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基于振动流化技术的褐煤干燥特性的实验研究

基于振动流化技术的褐煤干燥特性的实验研究

作者：王一东北大学

学位级别：硕士

振动流化技术是较好的适用于褐煤干燥工业化生产的技术,本文将针对应用振动流化技术进行褐煤干燥的特性展开研究,分别进行褐煤单相粒径实验和混合粒径的正交实验,并分析实验参数对褐煤干燥特性的影响规律。本文采用实验的方法来研究振... 详细信息

振动流化技术是较好的适用于褐煤干燥工业化生产的技术,本文将针对应用振动流化技术进行褐煤干燥的特性展开研究,分别进行褐煤单相粒径实验和混合粒径的正交实验,并分析实验参数对褐煤干燥特性的影响规律。本文采用实验的方法来研究振动流化褐煤干燥的特性。首先根据流态化理论,计算出热空气用量、最小流化速度、操作速度和实验系统总压降等流场参数,同时根据振动抛掷理论,计算出振动频率、振幅和激振力等振动参数;其次,根据流场参数和振动参数设计了振动流化床主体,设计了热风炉、旋风除尘器和供油箱等辅助设备,选定了必要的实验仪器完成实验系统的实物搭建。然后利用该系统以不同的振动强度、床层高度和不同的粒径对起始流化时的床层压降和含水率随时间变化进行了实验。最后进行混合粒径的褐煤干燥正交实验,以降水幅度、干燥速率和干燥强度为实验指标,应用SPSS软件得到三个指标的回归方程。根据回归方程进行振动强度、风温、风速和褐煤初始含水率对实验指标的单因素分析。本文通过实验得到如下结论：(1)振动的引入可以降低起始流化时的床层压降;(2)振动对低静床层高度和小粒径的床层起始流化时的床层压降较明显;(3)在相同振动强度和热风参数的情况下,小粒径的含水率随时间降低的较快;(4)振动强度抑制降水幅度,振动的引入可以提高干燥速率和干燥强度;(5)降水幅度、干燥速率和干燥强度随热风温度的增大而增大;(6)热风速度对干燥速率的影响较小,存在一个最佳值可得到合适的降水幅度和干燥强度;(7)降水幅度、干燥速率和干燥强度随初始含水率的增大呈先增大后减小的趋势。本文采用实验的手段对振动流化褐煤干燥特性进行了研究,得到了不同条件下的实验数据,并总结了实验参数对实验结果的影响规律,这对于利用振动流化技术燥褐煤的工艺安排、系统设备设计和干燥效果具有一定的指导意义。

关键词：振动流化褐煤干燥特性

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PQF连轧自动化建模及参数优化

PQF连轧自动化建模及参数优化

作者：朱慧东北大学

学位级别：硕士

PQF(Premium Quality Finishing)连轧是无缝钢管生产过程中的重要工序,属于多重非线性和热力耦合多道次轧制问题。目前很多学者采用有限元分析方法对PQF连轧进行分析研究,然而绝大多数的有限元分析软件缺乏特定类别模块,在建模和分析过... 详细信息

PQF(Premium Quality Finishing)连轧是无缝钢管生产过程中的重要工序,属于多重非线性和热力耦合多道次轧制问题。目前很多学者采用有限元分析方法对PQF连轧进行分析研究,然而绝大多数的有限元分析软件缺乏特定类别模块,在建模和分析过程中存在前处理建模繁琐及后处理数据提取不便等系列问题,不利于轧辊孔型参数的设定及工艺参数的优化。本文以有限元分析软件ABAQUS为开发平台,利用二次开发技术,开发出方便简单、界面友好的PQF连轧塑性成形数值模拟模块,大大缩短新连轧模型的建模周期,并针对钢厂的某尺寸的轧辊孔型参数进行了优化。论文的主要研究内容包括:(1)针对某钢厂轧制加工的典型材质毛管,以294孔型PQF连轧过程为研究对象,根据现场的工艺条件,建立PQF连轧热力耦合有限元分析模型。(2)根据建立好的PQF连轧热力耦合模型,将Python程序语言与ABAQUS软件相结合,对CAE建模过程中生成的脚本进行封装,同时通过ABAQUS菜单栏中的Plugs-in创建界面,实现内核与界面之间交互,最终创建了 PQF连轧参数化建模模块,使ABAQUS前处理过程可完成自动化几何建模、定义接触及网格划分等前处理操作。(3)以建立好的PQF连轧参数化建模模块为基础,对连轧模型进行数值模拟仿真分析,与工厂实际连轧壁厚数据对比,模拟结果比较接近,在工程接受的范围内,说明开发模块的准确性,同时将通过理论计算的轧制力与有限元模拟计算的轧制力进行比较,两者在一定的误差范围内,进一步说明了 PQF连轧自动化建模模块的有效性。(4)基于ABAQUS在模拟仿真时塑性成型过程后处理功能不完善,无法直接获得连轧产品荒管的壁厚的问题,对ABAQUS后处理进行二次开发,利用三次B样条拟合曲线,提出了一种解决横向壁厚计算的方法,并使用Python脚本语言进行编程,使其在ABAQUS有限元软件中执行计算。(5)研究了毛管在轧制过程中的金属流动规律、等效应变场和温度变化,模拟PQF连轧是为降低连轧荒管的壁厚不均率,针对工厂某规格连轧的孔型参数采用正交优化的方法,选择开口角、辊缝圆弧半径、偏心距及摩擦系数为影响因素,以第一机架优化为例,得出最优的参数组合模型,在一定程度上提高了壁厚精度。

关键词： PQF连轧 ABAQUS 二次开发参数化建模优化

基于Solid Works的化工厂三维设计系统开发

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基于Solid Works的化工厂三维设计系统开发

作者：孙尧东北大学

学位级别：硕士

工厂三维设计系统的使用可以为企业大大提高设计质量和精确度,减少安装和重建费用,节省工程时间和工程费用。鉴于目前正版工厂三维设计系统具有使用费用昂贵,操作复杂,设备库针对性不强等缺点,因此,在三维CAD软件上针对企业设计领域开... 详细信息

工厂三维设计系统的使用可以为企业大大提高设计质量和精确度,减少安装和重建费用,节省工程时间和工程费用。鉴于目前正版工厂三维设计系统具有使用费用昂贵,操作复杂,设备库针对性不强等缺点,因此,在三维CAD软件上针对企业设计领域开发出化工系统三维设计的专属模块成为企业缩小开支,提升企业竞争力的一个有效途径,具有一定的研究价值。本文运用SolidWorks二次开发技术,根据化工产业的特点,对化工厂三维设计系统进行了功能分析和系统设计。将工厂三维设计系统划分为6个模块,分别是参数化建模模块、布局模块、管道建模模块、干涉分析与管道间距检测模块、材料统计与BOM表输出模块和图纸生成模块,并对其中前5个模块进行了开发,使其开初步满足化工企业的设计要求,主要工作内容如下： (1)参数化建模模块。通过SolidWorks参数化建模技术开发出了构造物与设备的参数化建模模块,实现参数化设计。 (2)布局模块。使用SolidWorks坐标变换技术开发出了适用于化工厂三维设计的布局模块,可以准确的将参数化建模后的设备与构造物放置到正确的位置,并加入了位置编辑功能,方便对模型后期修改。 (3)管道建模模块。研究了利用SolidWorks系列零件设计法制作管路元件的方法,在SolidWorks Routing的基础上开发了管道建模模块,使其更加符合化工厂三维设计的使用要求。 (4)干涉分析与管道间距检测模块。针对SolidWorks在模型检测上的不足,利用SolidWorks零件遍历技术开发出了干涉报表的生成功能与管道间距检测功能。 (5)材料统计与BOM表输出模块。通过对SolidWorks模型文件自定义属性的访问与整理,实现了材料统计与查询功能;利用SolidWorks的自定义属性有效的对零件进行了详细划分,实现了材料表的分类统计与输出。 (6)数据库维护与管理。利用VB文件操作技术开发出了数据库维护与管理功能,可以对数据库进行备份、恢复与修改等操作,

关键词： SolidWorks 二次开发化工三维设计

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激光熔覆熔池热质传输与微观组织形貌研究

激光熔覆熔池热质传输与微观组织形貌研究

作者：董俊东北大学

学位级别：硕士

激光熔覆技术具有加工灵活度高、节省材料、加工周期短等特点,广泛应用于汽车、航空航天等行业,其应用场景主要是激光熔覆涂层和激光修复。激光熔覆是一个多物理场多因素耦合的复杂物理过程,如何优化激光熔覆后的微观组织性能一直是本... 详细信息

激光熔覆技术具有加工灵活度高、节省材料、加工周期短等特点,广泛应用于汽车、航空航天等行业,其应用场景主要是激光熔覆涂层和激光修复。激光熔覆是一个多物理场多因素耦合的复杂物理过程,如何优化激光熔覆后的微观组织性能一直是本领域的研究热点。目前这方面的研究主要采用多参数实验分析,机理还不完善,也没有很好的结合仿真技术。基于此,本文以镍基高温合金激光熔覆为研究对象,探究了工艺参数对成形后熔覆层形状及微观组织的综合影响,并采用有限元与实验相结合的方式,分析了造成这种影响的机理性问题。主要研究内容如下:(1)基于有限元理论建立了一个三维瞬态激光熔覆温度场-流场耦合模型,并利用该模型实现了在熔凝下的温度场分布、相变界面追踪和粉末输入熔池表面抬升问题的模拟。本文温度场模型相较于传统温度场模型,考虑了相变过程潜焓释放和物质流动对温度场的影响。(2)在上述耦合模型基础上,结合浓度场平衡方程,计算了含Co、Al元素粉末添加进GH4169基板后的元素再分配过程,并判定了该工艺状态下对流为溶质传递主要驱动因素。将仿真结果与激光熔覆实验结果进行了对比,元素分布百分比偏差在3%以下,验证了仿真模型的准确性。(3)采用正交实验的方式,探究了工艺参数变化对熔覆层的宏观几何形貌及微观组织形态的影响,结果表明熔池宽度和熔熔覆层高度都存在着随功率升高而增大、随扫描速度升高而降低的趋势,这些现象的产生是由单位面积的累积热输入量、粉末输入量、粉末利用率、温度梯度等因素综合决定的。(4)结合仿真模型计算的凝固线温度梯度和凝固速度分布规律,验证了熔池不同区域枝晶生长取向与局部最大梯度方向的关系。通过KF模型对不同工艺参数下的一次枝晶间距进行计算,并与一次枝晶间距的测量结果进行对比,整体结果误差在20%以下,验证了仿真模型准确性。实验结果表明扫描速度是一次枝晶间距的主要影响因素,功率因素相对影响较小。

关键词：激光熔覆温度场一次枝晶间距元素分布组织形态

基于CAD/CAE的冰箱接水盒注塑模具设计

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基于CAD/CAE的冰箱接水盒注塑模具设计

作者：胡晓楠东北大学

学位级别：硕士

注塑模具是塑料加工中重要的成型方法之一,其技术已发展相当成熟,且应用非常普遍。但传统的经验设计已满足不了人们对模具质量的要求,CAD/CAE设计及对模具的优化应运而生。本文以冰箱接水盒为研究对象,借助注模具设计工程软件,对模具... 详细信息

注塑模具是塑料加工中重要的成型方法之一,其技术已发展相当成熟,且应用非常普遍。但传统的经验设计已满足不了人们对模具质量的要求,CAD/CAE设计及对模具的优化应运而生。本文以冰箱接水盒为研究对象,借助注模具设计工程软件,对模具进行结构设计,质量分析,对模拟中产生的翘曲等工艺缺陷进行了合理性改进,此外,通过对浇注系统的流场分析,得出分流道夹角和质量流量对浇注质量的影响关系。本文主要研究内容分为以下几个方面：首先,运用成熟的CAD软件UG/Moldflow对模具进行三维造型设计、模架选择和标准件设计,包括型芯、型腔、模架、侧向抽芯机构、浇注系统和冷却系统等结构的设计。其次,质量分析方面,利用优秀的模流分析CAE软件Moldflow对模具的充模、冷却等过程进行模拟,从材料的选择、模具的设计及成形条件参数设定,对模具进行填充分析,流动分析,冷却分析和翘曲分析,通过分析模拟可能出现的气穴、翘曲等缺陷,优化模具设计参数、成形条件,优化冷却水道。最后,针对本设计特殊的浇注系统设计,运用计算流体力学理论的分析方法,借助CFD软件Fluent对充模过程的浇注系统进行三维流场分析,主要研究流体质量流量和分流道夹角对浇注系统浇注效率的影响,得到可视化分析结果,进行三维流场、压力场分析,并为浇注系统设计提供了可参考的依据。

关键词：注塑成型模流分析数值模拟流场压力场

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Q390低合金高强钢焊接接头断裂性能研究

Q390低合金高强钢焊接接头断裂性能研究

作者：胡二彬东北大学

学位级别：硕士

低合金高强钢具有较好的强韧性和焊接性,其焊接结构在工程机械、能源、建筑、压力容器、车辆船舶等领域得到了广泛应用。但与此同时,焊接结构的断裂事故也时有发生。近年来,国内外的专家学者对低合金高强度钢焊接接头的焊接裂纹、强韧... 详细信息

低合金高强钢具有较好的强韧性和焊接性,其焊接结构在工程机械、能源、建筑、压力容器、车辆船舶等领域得到了广泛应用。但与此同时,焊接结构的断裂事故也时有发生。近年来,国内外的专家学者对低合金高强度钢焊接接头的焊接裂纹、强韧性不匹配、熔合区及热影响区性能变化等问题进行了研究,发现在进行焊接结构设计时,仅仅依靠传统的强度设计原则不足以保证焊接结构的安全性。因此,为保证焊接结构的安全性,在进行焊接结构设计时要同时考虑焊接强度和韧性。本文对热轧态Q390钢焊接接头断裂性能进行研究。采用C02气体保护焊,按照等强匹配原则制定焊接工艺参数,仿照野外作业实际焊接过程进行焊接,通过对焊接接头的硬度测试,分析热轧态Q390钢的冷裂纹敏感性,对焊接件进行拉伸、冲击等试验,分析焊接接头的焊缝区和热影响区断裂性能受温度的影响情况,采用扫描电镜观察焊接接头断口的组织形貌;根据结构完整性规范,利用主曲线下边界对现有韧脆转变区间冲击吸收功和断裂韧性关系式进行修正,得到适用于Q390钢等强匹配焊接接头焊缝区的冲击吸收功和断裂韧性关系式,建立了焊接接头冲击吸收功的类主曲线模型;采用围道积分法,模拟分析焊接接头冲击试验过程,预测焊接接头断裂韧性。研究表明:(1)热轧态Q390低合金高强钢在制作焊接接头时,母材受热循环作用小,焊后的热影响区冷却速度快,产生表面硬化,针状铁素体增加,冲击断裂性能优于焊缝和母材区;而焊缝区晶粒增大,微观组织对温度变化敏感,低温性能变差,是焊接接头薄弱区域,降低了焊接接头服役能力。(2)焊缝区冲击吸收功和断裂韧性的关系符合现有经验公式表征的断裂韧性和冲击吸收功的关系规律;在焊缝韧脆转变区间内,运用主曲线法建立Q390钢等强匹配焊接接头焊缝区的累计失效概率、温度和吸收功的关系,为通过冲击试验评估材料累计失效概率提供参考依据。(3)含裂纹焊接接头的抵抗损伤能力随材料抗拉强度的增大而增大,随弹性模量的增大而降低。

关键词：高强钢焊接接头断裂韧性仿真分析主曲线法

GH4169辊轧叶片断裂模型研究及成形过程仿真

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GH4169辊轧叶片断裂模型研究及成形过程仿真

作者：赵天智东北大学

学位级别：硕士

叶片作为应用较为广泛的薄壁件,在航空发动机、燃气轮机中起到了至关重要的作用。由于叶片的曲面复杂,且要求在高温高负载的恶劣工作环境工作,因此成形件必须要有较高的强度与疲劳性能。辊轧工艺除了能满足叶片成形件性能要求,还具有技... 详细信息

叶片作为应用较为广泛的薄壁件,在航空发动机、燃气轮机中起到了至关重要的作用。由于叶片的曲面复杂,且要求在高温高负载的恶劣工作环境工作,因此成形件必须要有较高的强度与疲劳性能。辊轧工艺除了能满足叶片成形件性能要求,还具有技术成本低、制造周期短的特点,因此该工艺往往用于加工航空叶片。然而辊轧成形过程中,由于毛坯件初始结构、材料自身属性、工艺参数等等因素,导致成形件会出现裂纹等缺陷,因此通过数值模拟的手段研究辊轧过程中裂纹产生规律与关键区域成形机理具有重要的意义。本文以某种无榫头叶片为研究对象,以GH4169材料为依托,借助ABAQUS平台模拟叶片成形过程中裂纹出现的位置区域以及研究外部因素与内部因素对裂纹产生的作用规律,并研究其对叶片关键区域成形的影响。本文首先选择带有等向强化系数C的混合硬化模型作为本构模型。为了提升计算效率使用显式径向返回算法作为混合硬化模型的VUMAT开发方法,并在该模型中添加MMC模型作为损伤判据,在ABAQUS平台中建立叶片辊轧有限元模型进行分析。采用仿真与实验相结合的手段,结合最小二乘法求解出MMC模型中未知参数。将开发完毕的模型模拟某一 GH4169材料的缺口拉伸试验,得到模拟后的位移负载曲线与实验所获取的相对比误差在5%以内,证明该模型开发正确且适用于GH4169材料。运用控制变量的方法分析外部工艺参数压下量、辊轧速度与咬入位置以及内部参数等向强化系数对损伤的影响。外部工艺参数对损伤影响最大的是压下量、其次是辊轧速度,而咬入位置几乎无影响。当等向强化系数增大时,而工艺参数不变时产生的损伤程度越低。并对关键的损伤特征区域的最大等效应力以及等效塑性应变的展开分析,得到该区域的叶片辊轧成形的规律:压下量的增加会促使等效塑性应变与最大等效应力增加,且等向强化系数增大后会对金属流动产生一定的阻碍作用,但等向强化系数的阻碍作用随着压下量的增加降低。辊轧速度的增加会使得等效塑性应变与最大等效应力先降低再升高,且等向强化系数增大后会对金属流动产生一定的阻碍作用,并且辊轧速度增大该抑制作用先是增大再减小。

关键词：叶片辊轧成形 VUMAT二次开发韧性断裂有限元数值模拟