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铝合金超声半连铸结晶器熔池流场数值模拟及试验研究

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铝合金超声半连铸结晶器熔池流场数值模拟及试验研究

作者：赵世琏中南大学

学位级别：硕士

超声外场处理金属熔体是改善铸锭凝固组织,提高材料力学性能的一种有效方法,是当前国际研究的热点和未来铸造技术的一个新的发展方向。本文以7050铝合金超声铸造为切入点,主要研究了以下几方面内容：1、应用多介质声波传输理论对工具杆... 详细信息

超声外场处理金属熔体是改善铸锭凝固组织,提高材料力学性能的一种有效方法,是当前国际研究的热点和未来铸造技术的一个新的发展方向。本文以7050铝合金超声铸造为切入点,主要研究了以下几方面内容：1、应用多介质声波传输理论对工具杆在铝合金熔体中的声压分布进行计算后,得到了超声波在铝合金熔体中的声压场分布。在对空化理论以及空化阀值的影响因素进行分析后,结合熔体的声压场分布,得出不同功率下超声波发生器在铝合金熔体中所产生的空化区域。根据超声在熔体中的空化区域分布,采用异质形核模型对7050铝合金熔体形核参数进行分析计算,得出超声波处理能显著提高熔体的形核率,超声波功率越大,熔体形核率越大。2、应用流体仿真软件Fluent对7050铝合金超声半连铸结晶器熔池流场进行数值模拟,通过分析和计算得到试验条件下的声流驱动力值,随后通过UDF函数将其添加到Fluent的计算过程中进行模拟计算,模拟结果表明：由浇注口引起的流场在结晶器液穴内可流动的区域都产生了熔体流动现象,铝合金熔体在结晶器熔池内形成两个大涡流,对称的排列在浇注口轴线两侧;随着铸造速度的增大,熔池流场的基本特征没有明显变化,但结晶器熔池内铝合金熔体整体流速明显增大;由超声波产生的声流效应各向流体流动速度很小远小于由浇注口引起的外流场速度幅值大小,超声声流效应对结晶器熔池流速影响很小,可以忽略不计。根据仿真结果计算表明,在结晶器熔池流场的作用下,空化区域产生的大量形核被转移到熔体非空化区域,使整个熔池熔体形核率均显著提高;随着铸造速度加大,越靠近中心轴线熔体形核率越大,边部形核率减小。3、铝合金超声半连铸试验表明,铸锭整个截面组织都得到了细化,均呈现均匀等轴晶状。且随着铸造速度增大,铸锭中部晶粒尺寸减小,边部晶粒尺寸增大,与仿真计算中结晶器熔池的形核率分布规律一致,证明了仿真计算的可靠性。

关键词：超声波空化区域形核率熔池流场数值模拟

功率超声对7050铝合金除气净化作用的试验研究

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机械工程学报 2010年第18期46卷 41-45页

作者：李晓谦陈铭赵世琏李开晔吴昊中南大学机电工程学院长沙410083

通过传振工具杆,分别在不同功率、不同频偏度、不同温度区间对铝合金熔体施加超声振动,利用基于减压原理的HYSCANⅡ测氢仪对每次试验后熔体中的氢气体积分数进行测量,进而探讨超声振动对7050铝熔体除气的影响规律及其作用机制。试验结... 详细信息

通过传振工具杆,分别在不同功率、不同频偏度、不同温度区间对铝合金熔体施加超声振动,利用基于减压原理的HYSCANⅡ测氢仪对每次试验后熔体中的氢气体积分数进行测量,进而探讨超声振动对7050铝熔体除气的影响规律及其作用机制。试验结果表明,经超声处理的铸锭,凝固组织气孔显著减少,铝合金气体体积分数随着超声功率的增加而逐渐减少,共振状态下的超声除气效果明显好于非共振状态,在700～720℃温度范围内的超声除气效率大大高于640～660℃温度范围内的除气效率。超声空化效应对产生大量的空化泡起着关键作用,空化气泡的'表面效应'和'壳层效应'在超声除气过程中起着决定作用。

关键词：除气 HYSCANⅡ测氢仪空化效应超声功率超声频偏度

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齿条齿距误差对爬升齿轮载荷影响分析

船舶工程 2019年第S1期41卷 47-49,60页

作者：赵世琏赵君龙武汉船用机械有限责任公司

通过动力学仿真软件对爬升齿轮在升降过程中的承载进行分析,研究齿条齿距偏差对爬升齿轮载荷的影响。计算表明,齿条齿距误差对升降系统爬升齿轮承载有明显影响:当齿距误差较小时,齿轮承载波动较小;当齿距误差较大时,齿轮承载波动较大。... 详细信息

通过动力学仿真软件对爬升齿轮在升降过程中的承载进行分析,研究齿条齿距偏差对爬升齿轮载荷的影响。计算表明,齿条齿距误差对升降系统爬升齿轮承载有明显影响:当齿距误差较小时,齿轮承载波动较小;当齿距误差较大时,齿轮承载波动较大。分析结果可为桩腿齿条齿距公差控制提供依据,同时为升降系统齿轮的承载能力设计提供参考。

关键词：升降系统爬升齿轮齿条齿距

超声振动对7050铝合金熔体冷却时间及凝固组织的影响

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粉末冶金材料科学与工程 2011年第2期16卷 249-254页

作者：李晓谦李开晔陈铭赵世琏中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室长沙410083

分别在3个不同的温度范围内对7050铝合金熔体施加超声振动,研究超声施振对熔体冷却时间及凝固组织的影响,并分析超声细化组织的机理。实验结果表明:超声振动在不同的温度范围内对熔体冷却时间的影响不同,在670～655℃和640～625℃温度... 详细信息

分别在3个不同的温度范围内对7050铝合金熔体施加超声振动,研究超声施振对熔体冷却时间及凝固组织的影响,并分析超声细化组织的机理。实验结果表明:超声振动在不同的温度范围内对熔体冷却时间的影响不同,在670～655℃和640～625℃温度范围内施振时,熔体的冷却时间长于未施加超声的时间;在625～590℃施振时,熔体的冷却时间明显短于未施加超声的时间,约为其三分之一;在640～625℃对熔体连续施加超声振动所得到的凝固组织细化效果明显好于施振温度范围为625～590℃;计算结果表明超声波引起的声流和机械效应不能直接折断枝晶臂;在超声振动的搅拌下,初生枝晶二次臂根部熔断是重要的细化机制。

关键词： 7050铝合金超声振动施振温度细化机制

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铸造用超声换能系统阻抗模型的研究

压电与声光 2011年第1期33卷 57-60页

作者：李晓谦吴昊陈铭张平赵世琏中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室湖南长沙410083

利用等效电路建立了铝合金铸造用超声换能系统的阻抗模型,在15～28 kHz范围内分析了常温和铸造条件下系统纵振频率和阻抗。在常温和铸造条件下,系统分别有2、3阶纵振频率;在铸造条件下,1阶频率对应的阻抗增加明显。利用Agilent4294A阻... 详细信息

利用等效电路建立了铝合金铸造用超声换能系统的阻抗模型,在15～28 kHz范围内分析了常温和铸造条件下系统纵振频率和阻抗。在常温和铸造条件下,系统分别有2、3阶纵振频率;在铸造条件下,1阶频率对应的阻抗增加明显。利用Agilent4294A阻抗分析仪做了扫频测量,结果与此相符。

关键词：超声换能系统等效电路模型阻抗纵振频率

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铝合金超声半连铸结晶器流场分析和试验研究

特种铸造及有色合金 2010年第2期30卷 157-160页

作者：李晓谦赵世琏谢恩华陈铭李开晔中南大学机电工程学院

利用CFD商用软件FLUENT建立了7050铝合金超声半连铸圆坯结晶器的有限体积模型,运用动网格模型对超声作用下的结晶器流场进行分析,重点研究了超声声流现象对结晶器流场的影响。结果表明,在由于粘滞衰减产生声压梯度而形成的超声辐射力的... 详细信息

利用CFD商用软件FLUENT建立了7050铝合金超声半连铸圆坯结晶器的有限体积模型,运用动网格模型对超声作用下的结晶器流场进行分析,重点研究了超声声流现象对结晶器流场的影响。结果表明,在由于粘滞衰减产生声压梯度而形成的超声辐射力的作用下,熔体形成大规模的Eckart声流现象。由于声流速度幅值相比结晶器流场速度幅值和规模很小,因此其对结晶器流场无明显影响。在超声半连铸试验中,浇口流场所形成的涡流把超声工具杆端面下空化作用形成的等轴晶和有效形核质点转移到液穴的其他区域,并且把液穴内远离空化区的熔体带入工具杆空化区域形成新的形核质点,如此往复,在整个铸锭截面内都形成了等轴晶组织。声流场对于超声细晶区域的扩大作用很小,因此可以忽略不计。

关键词：半连铸结晶器超声波流场辐射力声流细晶区域

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教师的修养与物理教学

前沿 1995年第5期 62-64页

作者：赵世琏包头市第一中学

教师的修养与物理教学赵世琏物理教学中对学生非智力因素的重视和培养巳成为不可忽视的重要课题。人的心理活动包括两类心理因素。反映在认识行为过程的智力心理因素和不直接参予认知活动的非智力心理因素，包括兴趣、情感、意志及坚韧... 详细信息

教师的修养与物理教学赵世琏物理教学中对学生非智力因素的重视和培养巳成为不可忽视的重要课题。人的心理活动包括两类心理因素。反映在认识行为过程的智力心理因素和不直接参予认知活动的非智力心理因素，包括兴趣、情感、意志及坚韧性、顽强性、进取心等性格品质。非智...

关键词：物理教学物理教师非智力因素教师知识语言修养个人修养心理因素文学修养教学语言物理课

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升降系统齿轮箱调心技术方案

船海工程 2017年第6期46卷 178-181页

作者：赵世琏朱正都田崇兴武汉船用机械有限责任公司武汉430084

针对升降系统齿轮箱爬升齿轮和桩腿齿条中心距偏差会影响齿轮齿条啮合侧隙的问题,设计一种可调心的齿轮箱。通过将齿轮箱前后轴承套设置为偏心套结构,实现齿轮箱调心,使齿轮齿条啮合侧隙满足实际使用要求,并实际应用于电动齿轮齿条升降... 详细信息

针对升降系统齿轮箱爬升齿轮和桩腿齿条中心距偏差会影响齿轮齿条啮合侧隙的问题,设计一种可调心的齿轮箱。通过将齿轮箱前后轴承套设置为偏心套结构,实现齿轮箱调心,使齿轮齿条啮合侧隙满足实际使用要求,并实际应用于电动齿轮齿条升降系统项目。

关键词：升降系统齿轮箱调心中心距

多工况功率谱密度传递率矩阵运行模态分析方法

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机械工程学报 2024年

作者：褚志刚赵世浩潘锋重庆大学机械与运载工程学院

功率谱密度传递率运行模态分析方法抗噪声干扰能力强，但其模态参数识别结果易受谐波激励的干扰。鉴于此，建立了基于多工况功率谱密度传递率矩阵法的运行模态参数识别方法。该方法首先构造多工况下测量信号的功率谱密度传递率矩阵，其... 详细信息

功率谱密度传递率运行模态分析方法抗噪声干扰能力强，但其模态参数识别结果易受谐波激励的干扰。鉴于此，建立了基于多工况功率谱密度传递率矩阵法的运行模态参数识别方法。该方法首先构造多工况下测量信号的功率谱密度传递率矩阵，其次对该矩阵的摩尔-彭若斯逆矩阵内所有元素进行平均并对其拟合以提取模态频率和阻尼比，基于该矩阵的左奇异矩阵获取模态振型，最后根据多工况测量信号的功率谱密度传递率矩阵在模态和谐波所对应频率处秩不同的性质在所求的模态参数中识别并剔除谐波模态，继而获得最终的模态参数。5自由度质量-弹簧-阻尼系统仿真结果及钢质梁的运行模态试验结果均验证该方法的有效性。

关键词：运行模态分析功率谱密度传递率谐波剔除模态参数识别