微V型槽椭圆振动辅助切削加工轨迹规划研究

仿生研究表明,凹坑、沟槽等微织构具有减阻、降噪、自清洁等许多优秀的性能,实现微织构的精密加工对于提高产品性能具有重要意义。然而,目前的微织构加工方法存在着基准面适应性差,加工成本高以及加工周期长等问题。以V型槽减阻织构为目标织构,提出了一种分层椭圆振动辅助切削加工微织构的方法,实现了工件表面上V型槽的加工。首先,根据椭圆振动的轨迹特点,建立了V型槽的形貌参数模型,据此推导出最大残留高度与切削速度之间的关系;其次,根据V型槽的加工深度,设计了分层椭圆振动辅助切削的走刀轨迹;最后进行了V型槽加工试验,对不同的加工方式所获得的V型槽进行对比,验证了关于形貌模型的理论分析的正确性,表明分层椭圆振动辅助切削加工V型槽时具有降低切削力和抑制槽沿毛刺产生的作用。     

脊状表面流场数值计算方法研究

根据现有湍流数值模拟方法的特点和脊状表面减阻理论研究的实际需要,研究了基于雷诺平均N-S方程的脊状表面流场数值计算方法,并基于纵向及横向脊状表面的形状特点,提出了不同脊状表面计算域选取及网格剖分的方法。一系列典型横向及纵向脊状表面流场数值计算结果表明,所采用的这套脊状表面数值计算方法不仅能够精确获得脊状表面的减阻特性,还可以获得脊状结构内部及附近流速、压强、涡量等细微流场结构的分布规律。     

大尺度回转体脊状表面减阻试验

对表面光滑和有脊状结构的大尺度回转体模型在风洞中进行了变速度、变攻角试验,为脊状表面减阻技术的工程化应用提供了参考.对比分析发现:来流速度对脊状表面减阻效果有很大影响,减阻效果随速度增加呈现先增大后减小的趋势,在某一速度达到最佳,减阻效果提高20%;攻角对脊状表面减阻效果影响有限;脊状结构的存在对模型升力系数和俯仰力矩...     

基于回转基准面的椭圆振动辅助切削微织构过程仿真研究

仿生研究表明,具有凹坑、沟槽等微结构的表面具有减阻、自清洁等优异性能,微结构表面在航空航天、船舶、光学等领域有广泛的应用,对于节省能源、减阻降噪、降低污染和提升产品性能等具有重要的意义。为了有效预测椭圆振动辅助切削加工微织构的效果,依据椭圆振动装置的共振频率和回转类基准面的转动速率,给出了一种椭圆振动辅助切削微织构的轨迹规划方法,通过对周期振动载荷进行傅里叶级数的转化,在刀具有限元模型上加载了椭圆振动载荷,建立了基于回转面的椭圆振动辅助切削微织构的有限元仿真模型。基于建立的有限元仿真模型,对不同振动参数下的椭圆振动辅助切削微织构加工过程中的瞬时Mises应力分布和切削力进行分析,验证了微织构加工轨迹的正确性,为进一步的微织构加工提供了参考。     

脊状表面的加工成型技术及其减阻试验研究

为了研究脊状表面的减阻特性,采用数控加工技术在有机玻璃平板上制备脊状表面.在制备过程中,成功解决了脊状结构尺寸的确定、材料的选择、表面粗糙度的提高等问题.利用热线风速仪在低速风洞中分别对光滑表面和多个脊状表面进行了流场测试,获得了湍流边界层内流动参数的分布情况.试验结果表明,脊状表面改变了边界层内的流场结构,抑制了湍流...     

基于湍流边界层时均速度分布的脊状表面减阻规律研究

通过对试验测得的脊状表面湍流边界层时均速度分布的分析,获得了脊状表面的减阻范围和基本规律.脊状表面理论零点及壁面摩擦速度的计算采用基于湍流边界层Spalding壁面律公式的最小二乘拟合方法;模型板摩擦阻力计算采用基于边界层动量积分方程的方法.研究表明:脊状结构使得湍流边界层粘性底层增厚,近壁面法向速度梯度降低,过渡层与对数律区上移;V型脊状结构的无量纲宽度s+介于6至18时具有减阻效果;当s+≈12时,减阻量最大,最大值约7.7%.      

脊状表面航行器模型减阻特性的水洞实验研究

通过水洞实验研究具有横流方向的脊状表面航行器的阻力特性。运用三分力天平,分别对光滑表面航行器模型和脊状表面航行器模型在零迎角、不同水速下进行阻力测试,得到其减阻特性曲线。实验结果表明,脊状表面航行器模型具有很好的减阻效果,减阻量与脊状结构的特征尺寸、间距以及来流速度有密切关系。在实验工况内,最大减阻量达到11.7%。     

回转体表面不同间隔脊状结构的减阻数值仿真研究

将脊状表面减阻技术应用于水下回转体,对回转体表面不同间隔的脊状结构在多个速度下进行了数值仿真计算,发现了间隔对回转体脊状表面减阻效果的影响规律。针对回转体脊状表面的流场特性,在进行数值仿真时合理选择了计算模型、计算流域、计算网格及边界条件。仿真结果表明:在同一速度下,相对光滑表面而言,回转体脊状表面所受的压差阻力略有增大,但占总阻力份额80%以上的粘性阻力显著降低,从而形成减阻效果;当间隔等于脊状结构特征尺寸的3倍时,减阻效果最佳;对于同一个回转体脊状表面,低速下的减阻效果明显优于高速。     

微型凸起流动控制用于翼型的减阻特性研究

微型凸起作为减小阻力的一种有效措施已经备受关注.开展了等熵压缩"弱激波"干扰鼓包用于RAE2822超临界翼型的减阻作用机制研究以及NACA0012对称翼型表面脊状结构减阻特性的数值模拟研究.结果表明:通过鼓包参数最优匹配,可达到弱化激波、减小波阻、提高升阻比、延缓抖振边界等目的;同时,通过对比不同脊状结构、不同网格密度对计算结果的影响,总结了多个速度下脊状表面的减阻规律.所得结论为进一步开展微型凸起类流动控制用于机翼的减阻特性研究奠定了坚实基础.     

气动减阻表面对平板边界层影响

基于微纳米材料的气动减阻与疏水防冰混合涂层技术,旨在通过先进表面材料的参数化设计,以减缓大型风力机叶片等的气动载荷,提升气动性能。文中通过构建边界层精确测量技术和边界层特征参数辨识方法,结合近壁流动频谱特征,研究分析了一种减阻涂层对有限长平板边界层流动的影响。研究结果表明,减阻表面的微米级结构促使边界层粘性底层形成低雷诺数分离泡和脱体微旋涡。相较于金属固壁表面,气动减阻表面层流边界层在0.1 mm尺度内的微分离泡和微旋涡,对底部流动阻滞起到疏导作用,增强了层流稳定性,从而推迟边界层转捩。通过降低固壁摩擦阻力,进一步降低边界层导致的型阻,使得气动减阻表面流动的总阻力得以减少。     

基于CFD技术的脊状表面湍流流场特性研究

在湍流状态下,利用计算流体力学(CFD)技术,对一系列布置不同尺寸顺流向脊状结构的表面进行了数值模拟。模拟过程采用Reynolds应力方程湍流模型,并且编制程序设定了充分发展的湍流入口边界。通过与光滑表面比较发现,脊状结构附近产生的流向涡是脊状表面减阻或者增阻的重要原因。流向涡改变了近壁面流场结构,引起了边界层近壁区雷诺应力和壁面剪应力的变化,脊状表面也因此出现了减阻或者增阻的现象。     

TC4钛合金电子束表面造型形貌及近表面组织特征

对采用电子束表面微造型技术加工的TC4钛合金非光滑表面进行了研究。研究发现,通过该技术加工的非光滑表面具有截面为波浪形的沟槽,而且通过调节加工参数,可制备不同尺寸特征的沟槽。加工的沟槽沟脊处存在连续分布的鱼鳞状形貌,而沟谷处存在连续分布的倒V形条纹,鱼鳞形貌大小和V形条纹的间距均与加工参数有关。加工后的近表面从上至下由熔化区、热影响区和母材组成,熔化区由马氏体组成,热影响区位于熔化区和母材之间,其微观组织与母材也存在很大差异。熔化区和热影响区的显微硬度均要高于母材,而且在熔化区和热影响区的界面处存在显微硬度的最大值。电子束表面微造型的减阻效果可以达到15%以上。     

表面织构加工方法的研究

总结了激光加工、电解加工、电火花加工、化学刻蚀、光刻蚀以及超声振动辅助加工技术等方法；分析了表面织构形状对材料表面性能的影响；论述了表面织构几何参数对润滑性、摩擦学特性和疏水性等材料表面性能的影响。得出了合适的表面织构形状、面积率、深径比等表面织构设计参数可有效改善机械零部件表面性能的结论；发现了为获得理想表面性能，不仅需要考虑织构形状和几何参数，还需考虑工况条件、工件材料性质以及加工技术带来的影响。最后对关于表面织构加工技术所存在的问题进行了总结，并对如何提高表面织构技术对材料性能的影响进行展望。     

表面织构靴底流体动压指尖密封的性能分析

表面织构靴底流体动压指尖密封是本文提出的一种新型柔性气体密封。建立了具有圆形微坑表面织构靴底的指尖密封分析模型,采用流固耦合有限元数值计算方法,分析了不同工况和织构结构条件下表面织构靴底流体动压指尖密封的泄漏率、气膜承载力及气膜流场特征。结果表明具有圆形微坑织构靴底的指尖密封具有较低的泄漏率和较高的气膜承载力,通过与现有典型人字槽流体动压指尖密封和接触式指尖密封的性能对比,进一步说明了表面织构靴底指尖密封的综合性能优势。流体压差对表面织构靴底流体动压指尖密封的性能影响较大;压差较大时,适当增大微坑直径、减小微坑深度、采用均匀分布的微坑结构形式,有利于提高密封性能。本文工作为设计性能良好的指尖密封结构提供了一种新思路。     

WS_2/Zr软涂层微纳织构陶瓷刀具的制备及其切削性能

<正>本文针对目前表面织构刀具及陶瓷刀具的研究现状,提出将微纳米织构与软涂层结合并应用于陶瓷刀具表面,制备出新型的软涂层微纳织构陶瓷刀具,并通过切削实验研究了软涂层与微纳织构对陶瓷刀具切削性能的影响,为进一步提高陶瓷刀具切削性能提供了一种新的设计思路。     

织构化表面涂层的研究进展

基体表面织构化预处理对于涂层综合性能的改善作用已经得到初步证实.综述了表面织构的现有制备技术、优缺点及表面织构关键设计参数,总结了表面织构技术在机械加工、医学、微纳机电系统等领域中的应用,介绍了基体表面织构化与软硬涂层协同作用的研究现状,并从涂层的表面性能和界面性能两个角度展开,探讨了基体表面织构化预处理提升涂层综合性...     

紫外纳秒脉冲激光烧蚀单晶硅表面特征创成机制

脉冲激光表面微织构技术可以有效改善单晶硅表面磨擦特性、光学反射率以及亲疏水性等，拓宽了单晶硅的使用范围。为加工出均匀的表面织构，基于激光与物质的相互作用，开展了紫外纳秒激光加工单晶硅表面阵列织构的试验研究。采用面积法计算了单晶硅紫外纳秒激光烧蚀阈值，并通过单因素法研究了激光输出功率、脉冲重复频率、光斑扫描速度以及扫描次数对加工沟槽宽度和深度的影响规律，分析了烧蚀沟槽典型形貌特征及形成机制，获得了工艺参数对微结构特征的影响规律。最后，基于优化的工艺参数，在单晶硅表面加工了点阵、方形阵列、正六边形阵列、正弦波阵列以及螺旋线等表面结构。     

织构化表面对异质金属润湿性及界面反应的影响

不锈钢与铝合金广泛应用于火箭贮箱中隧道管与补偿器的焊接，熔钎焊已成为其主要连接方式，但接头存在低应力开裂，容易引起燃料泄漏等问题。为提高接头可靠性，首先采用超快激光加工技术在不锈钢表面烧蚀制备了微槽和微坑两种典型的织构化表面。然后，通过铝合金在不锈钢表面的原位润湿铺展试验研究了两种微织构对润湿铺展方向、接触角和界面反应产物的影响。试验结果表明铝合金具有沿微槽加工方向润湿铺展的趋势，而微坑的铺展则接近圆形；在微槽表面表现出更小的接触角，同时基于Wenzel方程对在两种表面润湿铺展的接触角进行数值计算，计算结果略大于实际结果。最后，分析了界面冶金反应对润湿铺展的影响。结果表明界面反应对铝合金的润湿铺展具有一定的促进作用，但过于粗大的界面反应产物则会阻碍润湿铺展。该激光织构化的方法不仅可用于不锈钢与铝合金体系，还可用于航空航天领域中其他金属与金属、金属与非金属之间的连接。     

微纳复合织构自润滑陶瓷刀具的制备及切削性能

金属干切削过程中,由于前后刀面与切屑和工件之间存在的剧烈的摩擦,切削温度极高,刀具的磨损十分严重,导致刀具寿命降低[1],为解决这一问题国内外学者不断寻求幕发新型刀具材料,优化刀具结构,研究新型刀具[2-4]. 近年来,摩擦学与仿生学研究领域提出表面织构能够有效地减小摩擦,降低摩擦系数[5-8],将这种技术应用于切削加工刀具将是一种富有前景的研究领域.目前国内外学者将表面织构应用于刀具研究尚处在起步阶段.日本学者Kawasegi[9]等利用飞秒激光在WC-Co硬质合金刀具前刀面加工了微纳米沟槽织构,在干切削和最小微量润滑(MQL)条件下切削铝合金试验,结果表明微纳织构能有效地降低切削力.     

椭圆振动切削加工的同步控制研究

利用椭圆振动切削加工的回转体表面微织构是在机床主轴旋转、平台进给和装置椭圆振动的联合运动下得到的,机床主轴转动与装置位移输出如果不能保持完全的实时同步,会造成微织构加工的偏差。为了解决这一问题,提出了一种新的基于转角的同步控制方法,该方法在主轴的对位基准处实现装置正弦信号的复位,以修正转速漂移造成的加工位置误差,并通过判断主轴角度信号实时输出对应幅值电压来实时同步信号输出和机床旋转运动。基于LabVIEW FPGA搭建同步控制模块,经试验验证,利用该方法加工的矩形阵列微织构轴向排列与中轴线平行,与周向排列的夹角和仿真结果的偏差不超过0.1°,织构深度随转角的不同发生预设的变化,因此,同步控制方法具有实时同步控制椭圆振动切削装置的能力。