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  本文關(guān)鍵詞：顆粒增強復(fù)合材料充型過程多相流數(shù)值模擬的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華南理工大學(xué)》 2015年

顆粒增強復(fù)合材料充型過程多相流數(shù)值模擬的研究

陳飛帆  

【摘要】：顆粒增強金屬基復(fù)合材料(Particle-reinforced Metal Matrix Composites,簡稱PMMCs)具有高比模量、高比強度、各向同性等優(yōu)良的綜合性能,在現(xiàn)代航空航天、交通運輸、電子封裝等方面得到廣泛應(yīng)用。鑄造法因其低成本、生產(chǎn)效率高、可成形復(fù)雜形狀構(gòu)件等優(yōu)點,成為PMMCs最主要的制備方法。鑄造過程中,熔體的流動行為對顆粒分布具有重要影響,決定著鑄件的最終性能。為掌握PMMCs充型過程熔體流動特點,改善鑄造工藝和顆粒分布的均勻性,推動PMMCs的發(fā)展與應(yīng)用,本文通過數(shù)值模擬與實驗研究相結(jié)合的方法,對PMMCs充型過程熔體的流動及顆粒分布規(guī)律進行了探討�；阼T造和多相流理論,采用歐拉-拉格朗日(Eulerian-Lagrangian,簡稱EL)法建立了PMMCs充型過程多相流數(shù)學(xué)模型,其中液態(tài)金屬看作連續(xù)相,采用歐拉法建立其質(zhì)量、動量和能量守恒方程;增強顆粒為離散相,采用拉格朗日坐標(biāo)建立其運動方程。采用直接有限差分法(DFDM)對PMMCs充型過程多相流數(shù)學(xué)模型進行離散化,并通過SOLA法迭代求解速度場和壓力場。研究了PMMCs充型過程顆粒的碰撞,并提出了硬球模型和軟球模型相結(jié)合的顆粒碰撞模型,采用直接模擬蒙特卡羅(DSMC)法確定某一顆粒與其他顆粒的碰撞概率,用修正的Nanbu法確定可能的碰撞對象,通過碰撞力進行描述顆粒的碰撞作用。提出了PMMCs充型過程邊界條件的處理方法,澆口邊界條件中,連續(xù)相根據(jù)具體成形工藝可采用速度或壓力邊界條件,而固體顆粒相采用速度邊界條件;流體與型壁間采用無滑移邊界條件�；谒⒌臄�(shù)學(xué)模型,設(shè)計了模型中各項的計算流程,并采用C++語言設(shè)計和開發(fā)了相應(yīng)的PMMCs充型過程多相流計算程序。設(shè)計和完成了A356/Si Cp垂直向上吸鑄充型實驗,定量分析了鑄件沿充型方向不同高度截面Si C顆粒的含量,探討了Si C顆粒在復(fù)合材料鑄件中的分布規(guī)律;采用所開發(fā)的PMMCs充型過程多相流程序?qū)υ撐T充型過程進行了模擬計算,并對實驗和模擬結(jié)果進行對比驗證和分析。分析了鑄件中心部位和近表面處Si C顆粒含量變化規(guī)律及其原因。首次完成了PMMCs充型過程X射線實時觀察實驗。分析了A356/Si Cp復(fù)合材料熔模鑄造充型過程流動行為,并分析了鑄件不同位置處Si C顆粒含量;使用所開發(fā)的PMMCs充型過程多相流模擬程序,對A356/Si Cp熔模鑄造充型過程進行了模擬計算,并對實驗和模擬結(jié)果進行對比驗證和分析。探討了復(fù)合材料充型流動行為對于顆粒分布的影響。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG21;TB33
【目錄】：

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本文編號：196384