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铸造凝固过程中模具局部冷却能力的多循环数值分析

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铸造凝固过程中模具局部冷却能力的多循环数值分析

作者：杨武刚重庆大学

学位级别：硕士

由于铸件的结构和壁厚、模具的壁厚以及铸件和模具材料等因素的影响,在铸造凝固过程中容易形成热节。热节的形成是由于模具局部散热不良所致,它的形成造成了铸件冷却的不平衡,破坏了熔体的顺序凝固,容易使铸件中产生缺陷;它还破坏了模... 详细信息

由于铸件的结构和壁厚、模具的壁厚以及铸件和模具材料等因素的影响,在铸造凝固过程中容易形成热节。热节的形成是由于模具局部散热不良所致,它的形成造成了铸件冷却的不平衡,破坏了熔体的顺序凝固,容易使铸件中产生缺陷;它还破坏了模具的温度平衡,容易形成模具的热疲劳,缩短模具寿命。热节的消除问题是铸造工艺设计中的重要内容,也是获得高质量铸件和延长模具寿命的前提之一。论文以铸造凝固过程中由于壁厚不均而产生的热节为研究对象,使用ANSYS软件的热分析模块,进行了铸件凝固过程的多循环数值模拟。以铸件温度最高点处的温度与铸件主体部分中心位置的温度差值大小为判据,在给定热节壁厚的条件下,考察了模具壁厚、换热条件以及涂料厚度对模具温度场及其局部冷却能力的影响,得到温度差值与上述因素之间的定量关系,探求消除热节的具体措施。对上述内容进行研究,模拟分析得出了以下结论:①单次浇注时,在模具壁厚研究范围（10mm5mm）内,在自然散热条件下,模具壁厚的变化对模具局部冷却能力的影响不明显;在冷却水强化换热条件下,随着模具壁厚的增加,模具局部冷却能力下降。②循环浇注时,随着循环浇注次数的增加,温度差值是不断变化的;当循环浇注4～6次后,模具内部建立了相对稳定的温度梯度,相邻的两次浇注之间的温度差值变化已经小于0.05℃,温度差值逐渐趋于稳定。③在模具壁厚研究范围（10mm5mm）和热节壁厚研究范围（3mmmm）内,随着模具壁厚的增加,循环浇注第六次时的温度差值——“平衡温差”增大,模具的局部冷却能力下降。④在自然散热条件下,综合考虑模具壁厚（w）和热节壁厚（h）对平衡温差（ΔT）的影响,建立了回归方程:ΔT = 0.4272Ln（w） + 33.1743Ln（h）– 36.4713从回归方程可以看出,当分别改变模具壁厚和热节壁厚时,热节壁厚的改变对平衡温差的影响要显著得多。⑤在自然散热条件下,减小涂料厚度后的温度差值明显减小,模具局部冷却能力显著提高,表明通过调整涂料厚度来改善模具局部冷却能力的方法是可行的。⑥冷却水强化换热条件下的温度差值与自然散热条件下相比明显减小,模具局部冷却能力的提高效果非常显著,并且,随着循环浇注次数的增加,冷却水强化换热对模具局部冷却能力的提高作用进一步凸显。⑦提高冷却水流速强化了对流换热条件,进一步提高了模具的局部冷却能力。⑧对比不同研究条件下回归方程中自变量模具壁厚（w）的系数可以看出,随着模具局部冷却能力的提高,模具壁厚变化对模具局部冷却能力的影响作用也逐渐增强。

关键词：模具温度场数值模拟凝固热节 ANSYS

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超空化航行体气体流量率的确定方法研究

力学学报 2012年第4期44卷 694-700页

作者：杨武刚杨振才温凯歌李三财张宇文长安大学电子与控制学院西安710064 西北工业大学航海工程学院西安710072 长安大学理学院西安710064

通气超空化技术是大幅提高水下航行体速度的重要途径,通气流量率的确定是实现该技术的核心问题之一.通常的流量率预估没有考虑雷诺数的影响,因而造成统计数据过于分散.基于边界层理论及其相关假设,提出了一种确定人工通气超空化气体流... 详细信息

通气超空化技术是大幅提高水下航行体速度的重要途径,通气流量率的确定是实现该技术的核心问题之一.通常的流量率预估没有考虑雷诺数的影响,因而造成统计数据过于分散.基于边界层理论及其相关假设,提出了一种确定人工通气超空化气体流量率的预估方法,并引用相关试验数据进行验证.结果表明,所得近似关系式在雷诺数为0.35×105～5.4×105,空化器锥角为30～180的变化范围内都是适用的.

关键词：人工超空化气体流量率边界层理论减阻水洞实验

超空泡航行体前部线型对空泡生成速度影响实验研究

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西北工业大学学报 2008年第5期26卷 540-544页

作者：张博张宇文李文哲杨武刚范辉西北工业大学航海学院陕西西安710072

基于航行体超空泡理论和格兰威尔线型设计方法,设计了3种具有不同前部线型的航行体模型。并针对所设计的3种模型和具有锥形前部外型的航行体模型在西北工业大学水洞进行了超空泡生成速度的实验研究。结果表明:①航行体前部线型对超空泡... 详细信息

基于航行体超空泡理论和格兰威尔线型设计方法,设计了3种具有不同前部线型的航行体模型。并针对所设计的3种模型和具有锥形前部外型的航行体模型在西北工业大学水洞进行了超空泡生成速度的实验研究。结果表明:①航行体前部线型对超空泡生成速度的影响程度与航行体的轴向压力分布和斜率分布有关,模型表面的压力和斜率轴向分布曲线越平坦或变化率越小,越有利于提高航行体超空泡生成速度;②航行体超空泡生成速度与通气流量有关,增大通气流量可以减小航行体超空泡生成时间。文中结果为提高航行体超空泡生成速度提供一条技术途径和研究方法。

关键词：超空泡航行体前部线型超空泡生成速度压力斜率通气流量

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通气流量对超空泡外形特征影响实验研究

西北工业大学学报 2007年第3期25卷 358-362页

作者：杨武刚张宇文邓飞袁绪龙范辉阚雷西北工业大学航海学院陕西西安710072

通气超空泡技术是提高水下航行体速度的一种重要方式,生成稳定的空泡形态是该技术的重要环节。在高速水洞实验室中进行了超空泡的生成和形态稳定性实验研究,获得了大量通气超空泡的记录。通过对空泡的外形进行量化处理,获得了通气流量... 详细信息

通气超空泡技术是提高水下航行体速度的一种重要方式,生成稳定的空泡形态是该技术的重要环节。在高速水洞实验室中进行了超空泡的生成和形态稳定性实验研究,获得了大量通气超空泡的记录。通过对空泡的外形进行量化处理,获得了通气流量以及空化数对细长体超空泡长度和直径等几何特征量的影响规律,同时对实验结果进行了定性和定量分析。实验证实了通气流量率是影响超空泡尺度的最重要因素,对二者关系进行了拟合并与同类文献进行了比较,提出了实现超空泡外形调控的通气规律。

关键词：流量率通气超空化水洞实验空泡外形空化数

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浮力驱动式水下航行器螺旋线运动控制与仿真

大连海事大学学报 2007年第1期33卷 47-50页

作者：阚雷张宇文范辉杨武刚李红西北工业大学航海学院陕西西安710072 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200030

建立了浮力驱动式水下航行器的运动仿真模型,用MATLAB开发了仿真软件,对浮力驱动式水下航行器的运动进行了仿真研究.仿真算例表明,所建立的仿真模型是正确的,开发的软件具有较强的仿真功能;浮力驱动式航行器螺旋线运动模式的探索与实现... 详细信息

建立了浮力驱动式水下航行器的运动仿真模型,用MATLAB开发了仿真软件,对浮力驱动式水下航行器的运动进行了仿真研究.仿真算例表明,所建立的仿真模型是正确的,开发的软件具有较强的仿真功能;浮力驱动式航行器螺旋线运动模式的探索与实现,扩大了浮力驱动式水下航行器的应用范围,不仅可作远航程用途使用,而且可作定区域用途使用.

关键词：浮力驱动仿真模型螺旋线运动 MATLAB仿真

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无人机全机着陆试验系统设计及应用

机械科学与技术 2014年第1期33卷 146-150页

作者：豆清波杨武刚牟让科史惟琦西北工业大学航空学院西安710072 中国飞机强度研究所西安710065

伞降回收是无人机重要的回收方式之一,回收系统的有效性需通过全机着陆试验予以验证。针对小型伞降无人机回收的技术特点,提出了此类无人机全机着陆试验方案。搭建了适用于伞降着陆方式无人机全机着陆试验平台和测试系统。解决了无人机... 详细信息

伞降回收是无人机重要的回收方式之一,回收系统的有效性需通过全机着陆试验予以验证。针对小型伞降无人机回收的技术特点,提出了此类无人机全机着陆试验方案。搭建了适用于伞降着陆方式无人机全机着陆试验平台和测试系统。解决了无人机全机着陆试验中机械系统设计和测试系统搭建等技术难题。利用全机试验平台成功进行了某型无人机全机着陆试验。试验结果表明:该试验系统工作稳定、可靠,可用于无人机着陆过程中起落架受载、吸能测试,机体强度验证和全机振动响应等结构性能考核。

关键词：无人机着陆动力学

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超空化航行体原理试验模型结构设计

机械科学与技术 2005年第4期24卷 434-437页

作者：邓飞张宇文杨武刚西北工业大学航海工程学院西安710072

设计并研制了通气超空化航行体水洞试验模型,给出了航行体空化器、航行主体、控制舵的设计原理与方案。利用该模型在西北工业大学水洞实验室实现了航行体超空化状态的形成原理与过程、航行体超空化状态下力的平衡原理、航行控制原理与... 详细信息

设计并研制了通气超空化航行体水洞试验模型,给出了航行体空化器、航行主体、控制舵的设计原理与方案。利用该模型在西北工业大学水洞实验室实现了航行体超空化状态的形成原理与过程、航行体超空化状态下力的平衡原理、航行控制原理与实现方法等演示验证试验。实验结果表明,该模型设计原理与方案是正确的,模型的研制是成功的。

关键词：航行体超空化水洞实验试验模型

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高速水下航行体超空化通气参数数值研究

弹箭与制导学报 2007年第4期27卷 198-200页

作者：杨武刚张宇文阚雷西北工业大学航海学院西安710072

超空化技术是水下航行体减阻增速的一种重要方式。通过求解N-S方程,利用两方程湍流模型和全空化模型对通气空化流场进行了数值模拟,研究了通气参数对空化流场结构的影响,揭示了通气超空化减阻机理和场内流动状况,分析了超空化航行体阻... 详细信息

超空化技术是水下航行体减阻增速的一种重要方式。通过求解N-S方程,利用两方程湍流模型和全空化模型对通气空化流场进行了数值模拟,研究了通气参数对空化流场结构的影响,揭示了通气超空化减阻机理和场内流动状况,分析了超空化航行体阻力特性,数值结果表明供气量是决定空泡形态和超空化航行体减阻效果的最关键因素,供气位置和方向对空泡形态及水动力特性的影响并不显著。

关键词：通气超空化 N-S方程数值模拟水下航行器

高速超空化航行体典型空化器多相流CFD分析

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弹箭与制导学报 2005年第1期25卷 53-55,59页

作者：袁绪龙张宇文杨武刚西北工业大学航海学院陕西西安710072

基于匀相流假设,建立了自然空化流动的多相流CFD模型,并在商业软件Fluent的框架下实现。计算了半球头细长回转体的空化流动并与实验测量结果进行了比较,表明该模型能准确预报回转体的空化流动。使用该多相流CFD模型计算并分析了三种典... 详细信息

基于匀相流假设,建立了自然空化流动的多相流CFD模型,并在商业软件Fluent的框架下实现。计算了半球头细长回转体的空化流动并与实验测量结果进行了比较,表明该模型能准确预报回转体的空化流动。使用该多相流CFD模型计算并分析了三种典型的空化器—圆盘,圆锥和射流空化器的的空化流动,为进一步研究超空化高速水下航行体或高速射弹空化器参数与空泡参数的关系以及空化器与后体的匹配关系奠定了基础。

关键词：超空化航行体匀相流自然空化回转体计算流体力学