發(fā)布時(shí)間：2017-06-30 09:00

  本文關(guān)鍵詞：超聲波在鋁熔體中的聲場(chǎng)分布和空化效應(yīng)及其對(duì)凝固過(guò)程影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 半連續(xù)鑄造是有色合金工業(yè)生產(chǎn)中最重要的鑄造工藝之一,它能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、簡(jiǎn)化工藝流程、節(jié)約能源、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,在現(xiàn)代冶金生產(chǎn)中占有重要的地位并受到廣泛的重視。在國(guó)內(nèi),常規(guī)的半連續(xù)鑄造由于制造工藝等方面的原因,鑄錠內(nèi)部或表面經(jīng)常產(chǎn)生組織不均勻、鑄造應(yīng)力與裂紋等缺陷,尤其對(duì)于傳統(tǒng)上難于鑄造的高合金大鑄錠更是如此。利用超聲波細(xì)化凝固組織、改善溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)形態(tài),有利于鋁合金成型過(guò)程的優(yōu)化,獲得高性能的鑄造產(chǎn)品。本論文重點(diǎn)探討超聲波在鋁熔體中的傳播特性、超聲空化效應(yīng)、超聲能量傳播機(jī)制及功率超聲對(duì)純鋁凝固過(guò)程的影響。 論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下方面: 1.根據(jù)惠更斯原理,將換能器端面劃分為無(wú)數(shù)細(xì)小的面元,采用瑞利積分法,計(jì)算出正六邊形、正方形、圓形變幅桿端面聲場(chǎng)分布情況和各自的聲場(chǎng)指向性函數(shù)。利用Matlab軟件,計(jì)算出不同端面形狀的變幅桿在不同波數(shù)下的聲場(chǎng)指向性,得出在不同波數(shù)下,不同端面換能器聲場(chǎng)指向性的變化規(guī)律。并給出在相同的波數(shù)和物性條件下,三種換能器聲場(chǎng)指向性的比較。 2.通過(guò)對(duì)超聲振動(dòng)系統(tǒng)在鋁熔體中導(dǎo)納特性的分析,研究換能器機(jī)械品質(zhì)因數(shù)與聲壓、聲強(qiáng)的相互關(guān)系。根據(jù)聲波折/反射原理,推導(dǎo)出超聲波從振動(dòng)系統(tǒng)傳遞到工具頭與熔體接觸界面的聲壓幅值,同時(shí)建立了聲壓、聲強(qiáng)的相關(guān)數(shù)學(xué)模型,討論在鋁熔體中的功率超聲的分布情況,并計(jì)算出超聲波在鋁熔體中的聲強(qiáng)特征量值。 3.研究超聲空化在高溫鋁熔體中作用的基本原理,探討物理參數(shù)對(duì)超聲空化的影響,建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,采用Matlab軟件對(duì)Rayleigh-Plesset方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,研究在高溫鋁熔體中,超聲頻率、聲壓和空化泡的初始平衡半徑等對(duì)超聲空化作用的影響。 4.通過(guò)Marc軟件仿真直徑φ300mm純鋁圓鑄錠半連鑄過(guò)程,仿真出二維液穴曲線(xiàn),結(jié)合超聲電源和變幅桿,建立聲場(chǎng)在鋁熔體中分布數(shù)學(xué)模型,研究和探討超聲波在鋁熔體中的傳播特性和聲場(chǎng)分布規(guī)律,分析超聲波傳播到凝固前沿聲波的折反射情況,計(jì)算出聲壓在凝固前沿各點(diǎn)的聲壓值。并探討超聲波在鋁熔體中發(fā)生空化效應(yīng)的行為特征,由聲壓分布規(guī)律,運(yùn)用Matlab軟件,利用差商迭代法,對(duì)空化氣泡壁運(yùn)功Rayleigh-Plesset方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,分析在不同初始半徑下純鋁超聲半連鑄發(fā)生空化效應(yīng)的范圍,探索空化效應(yīng)對(duì)鋁錠組織的影響規(guī)律。 5.研究在一定超聲參數(shù)條件下,功率超聲對(duì)鋁熔體凝固過(guò)程的影響。著重論述空化效應(yīng)及其產(chǎn)生的高溫高壓理論,從而討論局部高溫高壓在鋁熔體凝固過(guò)程中引發(fā)的各種效應(yīng)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,并從空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)等方面,探討功率超聲對(duì)高溫鋁熔體凝固過(guò)程中的作用機(jī)理。通過(guò)對(duì)鋁的組織結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析得出結(jié)論:功率超聲對(duì)高溫鋁熔體凝固過(guò)程是多種效應(yīng)綜合作用的結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：聲場(chǎng)指向性 導(dǎo)納特性 機(jī)械品質(zhì)因數(shù) 諧振頻率 超聲空化
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：TG292
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 超聲波應(yīng)用技術(shù)發(fā)展概述11-18
• 1.2.1 超聲波的特點(diǎn)11-12
• 1.2.2 功率超聲的發(fā)展史12-17
• 1.2.3 功率超聲在工業(yè)中應(yīng)用進(jìn)展17-18
• 1.3 鋁連鑄的凝固傳統(tǒng)工藝和新型工藝18-20
• 1.3.1 半連鑄錠法18-19
• 1.3.2 快速凝固法19
• 1.3.3 電磁鑄造法19-20
• 1.3.4 超聲鑄造法20
• 1.4 論文課題來(lái)源、研究意義及內(nèi)容安排20-22
• 1.4.1 課題來(lái)源20-21
• 1.4.2 課題研究的意義21
• 1.4.3 研究?jī)?nèi)容21-22
• 第二章 超聲波在液體中傳播與能量傳播的熱聲學(xué)理論22-46
• 2.1 引言22
• 2.2 超聲波在液體中的傳播基本原理22-32
• 2.2.1 液體中超聲波的基本種類(lèi)與形式22-24
• 2.2.2 描述聲波的特征量24-26
• 2.2.3 超聲波的反射與折射26-27
• 2.2.4 超聲波的衰減及其原因27-29
• 2.2.5 超聲波的散射與繞射29-30
• 2.2.6 超聲波的干涉與衍射30-32
• 2.3 功率超聲與媒質(zhì)的作用機(jī)制32-34
• 2.3.1 超聲波機(jī)械效應(yīng)32-33
• 2.3.2 超聲波熱效應(yīng)33
• 2.3.3 超聲波聲流效應(yīng)33-34
• 2.3.4 超聲波空化效應(yīng)34
• 2.4 超聲振動(dòng)系統(tǒng)和換能器的指向特性分析34-45
• 2.4.1 超聲振動(dòng)系統(tǒng)34-35
• 2.4.2 換能器的指向特性35-43
• 2.4.3 三種類(lèi)型的聲源輻射聲壓指向性對(duì)比43-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 第三章 超聲波在鋁熔體中的聲場(chǎng)特征量分布46-62
• 3.1 引言46
• 3.2 換能器在鋁熔體中導(dǎo)納特性的實(shí)驗(yàn)研究46-53
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原理與方案46-49
• 3.2.2 試驗(yàn)方法與裝置49-50
• 3.2.3 換能器諧振漂移及其機(jī)械品質(zhì)因數(shù)試驗(yàn)結(jié)果與分析50-53
• 3.3 超聲波在變幅桿與鋁熔體接觸界面的傳播53-57
• 3.3.1 機(jī)械品質(zhì)因素與聲能、壓強(qiáng)的關(guān)系53-54
• 3.3.2 界面上聲波的折反射54-57
• 3.4 超聲波聲場(chǎng)特征量數(shù)值計(jì)算57-61
• 3.4.1 軸線(xiàn)上聲場(chǎng)特征量的計(jì)算57-58
• 3.4.2 非軸線(xiàn)上聲場(chǎng)特征量的計(jì)算58-61
• 3.5 本章小結(jié)61-62
• 第四章 高溫鋁熔體中空化氣泡演變規(guī)律研究62-76
• 4.1 引言62
• 4.2 氣泡運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)62-67
• 4.2.1 聲空化核62-63
• 4.2.2 鋁熔體中空化現(xiàn)象簡(jiǎn)述63-64
• 4.2.3 氣泡模型的假設(shè)64-65
• 4.2.4 Rayleigh-Plesset方程的推導(dǎo)和近似化簡(jiǎn)65-67
• 4.3 空化氣泡的動(dòng)力學(xué)模擬67-75
• 4.3.1 超聲頻率對(duì)空化氣泡動(dòng)力學(xué)影響68-69
• 4.3.2 超聲聲壓對(duì)空化氣泡動(dòng)力學(xué)影響69-70
• 4.3.3 初始平衡半徑對(duì)空化氣泡動(dòng)力學(xué)影響70-72
• 4.3.4 環(huán)境壓力對(duì)空化氣泡動(dòng)力學(xué)影響72
• 4.3.5 熔體粘度對(duì)空化氣泡動(dòng)力學(xué)影響72-73
• 4.3.6 表面張力對(duì)空化氣泡動(dòng)力學(xué)影響73
• 4.3.7 氣泡內(nèi)壓對(duì)空化氣泡動(dòng)力學(xué)影響73-75
• 4.3.8 氣體種類(lèi)對(duì)空化氣泡動(dòng)力學(xué)影響75
• 4.4 本章小結(jié)75-76
• 第五章 純鋁中的超聲波施加及其對(duì)熔體作用機(jī)理的研究76-90
• 5.1 引言76
• 5.2 超聲波在凝固前沿的折反射76-79
• 5.2.1 連鑄中液穴形狀76-77
• 5.2.2 凝固前沿聲壓的折反射77-79
• 5.3 超聲波在純鋁連鑄中作用范圍初探79-83
• 5.3.1 空化氣泡初始平衡半徑為50μm80-81
• 5.3.2 空化氣泡初始平衡半徑為30μm81-82
• 5.3.3 空化氣泡初始平衡半徑為20μm82-83
• 5.3.4 超聲空化范圍83
• 5.4 超聲波對(duì)鋁熔體作用機(jī)理研究83-88
• 5.4.1 試驗(yàn)方法83-84
• 5.4.2 試驗(yàn)結(jié)果84-85
• 5.4.3 試驗(yàn)結(jié)果探討85-88
• 5.5 本章小結(jié)88-90
• 第六章 全文總結(jié)與展望90-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 附錄96-98
• 致謝98-99
• 攻讀碩士期間的研究成果99

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 劉卓文;蔣日鵬;李曉謙;鞠增業(yè);陳鼎欣;;不同材質(zhì)超聲波輻射器的設(shè)計(jì)及鑄造測(cè)試[J];熱加工工藝;2012年09期

2 蔣日鵬;李曉謙;李開(kāi)燁;張雪;;超聲對(duì)鋁合金凝固傳熱與組織形成的影響與作用機(jī)制[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年10期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 呂書(shū)林;半固態(tài)鋁合金的超聲振動(dòng)制漿及其流變成形技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 管付如;1235工業(yè)純鋁超聲電磁連續(xù)鑄軋機(jī)理分析與工業(yè)實(shí)驗(yàn)[D];中南大學(xué);2011年

2 解夫春;鋁合金熔體超聲凈化技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 謝恩華;鋁合金超聲凝固溶池流場(chǎng)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2009年

4 吳鈺;超聲振動(dòng)對(duì)7050鋁合金熔體凝固動(dòng)力學(xué)過(guò)冷度的影響[D];中南大學(xué);2009年

5 鄧麗娜;15kHz超聲鑄造振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：超聲波在鋁熔體中的聲場(chǎng)分布和空化效應(yīng)及其對(duì)凝固過(guò)程影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：501280