本文關鍵詞：鈦合金人工關節(jié)復雜曲面磨粒流加工數(shù)值模擬與實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人工關節(jié)表面的光滑度對其功能和使用壽命有著至關重要的影響,鈦合金以其高強度低模量的特性在人工關節(jié)設計中被廣泛采用,但鈦合金人工關節(jié)表面多為曲面,目前人工關節(jié)拋光主要由手工操作,拋光質(zhì)量難以穩(wěn)定。磨粒流精密加工是利用處于湍流流態(tài)的磨粒流對工件表面進行加工的一種方法,具有極強的性狀適應性,能夠?qū)碗s曲面形成有效的精密加工,本文針對鈦合金人工關節(jié)曲面加工問題,在前期研究基礎上提出了一種基于氣體補償?shù)膹碗s曲面磨粒流加工方法,基于流體體積模型進行了磨粒流流場的數(shù)值模擬仿真,通過實驗驗證該方法的有效性。本文主要工作和成果如下:1.提出了氣體補償復雜曲面磨粒流加工方法,構(gòu)建磨粒流加工約束流道,基于流體力學理論計算流道內(nèi)磨粒流的雷諾數(shù),確認了磨粒流處于湍流狀態(tài);從單顆磨粒的受力分析和磨粒在流道內(nèi)的統(tǒng)計學入手,引入曲率及氣體補償?shù)挠绊懸蛩?建立了材料去除模型。2.利用Fluent對仿形約束流道內(nèi)磨粒流運動情況進行數(shù)值模擬,分別研究了在相同入口條件下,不同氣體補償入口位置及氣體補償絕對壓強,對流道內(nèi)磨粒流運動特性的影響,發(fā)現(xiàn):氣體補償入口在入口區(qū)時,磨粒流運動特性分布均勻,氣體補償絕對壓強越高,磨粒流運動特性提升越大。3.設計加工觀測流道,進行了PIV觀測實驗,通過圖像處理技術(shù)得出速度矢量圖和運動渦量圖,得出結(jié)論:氣體補償后,磨粒與工件接觸幾率增加,磨粒流在流道內(nèi)呈湍流流動。4.研制了氣體補償復雜曲面磨粒流加工裝置,編制加工工藝,進行了加工實驗,經(jīng)過16小時的加工,工件表面粗糙度從865.82nm降到了134.97nm,表面均勻,驗證了該方法具有較高可行性和有效性。
【關鍵詞】：復雜曲面 磨粒流 體積模型 數(shù)值模擬 精密加工
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG664
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題的來源11
• 1.2 研究的背景和意義11-13
• 1.3 磨粒流加工技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 磨料流加工技術(shù)13-14
• 1.3.2 磨料水射流加工技術(shù)14-15
• 1.3.3 磁流變加工技術(shù)15
• 1.3.4 磁射流加工技術(shù)15-16
• 1.4 流體體積模型概述16-17
• 1.5 本文的研究目標和內(nèi)容17-19
• 第2章 氣體補償復雜曲面磨粒流加工方法19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 氣體補償復雜曲面磨粒流湍流加工19-23
• 2.2.1 磨粒流湍流加工理論依據(jù)19-20
• 2.2.2 氣體補償復雜曲面磨粒流湍流加工原理20-21
• 2.2.3 磨粒流湍流狀態(tài)理論驗證21-23
• 2.2.4 影響加工效率的主要因素23
• 2.3 氣體補償復雜曲面磨粒流加工材料去除機理23-28
• 2.3.1 單顆磨粒的法向受力分析24-25
• 2.3.2 磨粒流中參與切削的平均磨粒數(shù)目25-26
• 2.3.3 單顆磨粒的材料去除量26
• 2.3.4 單位接觸長度上的材料去除深度26-28
• 2.4 復雜曲面磨粒流湍流場模型及改進28-32
• 2.4.1 復雜曲面磨粒流加工湍流場模型28-29
• 2.4.2 磨粒流近壁區(qū)特征29-30
• 2.4.3 復雜曲面磨粒流湍流場模型改進30-31
• 2.4.4 湍流模型壁面特殊處理31-32
• 2.5 流體體積模型數(shù)學方程32-33
• 2.5.1 VOF模型的連續(xù)方程32-33
• 2.5.3 VOF模型的動量方程33
• 2.5.4 VOF模型的能量方程33
• 2.6 本章小結(jié)33-35
• 第3章 氣體補償復雜曲面磨粒流加工數(shù)值模擬分析35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 數(shù)值模擬方法35
• 3.3 物理模型建立與網(wǎng)格劃分35-37
• 3.4 數(shù)值模擬基本條件設置37-38
• 3.5 數(shù)值模擬結(jié)果分析38-48
• 3.5.1 加工裝置基本仿真參數(shù)38
• 3.5.2 氣體補償入口位置對磨粒流運動特性的影響38-42
• 3.5.3 氣體補償絕對壓強對磨粒流運動特性的影響42-48
• 3.5.4 結(jié)果分析48
• 3.6 本章小結(jié)48-51
• 第4章 氣體補償復雜曲面磨粒流PIV實驗研究51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 粒子圖像測速系統(tǒng)簡介51
• 4.3 粒子圖像測速實驗平臺搭建51-53
• 4.4 觀測實驗后處理結(jié)果53-58
• 4.5 本章小結(jié)58-61
• 第5章 復雜曲面磨粒流加工實驗研究61-75
• 5.1 引言61
• 5.2 磨粒流的配制61
• 5.3 氣體補償復雜曲面磨粒流加工裝置的研制61-65
• 5.3.1 氣體補償復雜曲面加工流道的設計61-64
• 5.3.2 氣體補償復雜曲面加工實驗平臺的設計64-65
• 5.4 加工參數(shù)選擇及加工工藝編制65-67
• 5.4.1 加工參數(shù)選擇65-66
• 5.4.2 加工工藝編制66-67
• 5.5 復雜曲面磨粒流加工實驗研究67-73
• 5.5.1 加工實驗平臺搭建67-68
• 5.5.2 加工實驗過程及結(jié)果68-73
• 5.6 本章小結(jié)73-75
• 第6章 結(jié)論與展望75-77
• 6.1 結(jié)論75-76
• 6.2 創(chuàng)新點76
• 6.3 展望76-77
• 參考文獻77-83
• 致謝83-85
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果85-86

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