本文關(guān)鍵詞：三維復(fù)雜曲面電解加工極間流場(chǎng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)、特殊材料的零件不斷涌現(xiàn),電解加工已成為難切削導(dǎo)體材料、復(fù)雜型面零件的主要加工方法之一。電解加工無(wú)明顯的工具損耗、加工效率和表面質(zhì)量相對(duì)較高。由于目前復(fù)雜曲面類零件電解加工的成形規(guī)律還沒(méi)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(chǎng)分布情況是影響電解加工精度與質(zhì)量的重要因素之一。電場(chǎng)與流場(chǎng)相互影響,同時(shí)又伴隨著電化學(xué)變化。極間間隙是一個(gè)復(fù)雜的耦合場(chǎng),研究復(fù)雜曲面電解加工的極間流場(chǎng)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(zhì)量。本文以某壓氣機(jī)葉片葉身曲面和緣板整體成形為研究對(duì)象,建立了具有大曲率變化的“L”型復(fù)雜曲面的間隙模型,采用分塊、分層的分析思想,將整體流場(chǎng)模型劃分成M塊、N層,對(duì)“L”型流場(chǎng)的特性和分布規(guī)律進(jìn)行研究。在每個(gè)分析單元內(nèi),根據(jù)流體力學(xué)理論建立了描述電解液流速、壓力、溫度等參數(shù)變化的動(dòng)力學(xué)方程組;根據(jù)電化學(xué)理論,將影響流場(chǎng)特性的主要參數(shù)代入電導(dǎo)率計(jì)算模型中解析。將單元分析結(jié)果組合,利用MATLAB繪制出“L”型流場(chǎng)的電導(dǎo)率分布圖。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)極間間隙中,電導(dǎo)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(shí)際的分布情況。借助流體分析軟件Fluent對(duì)“L”型間隙中電解液的流速、壓力等分布情況進(jìn)行模擬,仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)流場(chǎng)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(xué)動(dòng)量定理,從“擠壓”和“碰撞”的角度對(duì)流場(chǎng)大拐角處速度和壓力變化的機(jī)理進(jìn)行了探索性分析。為了降低流場(chǎng)出現(xiàn)“死水區(qū)”的可能性,本文在傳統(tǒng)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出直線過(guò)渡型流場(chǎng)和圓弧過(guò)渡型流場(chǎng)模型。對(duì)比各種形式下速度、壓力的分布,并對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。提出采用“分流通道”的方式,避免復(fù)雜流場(chǎng)中出現(xiàn)“負(fù)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(guān)系,并繪制相應(yīng)的敏感度關(guān)系曲線。以電解液的平均速度、最小壓力為目標(biāo)參數(shù),使用響應(yīng)面設(shè)計(jì)的方法獲得最佳流場(chǎng)輸入?yún)?shù)值。本文進(jìn)行的三維復(fù)雜曲面電解加工極間流場(chǎng)特性與數(shù)值模擬研究,是對(duì)復(fù)雜曲面類零件電解加工流場(chǎng)特性與分布特征所進(jìn)行的探索性研究,為進(jìn)一步完善電解加工成形規(guī)律理論奠定了一定的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：電解加工 復(fù)雜曲面 流場(chǎng)特性 電導(dǎo)率 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG662
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 符號(hào)說(shuō)明10-11
• 1 緒論11-24
• 1.1 電解加工簡(jiǎn)介11-12
• 1.2 電解加工的特點(diǎn)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(shù)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(xì)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(fù)合加工19
• 1.4 電解加工流場(chǎng)特性的相關(guān)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?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)22-24
• 1.6.1 研究的主要內(nèi)容22-23
• 1.6.2 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)23-24
• 2 復(fù)雜曲面電解加工流場(chǎng)的建模與特性分析24-56
• 2.1 電解加工的基礎(chǔ)理論24-30
• 2.1.1 電解加工工藝設(shè)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(chǎng)參數(shù)分布的理論模型30-34
• 2.2.1 流場(chǎng)分析的理論基礎(chǔ)30
• 2.2.2 流場(chǎng)分析的物理模型30-34
• 2.3 流場(chǎng)物理模型34-37
• 2.3.1 流場(chǎng)三維參數(shù)建模34-35
• 2.3.2 流場(chǎng)模型單元化35-37
• 2.4 流場(chǎng)模型分塊、分層系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)37-42
• 2.4.1 UG開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介38-39
• 2.4.2 分塊、分層系統(tǒng)簡(jiǎn)介39-40
• 2.4.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境變量設(shè)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(dá)式設(shè)置41-42
• 2.5 流場(chǎng)物理模型的解析42-47
• 2.5.1 緣板處流場(chǎng)的參數(shù)矩陣方程43-45
• 2.5.2 葉身處流場(chǎng)的參數(shù)矩陣方程45-47
• 2.6 大拐角對(duì)流場(chǎng)電導(dǎo)率的影響47-54
• 2.6.1 第1層電導(dǎo)率曲面圖及各條流程線電導(dǎo)率曲線圖47-50
• 2.6.2 第3層、第5層電導(dǎo)率曲面圖50-52
• 2.6.3 各層電導(dǎo)率對(duì)比圖52-54
• 2.7 電導(dǎo)率 к 的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證54-55
• 2.8 本章小結(jié)55-56
• 3 三維復(fù)雜曲面流場(chǎng)的數(shù)值模擬56-74
• 3.1 流場(chǎng)參數(shù)初始值確定56-59
• 3.1.1 電解液流動(dòng)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(chǎng)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(zhì)量分析60-61
• 3.2.3 流場(chǎng)分析設(shè)置61-62
• 3.2.4 整體流場(chǎng)仿真云圖62-63
• 3.2.5 流場(chǎng)某縱截面仿真結(jié)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(jié)72-74
• 4 復(fù)雜流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化74-84
• 4.1 傳統(tǒng)流場(chǎng)的模型分析74-75
• 4.2 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)思路75
• 4.3 不同結(jié)構(gòu)流場(chǎng)特性的對(duì)比75-81
• 4.3.1 傳統(tǒng)型流場(chǎng)75-76
• 4.3.2 直線過(guò)渡型流場(chǎng)76-77
• 4.3.3 圓弧過(guò)渡型流場(chǎng)77-78
• 4.3.4 三種形式流場(chǎng)的流場(chǎng)參數(shù)對(duì)比78-81
• 4.4 改進(jìn)后的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析81-83
• 4.5 本章小結(jié)83-84
• 5 復(fù)雜流場(chǎng)內(nèi)電解液參數(shù)的數(shù)值優(yōu)化84-94
• 5.1 電解液參數(shù)設(shè)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(guān)系及優(yōu)化方式選擇85-86
• 5.2 Design of Experiment設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果86-88
• 5.3 Response Surface設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果88-91
• 5.4 響應(yīng)曲面優(yōu)化91-93
• 5.5 本章小結(jié)93-94
• 總結(jié)與展望94-96
• 工作總結(jié)94-95
• 工作展望95-96
• 參考文獻(xiàn)96-101
• 致謝101-102
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文102-103

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