喷射成形液滴运动和传热过程及沉积坯的应力研究

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1、内蒙古科技大学硕士学位论文摘要喷射成形技术不仅具有快速凝固工艺的优点，而且克服了快速凝固－粉末冶金工艺成本高、工序复杂等缺点。但喷射成形技术工艺参数多，各参数相互制约，相互影响，非常复杂。直接通过实验来研究喷射成形过程比较困难，而且成本很高。本文通过数值模拟来研究喷射成形的液滴运动和传热过程及沉积坯的残余应力和瞬态应力。通过对喷射成形过程的分析，建立了喷射成形过程中金属液滴运动和传热的数学模型。利用该模型计算了喷射成形过程中雾化气体的速度、液滴速度、液滴温度、液滴的固相率等过程参量的变化过程。计算结果表明：雾化气体速度随着距离喷射口垂直距离的增加单调衰减，而且衰减速度逐渐减小。雾

2、化液滴在初始阶段被加速，飞行一段距离后其速度与雾化气体的速度相等，然后由于气体的拖拽而减速，并且其速度变化规律与液滴的直径相关。液滴冷却至一定温度时开始形核；开始形核后，温度复又上升，然后才又开始下降。利用有限元技术计算了沉积坯在生长形成过程及形成后的温度场，利用该温度场计算了沉积坯的瞬时热应力场和残余应力场，计算结果表明：沉积坯在沉积的初始阶2-1段冷却速度较大，达10KS数量级；沉积坯底部的残余应力和瞬时热应力最大，残余应力最大值达752MPa。关键词：喷射成形数学模型热应力残余应力-1-内蒙古科技大学硕士学位论文StudyofMotionandTransferHeatPro

3、cessofDropletandStressofBilletAbstractSprayformingnotonlyhastheadvantagesofrapidsolidificationtechnologybutalsoovercomesthedisadvantagesofrapidsolidification-powdermetallurgytechnology,suchashighcostandcomplicatedprocess.Butsprayformingisverycomplex,becausetechnology’sparametersaremany;thesep

4、arametersinteractandrestricteachother.Studyingthesprayformingprocessisrelativelydifficultthroughexperimentsdirectly,andthecostishigh.Numericalsimulationisusedtostudythemotionandtransferheatprocessofdroplets、residualstressandtransientstressofdropletsinthispaper.Themathematicalmodelofdropletmov

5、ementanditsheattransferwereestablishedforsprayformingprocessthroughtheanalysisofsprayformingprocess.Byusingtheabove-mentionedmodel,thevariousprocessofprocessparametersuchasvelocityofgas、velocityofdroplet、temperatureofdropletandsuchassolidfractionofdropletwerecalculated.Theresultsshownthatthev

6、elocityofatomizationgasdecreasewiththedistanceincreasefromnozzle;andthespeedofattenuationbecomeslowgradually.Thedropletisacceleratedbythejetgasatthebeginning,afterbothvelocitiesofgasandthedropletbecomeequal,thenthevelocitydecreasewiththedragofjetgas,andthechangeruleofvelocityisrelativetothedi

7、ameterofdroplet.Thenucleationofagivendroplettakesplacewhenitcoolsdowncertaintemperature;thetemperatureofthedropletascendsagainafterthenucleationtookplace,thenthetemperatureofdropletdecreaseagain.Utilizingfinite-elementtechnologycalculatedtemp