者 胡啟林;埃馬克：以電解加工技術應對難加工材料[N];中國工業(yè)報;2013年

3 中航工業(yè)制造所 張明岐;在不斷超越的道路上前行[N];中國航空報;2013年

4 本報通訊員 徐川 焦宏圖 本報記者 談潔;給火箭發(fā)動機穿上“無針孔”外衣[N];南京日報;2011年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐正揚;發(fā)動機葉片精密電解加工關鍵技術研究[D];南京航空航天大學;2008年

2 陳遠龍;電解加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫及電解加工基本工藝規(guī)律研究[D];合肥工業(yè)大學;2000年

3 王明環(huán);微細電解加工實驗研究[D];南京航空航天大學;2007年

4 吳修娟;微納電解加工基礎研究[D];南京航空航天大學;2014年

5 孔全存;微細電解加工三電極脈沖電源及基礎工藝研究[D];清華大學;2015年

6 馬曉宇;陣列孔微細電解加工基礎技術研究[D];清華大學;2010年

7 王希;電解加工間隙智能監(jiān)控方法研究[D];南京航空航天大學;2006年

8 鮑懷謙;超純水微細電解加工的基礎研究[D];南京航空航天大學;2006年

9 王蕾;發(fā)動機葉片高精度電解加工陰極設計系統(tǒng)及實驗研究[D];南京航空航天大學;2006年

10 吳銳;整體構件高效、快捷數(shù)控電解加工的應用研究[D];南京航空航天大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱成康;微細螺旋孔電解加工成型仿真技術研究[D];浙江工業(yè)大學;2010年

2 戴一通;航空難加工材料精細電解加工機理及應用研究[D];沈陽航空航天大學;2012年

3 王賀賓;微細電解加工裝備研制及其實驗研究[D];廣東工業(yè)大學;2012年

4 韋磊;管電極電解加工微小孔技術研究[D];大連理工大學;2013年

5 康保印;異形型腔電解加工成形規(guī)律的研究[D];西安工業(yè)大學;2015年

6 孫立力;某加速度計撓性零件的微細電解加工技術研究[D];西安工業(yè)大學;2015年

7 劉武奇;微細電解加工及與光纖激光掩膜復合加工技術研究[D];佳木斯大學;2015年

8 張京超;電解擴孔加工裝置設計與試驗研究[D];大連理工大學;2015年

9 王艷萍;基于掩膜刻蝕的微小結構陣列加工方法研究[D];大連理工大學;2015年

10 李博;深孔內螺旋線電解加工系統(tǒng)設計及關鍵技術探討[D];西安工業(yè)大學;2014年

，

本文編號：1102069