基于蒙特卡罗方法的磨粒流抛光技术数值模拟研究
发布时间：2022-02-15 20:22
磨粒流抛光技术是作为一种提高表面质量的非传统光整加工技术,在军工和民用领域具有重要应用。固-液两相磨粒流抛光技术是以流体为载体,带动磨粒在待加工通道或表面上进行无规则的运动,从而对待加工表面进行无规则的碰撞来完成对待加工表面的微切削,以达到光整加工的目的。因此对于磨粒运动规律的研究在磨粒流抛光技术研究中起至关重要的作用。为探究磨粒流抛光过程中磨粒运动对磨粒流光整加工效果的影响,本文采用直接模拟蒙特卡罗方法对磨粒流抛光过程中的颗粒碰撞进行数值模拟,以变口径管和U型管为研究对象在考虑磨粒碰撞和不考虑磨粒碰撞两种情况下进行磨粒流抛光数值模拟分析,得到了流场的动压、湍流动能、磨粒分布等状态参数,进而分析磨粒碰撞对磨粒流光整加工效果的影响。对不同磨粒流抛光工艺参数如磨粒粒径、磨粒质量流量、入口速度对90°弯管进行数值模拟,分析上述加工工艺参数对磨粒流抛光效果的影响。根据数值分析结果,以90°弯管以及变孔径管为试验样件,进行正交试验以及对比试验分析,得到不同抛光条件下的工件表面粗糙度和表面形貌,建立了工件表面粗糙度与抛光工艺参数之间关系的数学模型。通过对试验结果的分析,经磨粒流抛光的工件表面粗糙度...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磨粒流抛光机床及工作原理图
（3）若某一颗粒停止滑动，则不再产生后续的滑动；（4）在颗粒碰撞过程中，颗粒的碰撞恢复系数和摩擦系数均为常数。基于上述假设，并假设颗粒为刚体，颗粒的碰撞模型如图2.1所示。则有如下的动量方程：图2.1 颗粒间碰撞模型( )( )( )( )00i i ij j jm v v Jm v v J = = (2.17)式中，im 和jm 分别为颗粒 i 和颗粒 j 的质量，( 0)iv 和( 0)jv 分别为两颗粒在发生碰撞之前的速度，iv 和jv 分别为两颗粒发生碰撞后的速度，J 为颗粒 j 作用与颗粒 i 的冲量。则碰撞后，两颗粒的速度分别为：(0)(0)( )( )(1 )( )( )(1 )ji i iji jij j iji jmv v n t n G em mmv v n t n G em mξξ = + + + = + + + + (2.18)式中，n 为碰撞瞬时由颗粒i的质心指向颗粒 j 的质心的单位法向量，e 为颗粒的
磨粒与壁面的碰撞会造成能量转移和损耗，将碰撞前后切向速度的比值和法向速度的比值分别定义为切向碰撞恢复系数和法向碰撞恢复系数，用碰撞恢复系数来衡量磨粒与壁面碰撞前后的能量转移和损耗情况。磨粒与壁面碰撞反弹示意图如图2.2所示。图2.2 颗粒与壁面碰撞示意图图2.2中，t1v 和t2v 分别为碰撞前后的切向速度，n1v 和n2v 分别为碰撞前后的法相速度。切向碰撞恢复系数和法向碰撞恢复系数表达式如下：t t 1 t2e = v v(2.24)n n1 n2e = v v(2.25)根据Forder[57]的碰撞恢复系数模型，碰撞回复系数方程如下：2 3 40.988 0.78 0.19 0.024 0.027ne = θ + θ θ + θ(2.26)2 3 4 51 0.78 0.84 0.21 0.028 0.022te = θ + θ θ + θ θ(2.27)其中，θ 为入射角。2.1.5 固相磨粒的基本方程在固-液两相磨粒流运动过程中，固相磨粒与液相流体之间存在速度差，基于欧拉-拉格朗日方程以及Navier-Stokes方程对固相磨粒的运动进行数值计算。第k 组磨粒的连续方程：( )k kk kj kidmv nt x dtρρ + = (2.28)第k 组磨粒动量方程：( ) ( )kk ki k kj ki k i i k kMj rkv v v g v S Ft xρρ ρ ρτ + = + + + (2.29)
【参考文献】：
期刊论文
[1]磨粒流抛光工艺中的磨料模糊优选模型[J]. 王志勇,郭保苏,冯东海,师磊. 制造技术与机床. 2018(01)
[2]介观尺度下磨粒流抛光温度对发动机喷油嘴质量影响研究[J]. 李俊烨,卫丽丽,张心明,乔泽民. 兵工学报. 2017(10)
[3]耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究[J]. 韩帅非,计时鸣,陈国达,潘烨. 机电工程. 2017(08)
[4]超声空化对软性磨粒流切削效率和质量的影响[J]. 计时鸣,陈凯,谭大鹏,郑晨亮. 农业工程学报. 2017(12)
[5]金属增材制造格栅零件磨粒流抛光[J]. 高航,李世宠,付有志,魏海波,彭灿,王宣平. 航空学报. 2017(10)
[6]特征参数对DSMC方法模拟声场中颗粒碰撞的影响[J]. 郭孝武,凡凤仙,胡晓红,苏明旭. 上海理工大学学报. 2016(05)
[7]介观尺度下磨料浓度对磨粒流加工质量的影响[J]. 李俊烨,乔泽民,杨兆军,张心明. 吉林大学学报(工学版). 2017(03)
[8]蒙特卡洛方法数值研究大气颗粒物动力学效应和辐射传输性质[J]. 丁珏,李家骅,邱骁,翁培奋. 力学学报. 2016(03)
[9]单颗磨粒的冲击磨损理论及实验研究[J]. 宋卫,袁巧玲,戴勇,钟和冬. 制造技术与机床. 2015(08)
[10]基于蒙特卡洛方法的数控磨床重要度分析[J]. 范晋伟,王泽立,刘勇军,周中源,唐宇航,宋毅. 组合机床与自动化加工技术. 2015(02)
博士论文
[1]颗粒增强复合材料充型过程多相流数值模拟的研究[D]. 陈飞帆.华南理工大学 2015
[2]有限元与蒙特卡罗方法耦合的退火过程模拟模型及关键技术研究[D]. 申孝民.山东大学 2008
本文编号：3627208
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磨粒流抛光机床及工作原理图
（3）若某一颗粒停止滑动，则不再产生后续的滑动；（4）在颗粒碰撞过程中，颗粒的碰撞恢复系数和摩擦系数均为常数。基于上述假设，并假设颗粒为刚体，颗粒的碰撞模型如图2.1所示。则有如下的动量方程：图2.1 颗粒间碰撞模型( )( )( )( )00i i ij j jm v v Jm v v J = = (2.17)式中，im 和jm 分别为颗粒 i 和颗粒 j 的质量，( 0)iv 和( 0)jv 分别为两颗粒在发生碰撞之前的速度，iv 和jv 分别为两颗粒发生碰撞后的速度，J 为颗粒 j 作用与颗粒 i 的冲量。则碰撞后，两颗粒的速度分别为：(0)(0)( )( )(1 )( )( )(1 )ji i iji jij j iji jmv v n t n G em mmv v n t n G em mξξ = + + + = + + + + (2.18)式中，n 为碰撞瞬时由颗粒i的质心指向颗粒 j 的质心的单位法向量，e 为颗粒的
磨粒与壁面的碰撞会造成能量转移和损耗，将碰撞前后切向速度的比值和法向速度的比值分别定义为切向碰撞恢复系数和法向碰撞恢复系数，用碰撞恢复系数来衡量磨粒与壁面碰撞前后的能量转移和损耗情况。磨粒与壁面碰撞反弹示意图如图2.2所示。图2.2 颗粒与壁面碰撞示意图图2.2中，t1v 和t2v 分别为碰撞前后的切向速度，n1v 和n2v 分别为碰撞前后的法相速度。切向碰撞恢复系数和法向碰撞恢复系数表达式如下：t t 1 t2e = v v(2.24)n n1 n2e = v v(2.25)根据Forder[57]的碰撞恢复系数模型，碰撞回复系数方程如下：2 3 40.988 0.78 0.19 0.024 0.027ne = θ + θ θ + θ(2.26)2 3 4 51 0.78 0.84 0.21 0.028 0.022te = θ + θ θ + θ θ(2.27)其中，θ 为入射角。2.1.5 固相磨粒的基本方程在固-液两相磨粒流运动过程中，固相磨粒与液相流体之间存在速度差，基于欧拉-拉格朗日方程以及Navier-Stokes方程对固相磨粒的运动进行数值计算。第k 组磨粒的连续方程：( )k kk kj kidmv nt x dtρρ + = (2.28)第k 组磨粒动量方程：( ) ( )kk ki k kj ki k i i k kMj rkv v v g v S Ft xρρ ρ ρτ + = + + + (2.29)
【参考文献】：
期刊论文
[1]磨粒流抛光工艺中的磨料模糊优选模型[J]. 王志勇,郭保苏,冯东海,师磊. 制造技术与机床. 2018(01)
[2]介观尺度下磨粒流抛光温度对发动机喷油嘴质量影响研究[J]. 李俊烨,卫丽丽,张心明,乔泽民. 兵工学报. 2017(10)
[3]耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究[J]. 韩帅非,计时鸣,陈国达,潘烨. 机电工程. 2017(08)
[4]超声空化对软性磨粒流切削效率和质量的影响[J]. 计时鸣,陈凯,谭大鹏,郑晨亮. 农业工程学报. 2017(12)
[5]金属增材制造格栅零件磨粒流抛光[J]. 高航,李世宠,付有志,魏海波,彭灿,王宣平. 航空学报. 2017(10)
[6]特征参数对DSMC方法模拟声场中颗粒碰撞的影响[J]. 郭孝武,凡凤仙,胡晓红,苏明旭. 上海理工大学学报. 2016(05)
[7]介观尺度下磨料浓度对磨粒流加工质量的影响[J]. 李俊烨,乔泽民,杨兆军,张心明. 吉林大学学报(工学版). 2017(03)
[8]蒙特卡洛方法数值研究大气颗粒物动力学效应和辐射传输性质[J]. 丁珏,李家骅,邱骁,翁培奋. 力学学报. 2016(03)
[9]单颗磨粒的冲击磨损理论及实验研究[J]. 宋卫,袁巧玲,戴勇,钟和冬. 制造技术与机床. 2015(08)
[10]基于蒙特卡洛方法的数控磨床重要度分析[J]. 范晋伟,王泽立,刘勇军,周中源,唐宇航,宋毅. 组合机床与自动化加工技术. 2015(02)
博士论文
[1]颗粒增强复合材料充型过程多相流数值模拟的研究[D]. 陈飞帆.华南理工大学 2015
[2]有限元与蒙特卡罗方法耦合的退火过程模拟模型及关键技术研究[D]. 申孝民.山东大学 2008
本文编号：3627208
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