基于ANSYS分析的电铸阳极设计

电铸阳极的形状和位置决定了阴极表面电流密度的分布,并最终影响金属沉积层分布的均匀性及 其材料性能。本文基于有限元软件ANSYS对电铸阳极的形状进行优化设计,并用实例进行验证,效果良好。     

基于复杂型面薄壁零件成形的电铸试验研究

 在航空、航天领域存在诸如风洞喷管、波导元件和叶片电极等异型薄壁零件,采用常规加工方法对这些薄壁零件进行加工时存在着难加工的问题,利用一种新型的电铸技术——阴极平动式游离粒子辅助磨擦电铸技术对其进行直接成形加工。在电铸过程中,阴阳极之间添加不导电的游离粒子,随着阴极的不断运动,游离粒子能够周期性地对电沉积层产生磨擦、抛光、挤压作用,以此来提高表面质量,强化电铸层。与传统电铸技术所制备的电铸镍层进行了对比试验,试验结果表明：游离粒子辅助磨擦电铸技术能够获得表面光亮、平整电铸层;电铸层（200）晶面的衍射强度明显降低,（111）和（220）晶面的衍射强度显著提高;电铸层的机械性能也得到了明显的改善,显微硬度和抗拉强度比传统电铸工艺提高了一倍左右。以此为基础,成功制备了复杂型面叶片阴极,其显微硬度和表面粗糙度都得到了明显改善。     

吸附式压气机叶型和抽吸方案优化设计

将智能优化算法与准三维叶栅计算程序相结合,对某吸附式压气机叶型进行了优化设计,对优化设计前后的流场进行了详细分析.优化设计之后叶型总压损失下降40%,静压升提高0.6%.优化得到最佳抽吸位置位于分离区起始点上游,优化叶型具有更均匀的负荷分布,并且优化后叶型的性能在全攻角范围内均得到了提升.结果表明:更均匀的负荷分布会提高叶型的性能,减小叶型分离,降低抽吸所需要的能量.对于在尾缘处存在轻微分离的叶型其最优抽吸位置位于分离区上游.     

离子推力器放电室阳极壁面电流密度分布特性研究

为了准确掌握离子推力器放电室阳极壁面电流密度分布特性，并深入理解阳极壁面处等离子体运动特性，设计了近阳极壁面等离子体诊断的具体实施方案，并基于LIPS-200离子推力器开展了近阳极壁面处等离子体诊断试验研究，得到了主要磁极附近壁面等离子体参数，并得到阳极壁面吸收电流密度分布特性。试验结果表明：LIPS-200离子推力器阳极壁面处主要磁极附近的等离子体密度范围为，测试点的电子温度范围为，壁面电流密度范围为；柱段壁面电子温度相对锥段较低，但电流密度较大，尤其在中间极靴位置电流密度最大，约为阴极极靴处电流密度的3倍，约为屏栅极靴处电流密度的2倍，阳极电流主要在放电室中间极靴处发生损失。     

装配式惯性开关的兆声辅助微电铸均匀性研究

在装配式惯性开关的电铸过程中,电场的边缘效应干扰了电力线在阴阳极间的均匀分布,导致铸层厚度均匀性问题突显,使得制作周期延长。为了缩短装配式惯性开关的制作周期,将兆声波引入到微电铸过程,以装配式惯性开关中电铸均匀性最差的滑块结构为例,开展改善微电铸层均匀性的研究工作。首先,利用COMSOL仿真分析软件对滑块结构有、无兆声波辅助条件下的微电铸加工过程中的电流密度分布和铸层厚度分布进行仿真。仿真结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,兆声波辅助微电铸加工可以有效改善铸层厚度均匀性。兆声波功率密度越大,铸层厚度均匀性越好。在数值模拟的基础上,对兆声波辅助电铸过程展开试验研究。试验结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,双向加载2.4 W/cm²的兆声波辅助微电铸加工的铸层厚度均匀性提高了51.78%,试验与仿真结果趋势一致。基于仿真和试验结果,将双向加载2.4 W/cm²的兆声波引入微电铸工艺,制作了总体尺寸20 mm×20mm、总高度900μm,符合设计要求的装配式惯性开关。与无兆声波辅助微电铸制作完成的装配式惯性开关相比,制作时间缩短了25%。     

1.8米风洞喷管内壁的电铸制造

风洞喷管内壁(以下简称喷管)是风洞的关键部件之一。它要求内表面有高的尺寸精度与表面光洁度,通常用机加工组合或整体电铸的方法制造。这两种加工方法相比,整体电铸法具有内表面尺寸精度高、表面光洁度好、没有连接缝等优点,从而可以得到高质量的气体流,喷管的纵向温度梯度也小。据报导     

轴对称矢量喷管三维传热计算研究

采用封闭腔理论算法，利用矢量喷管的三维内流场数值计算结果，对轴对称矢量喷管的壁温分布进行了数值计算。计算结果表明，在非矢量状态，喷管同一轴向位置处的周向壁温基本相同，壁温分布可按一维处理。在矢量状态，喷管同一轴向位置处的周向壁温相对差值达15％，壁温分布呈现复杂的形式，必须采用三维计算方法计算壁温分布；喷管扩张段壁温明显高于非矢量状态，所开发的计算方法和程序既可用于轴对称矢量喷管的工程设计，也可为试验验证提供理论依据。     

辅助摩擦电铸Ni-Mn合金的力学性能

利用一种新的电铸技术--游离粒子辅助摩擦电铸技术进行Ni-Mn合金的电铸试验.研究了工艺参数对Ni-Mn合金电铸层显微硬度和拉伸性能的影响规律.试验结果表明,游离粒子的辅助摩擦作用和电铸层中的锰元素共同影响着电铸层的力学性能.随着阴极旋转速率的提高,电铸层中锰含量不断增加,且游离粒子对电铸层的摩擦、挤压作用随之加强,电...     

电火花表面强化TC4 钛合金的组织与性能

以石墨为电极,分别在煤油和雾介质中对TC4钛合金(表面分别未涂覆及涂覆碳层)进行电火花表面强化.对强化层微观组织、相组成及显微硬度进行了研究.结果表明,所有强化层组织均呈菊花瓣状.合金表面涂覆碳层后强化层表面球状碳化物数量都较未涂覆时明显增加,且在煤油介质中得到的强化层中碳化物在花瓣边缘处聚集,雾介质条件下碳化物分布更为弥散、均匀.对强化层进行物相分析表明,强化相由电极C和基体Ti原位反应生成,强化层由基体α-Ti和TiC相组成.强化层表面显微硬度较原始TC4钛合金相比大幅提高,雾介质中得到的强化层显微硬度值与煤油介质中基本相同,可达800 MPa左右,但分布更为均匀,力学性能更稳定.     

兆声波精密微电铸设备及相关工艺研究

兆声波具有高声强、低空化、声流扰动的特点,将其应用于电化学沉积领域有着明显的优势。设计了一种贴片式双向兆声辐照的兆声波反应器,组合其他功能模块,制作了一款集成化的兆声精密电铸设备。以铜基底上镍的电沉积过程为研究对象,考察了不同兆声波作用形式对铸层厚度均匀性及表面形貌的影响,对比了无兆声作用、单侧兆声作用、双侧交替兆声作用下的电铸层厚度均匀性及电铸层表面形貌。电铸完成后,镍铸层的平面度值分别为:无兆声15.03μm、单侧兆声15.36μm、双侧兆声10.91μm。单侧兆声振动产生的驻波条纹及偏向推积现象影响了铸层的厚度均匀性及表面形貌。双侧交替兆声辐照克服了单侧兆声作用存在的偏向推积问题。相对于无兆声作用及单侧兆声作用,双侧兆声辅助电沉积获得了更均匀的电铸层厚度以及更好的沉积层表面形貌。     

Effects of process parameters on mechanical properties of abrasive-assisted electroformed nickel

A cathode mandrel with translational and rotational motion, which was supposed to obtain uniform friction effect on surface, was employed in abrasive-assisted electroforming for revolving parts with complex profile. The effects of current density, translational speed and rotational speed on the deposit properties were studied by orthogonal test. The tensile strength, elongation and micro hardness value were measured to find out how the factors affected the properties. The optimized results show that changes of current density affect the tensile strength of nickel layer most, while translational speed has the most remarkable influences on both elonga-tion and micro hardness. The low rotational speed affects the properties least. In this experiment, a smooth nickel layer with tensile strength 581 MPa, elongation 17%and micro hardness 248HV is obtained by the orthogonal test.     

电子枪束源部件结构尺寸对束流品质影响的CST仿真

在直热式电子枪中,电子枪束源部件结构尺寸的改变会改变静电场对电子束的初次汇聚,从而影响束流品质。针对电子枪中静电场以及电子运动轨迹难以用常规方法直接测量的问题,通过建立1∶1三维模型,并利用CST电磁仿真粒子工作室对整个束流产生过程进行模拟。利用控制单一变量的方法,结合模拟所得数据,得到了在不同条件下,静电场分布、电子的运动轨迹以及各个变量与最终焦点处束流电流密度关系曲线,最终得到了束流品质最优的束源部件结构尺寸。用优化了阴阳极结构及阴阳极距离后的电子枪在铝合金板材上进行实际焊接试验,所得焊缝形貌优于原有电子枪焊接所得焊缝,证明了模拟结果的正确性。此种模拟方法为改善现有电子枪束流品质以及未来电子枪设计提供了参考依据。     

整体叶盘通道电解加工电极多维运动轨迹优化

为了提高整体叶盘通道余量分布的均匀性,提出了电极运动轨迹优化方法.分析了电解加工间隙对电极运动轨迹的影响,优化了工具电极在叶顶及叶根圆柱面上的运动轨迹,并基于轨迹线上采样点作拟合垂线段中点的样条曲线获得新的轨迹线.为了验证优化后轨迹的合理性,进行了叶盘通道电解加工对比试验.试验表明,与优化前的轨迹相比,采用优化后的轨迹...     

基于壁面压力分布的非对称喷管反设计

针对目前非对称喷管的设计方法上的缺陷，给出了通过指定壁面压力分布规律来反设计其膨胀面型线的方法，获得了膨胀面型线反设计程序，并结合优化算法寻找综合性能较好的喷管壁面压力分布.将采用该方法设计得到的喷管模型与最大推力喷管进行了对比研究.结果表明:在设计点，该喷管的推力系数比最大推力喷管只降低0.102%，而升力和俯仰力矩分别提升2.295%和15.774%.验证了设计思想的正确性，为非对称喷管的设计提供了一种高效的设计方法.      

三氧化二铝沉积层厚度随时间变化的传热理论解

本文根据传热理论建立了固体火箭发动机喷管三氧化二铝沉积规律的数学模型,并求得了喷管壁内和沉积层内的温度分布。又根据沉积层厚度的定义确定了沉积层厚度随时间变化的解析解。数值计算结果与实验的比较表明,理论计算得到的基本规律和实验相符。     

7B04铝合金在模拟海洋大气环境下的腐蚀行为

海洋大气环境下铝合金的腐蚀本质上是薄液膜下的电化学腐蚀,与本体溶液中的腐蚀有很大不同,腐蚀速率与薄液膜的厚度及成分有关。建立并实验验证了薄液膜厚度、大气相对湿度和铝合金表面盐沉积量3者之间的关系,研究7B04铝合金在不同厚度和不同Na Cl浓度薄液膜下的电化学性能。结果表明,薄液膜下7B04铝合金的自然腐蚀电位较本体溶液中更容易达到稳定,且电位更正,自然腐蚀速率更大;液膜厚度减小,7B04铝合金阴极极化电流密度增加,阳极反应受到抑制;薄液膜中Na Cl浓度升高,7B04铝合金的自然腐蚀电位降低,腐蚀速率上升,而阴阳极极化过程受Na Cl浓度变化影响不大,当Na Cl质量分数达到5%后,自然腐蚀电位基本不再变化。     

多电极偶接对金属大气腐蚀影响的试验与仿真

搭建薄液膜厚度测量与控制装置,采用微距参比电极后置法组建三电极体系,测量了厚度为100 μm的3.5wt% NaCl液膜下2A12铝合金、TC18钛合金和30CrMnSiNi2A高强钢的极化曲线和耦合体系的电偶电流;建立了基于薄壳电流分布的Comsol腐蚀仿真模型,得到了100 μm液膜下电极电位分布和电流密度分布图,通过对电极表面进行局部电流面积分计算得到了其电偶电流,对不同电极进行了面积的参数化扫描,讨论分析了不同面积比对于电偶电流的影响。结果表明：利用仿真模型得到的电偶电流值与试验值吻合较好,在2A12/30CrMnSiNi2A/TC18多电极体系中2A12充当阳极,TC18/30CrMnSiNi2A充当阴极,且阴阳极极性不随面积比的变化而发生转变,电偶电流主要集中在30CrMnSiNi2A与2A12之间,电偶电流与TC18面积呈线性关系,其对数与2A12和30CrMnSiNi2A面积的对数之间呈线性关系。利用建立的仿真模型对模拟搭接件大气腐蚀进行了仿真研究,仿真发现垫圈、2A12与30CrMnSiNi2A偶接接缝处及2A12与TC18偶接铆钉处电流密度分布更为集中,易发生腐蚀,与暴晒试验结果相符,说明该仿真模型对于多电极偶接的腐蚀分布具有很好的预测作用。     

型面旋转变马赫数风洞喷管的优化设计

型面旋转的变马赫数可调风洞喷管因其能够实现出口马赫数的连续快速变化、调节容易和流场品质较好等优点,成为目前地面变马赫数风洞研究的热点。将出口马赫数范围为2.0~4.0的变马赫数风洞喷管作为研究对象,基于iSIGHT和Fluent等软件搭建了适于该风洞喷管的优化设计平台,研究了型线设计中设计点马赫数、初始膨胀线和附面层修正量等因素对变马赫数出口流场的影响,应用NSGAⅡ算法在依据试验设计点所构建的Kriging近似模型上搜索,得到最优的风洞喷管基准型线,并对该基准型线进行二维、三维数值仿真校核,结果显示：通过旋转优选得到的基准型线能够得到马赫数范围为2.0~4.0的变马赫数出口流场,且流场均匀性基本满足固定型面、单设计点风洞喷管的国军标（GJB-1179-91）合格指标,为变马赫数可调风洞喷管在变马赫数风洞中的实际应用奠定了良好的基础。     

基于优化技术的叶型反方法改进设计

在势流函数反方法设计叶型的过程中,通过分析叶片表面速度分布对叶型形状的影响规律,发现采用局部区域速度分布调整,可有效的克服以往反方法设计叶型中易出现的非物理解现象,并针对叶型前缘和尾缘的几何封闭问题分别建立了优化目标函数,借助流场求解中的优化迭代技术获得了具有良好气动性能并满足几何约束的叶型设计结果。对典型叶型的三个设计算例表明:所研究的叶型反问题优化设计方法,具有设计精度较高,适用范围较宽,工程应用性较好等优点。