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镁合金调制振荡激光焊接及温度场仿真研究

激光技术 2024年

作者：张明军段维王锐王海龙郭靖李河清庞小兵长沙理工大学汽车与机械工程学院湖南宝惠丰新材料科技有限公司长沙学院机电工程学院

为了改善镁合金焊接过程中的热效率并减少焊缝表面成形缺陷，提出一种功率调制振荡激光焊接技术，对厚度为5 mm的AZ31B镁合金进行了对接焊接，分析了焊缝的表面成形、显微组织和力学性能等方面的结果，并对焊接温度场进行了数值模拟仿... 详细信息

为了改善镁合金焊接过程中的热效率并减少焊缝表面成形缺陷，提出一种功率调制振荡激光焊接技术，对厚度为5 mm的AZ31B镁合金进行了对接焊接，分析了焊缝的表面成形、显微组织和力学性能等方面的结果，并对焊接温度场进行了数值模拟仿真分析。结果表明，功率调制振荡激光焊接相比常规激光焊接能显著减少焊接缺陷，增加熔宽并提升能量耦合效率；焊缝中心晶粒细化，β强化相增多，力学性能提升，抗拉强度和伸长率分别达到母材的96.1%和58.7%；焊缝中心温度降低约500 K，热量分布更均匀，熔池温度梯度减小。此研究结果在提升镁合金接头性能、载运工具轻量化以及节能减排方面具有重要现实意义。

关键词：激光技术镁合金激光焊接显微组织力学性能温度场仿真

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基于温度场仿真的塑料感应焊接工艺参数优化

电焊机 2024年第6期54卷 30-38页

作者：郭塞洪少良沈先福孙志强范永顺宁建勇比亚迪汽车工业有限公司车身技术开发中心广东深圳518000 大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室辽宁大连116024

特种热塑性工程塑料的应用对高端制造领域的轻量化、高性能化和环保化起着极其重要的作用。为了研究塑料与金属的感应焊接过程,更好地理解该过程中不同工艺参数对焊接金属表面温度的影响,并探索最适合的塑料感应焊接工艺参数,利用有限... 详细信息

特种热塑性工程塑料的应用对高端制造领域的轻量化、高性能化和环保化起着极其重要的作用。为了研究塑料与金属的感应焊接过程,更好地理解该过程中不同工艺参数对焊接金属表面温度的影响,并探索最适合的塑料感应焊接工艺参数,利用有限元仿真软件ANSYS Maxwell进行电磁场模拟,采用中心复合设计方法完成塑料感应焊接工艺参数方案设计,再通过该有限元仿真软件求解出相应的金属表面温度。基于多元非线性理论,建立了电流强度、电流频率、焊接间隙与金属表面平均温度之间的多元非线性回归模型。采用逐步回归的迭代策略,分析了各工艺参数以及各工艺参数交互作用对金属表面平均温度的影响程度。结果表明:二次拟合模型具有最佳的拟合度,决定系数R^(2)=0.956;电流强度是对金属表面平均温度影响最大的主效应,电流强度与焊接间隙的交互作用是影响金属表面平均温度的主要交互效应;基于该二次拟合模型,在该有限元仿真软件上进行了工艺参数优化并预测了多组最佳工艺参数组合,其仿真试验结果与回归分析结果误差在7%以内,说明该二次拟合模型预测结果准确可靠。相关理论和方法可为塑料在汽车、船舶、航空、航天等高端制造领域的应用提供参考。

关键词：塑料感应焊接温度场仿真中心复合设计工艺参数优化响应面法

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自然冷却下干式变压器的温度场仿真分析

机电工程技术 2024年第2期53卷 253-256,282页

作者：李霞苏步云陈文锋易吉良姚小虎顺特电气设备有限公司广东佛山528300 华南理工大学工程力学系广州510641

采用试验与仿真相结合的方法,对干式变压器在自然冷却条件下的温度场特性展开了系统的研究。首先,采用高低压绕组同时施加额定直流电流的试验方法,排除了涡流效应对高低压绕组损耗结果的影响,准确地获得了绕组损耗与温升的对应关系。同... 详细信息

采用试验与仿真相结合的方法,对干式变压器在自然冷却条件下的温度场特性展开了系统的研究。首先,采用高低压绕组同时施加额定直流电流的试验方法,排除了涡流效应对高低压绕组损耗结果的影响,准确地获得了绕组损耗与温升的对应关系。同时,利用STAR-CCM+软件,分析了达到热平衡后,变压器内部温度场和流场的分布情况以及不同的湍流模型选取和绕组等效建模方法对温升模拟结果的影响规律。研究结果表明,由于空气自然对流的影响,高低压绕组的温度场分布规律基本相同,即:底端温度最低且温度随绕组高度的增加逐渐升高。此外,采用k-ε低雷诺湍流模型和柱坐标等效建模法所得到的变压器自冷温升的仿真结果与试验结果的误差最小,且具有最快的收敛速度。所提出的仿真方法能够准确、快速地对自冷条件下干式变压器的温度场特性进行分析,可为变压器的设计与优化提供一定的指导与参考。

关键词：干式变压器自然冷却温度场仿真数值模拟

齿轮成形磨削热源分布模型建立及温度场有限元仿真

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机械工程师 2024年第1期 102-105页

作者：丁明亮付杰邓基伟陈鸿健中国航发哈尔滨东安发动机有限公司哈尔滨150066 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

建立了齿轮成形磨削热源分布模型,基于热源分布模型对ABAQUS软件进行了二次开发,实现了热源加载。分析了齿轮稳定磨削阶段沿齿廓、齿宽和沿齿深3个方向结点的温度场分布状况,结果表明,沿不同方向温度的不均匀分布导致轮齿在磨削后存在... 详细信息

建立了齿轮成形磨削热源分布模型,基于热源分布模型对ABAQUS软件进行了二次开发,实现了热源加载。分析了齿轮稳定磨削阶段沿齿廓、齿宽和沿齿深3个方向结点的温度场分布状况,结果表明,沿不同方向温度的不均匀分布导致轮齿在磨削后存在一定的残余热变形。

关键词：齿轮成形磨削热源分布温度场仿真

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肿瘤射频消融针材料设计与温度场仿真分析

生物医学工程学杂志 2022年第5期39卷 958-965页

作者：陈子乐崔海坡芦映希郎景成上海理工大学现代微创医疗器械及技术教育部工程研究中心上海200093

为解决肿瘤射频消融针一次性消融范围小以及电极周围组织易发生烧焦炭化的问题,本文基于多物理场耦合分析软件COMSOL,研究针体材料、子针个数和子针弯曲角度对射频消融电极针消融效果的影响规律。研究结果表明,相较于钛合金和不锈钢,镍... 详细信息

为解决肿瘤射频消融针一次性消融范围小以及电极周围组织易发生烧焦炭化的问题,本文基于多物理场耦合分析软件COMSOL,研究针体材料、子针个数和子针弯曲角度对射频消融电极针消融效果的影响规律。研究结果表明,相较于钛合金和不锈钢,镍钛合金具有更好的射频能量传导效率,是电极针的最佳制作材料;子针个数对平均坏死深度和最大坏死直径均有较大影响,相同条件下,子针个数越多,凝固坏死区域体积越大;子针的弯曲角度对凝固坏死区域的最大直径影响较大,对平均坏死深度的影响较小。在其它条件均相同的情况下,消融形成的凝固坏死区域随子针弯曲角度的增加而增大。对于本文分析的60°、90°和120°三种子针弯曲角度而言,120°的弯曲角度可获得最大的凝固坏死区域。综合而言,镍钛合金120°弯曲8子针的设计最优,射频消融坏死区域的平均深度为32.40 mm,最大坏死直径为52.65 mm。上述优化设计参数可为肿瘤射频消融针的结构与材料设计提供指导。

关键词：射频消融电极针材料设计温度场仿真

基于多物理场的三相共箱型隔离开关温度场仿真研究

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高压电器 2022年第3期58卷 86-92页

作者：刘龙魏建巍江经华贺永明王刚白玮平高集团有限公司河南平顶山467001

126 kV GIS设备作为城市电网建设中的重要设备,需要更加小型化来降低变电站的土地使用面积,而温升是制约设备小型化的关键因素之一。文中建立126 kV GIS三相共箱型隔离开关及母线电磁⁃热⁃流耦合三维模型,通过对开关设备总体发热和散热研... 详细信息

126 kV GIS设备作为城市电网建设中的重要设备,需要更加小型化来降低变电站的土地使用面积,而温升是制约设备小型化的关键因素之一。文中建立126 kV GIS三相共箱型隔离开关及母线电磁⁃热⁃流耦合三维模型,通过对开关设备总体发热和散热研究,分析了三相共箱型结构不同布置方式产生的不同功率损耗,并基于温度场仿真研究得到了各零件的温升分布。该隔离开关及母线按照国标要求通过了温升型式试验。将温升仿真结果与试验结果进行对比,仿真误差小于10%,验证了仿真的准确性,为三相共箱型GIS开关设备的小型化设计提供有效的理论和技术支撑。

关键词： GIS 三相共箱多物理场耦合温度场仿真

锆基非晶合金激光对接焊温度场仿真与晶化演变分析

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应用激光 2023年第11期43卷 63-70页

作者：刘武猛郭纯李云吴随松营梦康泰宇安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 安徽科技学院机械工程学院安徽滁州233100

为更好地分析非晶合金在激光焊接过程中受到的热循环与晶化的关系,使用ANSYS软件的Workbench平台,构建瞬态热模型并分析Zr_(63.7)Cu_(17.5)Ni_(13.1)Ti_(3.9)Fe_(1.8)非晶合金的激光焊接温度场变化过程。通过仿真获得了缝区域的温度场... 详细信息

为更好地分析非晶合金在激光焊接过程中受到的热循环与晶化的关系,使用ANSYS软件的Workbench平台,构建瞬态热模型并分析Zr_(63.7)Cu_(17.5)Ni_(13.1)Ti_(3.9)Fe_(1.8)非晶合金的激光焊接温度场变化过程。通过仿真获得了缝区域的温度场及熔化区和热影响区尺寸,通过添加温度探针获得数个特征点的热循环曲线,根据热循环曲线与DSC曲线进行热分析。通过检测结果与分析发现,仿真结果与相对应区域的试验金相图片具有较高的吻合度,并通过热循环曲线解释了热影响区晶化产生的原因。可以看出,在优化并使用合理的边界条件的情况下,温度场模拟可以对锆基非晶合金在激光焊接过程中的形貌与晶化区域进行预测,有利于优化焊接工艺,并指导后续的锆基非晶合金的激光焊接。

关键词：温度场仿真激光焊接非晶合金晶化

FDM 3D打印机喷头温度场仿真及实验研究

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制造技术与机床 2022年第5期 99-104页

作者：于仙尤晓萍董其缘孙满乾厦门大学嘉庚学院汉印电子先进打印技术创新实验室福建漳州363105 厦门大学嘉庚学院机电工程学院福建漳州363105

喷头组件温度控制影响着FDM 3D打印机的材料形态,从而对打印效果有着重要的影响。以自制FDM 3D打印机喷头组件为研究对象,PLA为测试用材料,根据散热片设计准则完成叶片式、涡轮式和川式散热片的设计;以瞬态温度传热理论为基础,利用ANYS... 详细信息

喷头组件温度控制影响着FDM 3D打印机的材料形态,从而对打印效果有着重要的影响。以自制FDM 3D打印机喷头组件为研究对象,PLA为测试用材料,根据散热片设计准则完成叶片式、涡轮式和川式散热片的设计;以瞬态温度传热理论为基础,利用ANYSY完成瞬态热仿真;使用接触式测温仪完成涡轮式散热片5个测试位置的温度测试。结果表明:散热片的形状及布局对喷头组件散热效果影响较大,对于风扇上置的强迫风冷结构,曲面辐射状布置的散热片更有利于导风,散热效果较好;涡轮式散热片喉管(加热块与散热块之间)处热流密度较大,温度自下而上递减明显,喉管处温度可降低约51.6%,散热效率高。

关键词：喷头组件散热片温度场仿真

用于大功率辐射均匀度检测的电子束收集器温度场仿真与实验研究

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用于大功率辐射均匀度检测的电子束收集器温度场仿真与实验研究

作者：张格非华中科技大学

学位级别：硕士

电子束辐射加工技术具有工艺简单、无残留物、无环保问题等优点,已广泛应用于工业、农业、医疗等领域。在辐射加工应用中,束流辐射均匀度直接决定着产品的加工品质,因而需要被重点检测。目前的辐射均匀度检测装置只能进行小束流的离线测... 详细信息

电子束辐射加工技术具有工艺简单、无残留物、无环保问题等优点,已广泛应用于工业、农业、医疗等领域。在辐射加工应用中,束流辐射均匀度直接决定着产品的加工品质,因而需要被重点检测。目前的辐射均匀度检测装置只能进行小束流的离线测量,制约着辐射加工行业的发展。课题组研发的电子束辐射均匀度实时检测装置,成功实现了辐射均匀度的实时测量,但在大束流应用中,由于加速器束流功率高,为了保证测量的安全稳定,对电子束收集器进行温度场的全面仿真与实验研究需求尤为迫切。本文首先基于蒙特卡洛软件GEANT4对收集器进行打靶仿真,获得不同束流条件下的射程与能量沉积以确定热源的分布与大小。接着基于流体计算软件FLUENT,提出了三种电子束收集器冷却结构方案,对各方案在不同结构参数下进行温度场仿真,选择了冷却效果好、易加工、重量轻的内置冷却通路外接三通管结构。基于该结构进行了不同加速器束流功率条件下稳态温度场仿真,仿真结果表明设计的冷却结构可满足最大150 k W束流功率的辐射均匀度测量的冷却需求。根据可用的加速器实验条件,对6～34 k W束流功率下的收集器温度场情况进行了详细仿真。本文设计了热电偶(接触式)和红外热像仪(非接触式)两种方案对收集器进行温度的实时跟踪和检测。由于热电偶测温位置单一且受加速器电离辐射影响较大,本文重点使用红外热像仪对收集器进行非接触式测温。而收集器表面涂覆的红外发射率涂层对测温准确性至关重要,本文创新性地提出了一种使用电子束辐射固化工艺加工的涂层,适用于电子束收集器表面红外测温。设计了正交实验对涂层相关参数进行优化,对获得最高附着力的涂层进行性能测试。结果显示辐射固化涂层有良好的耐辐射性能,耐温337.8°C,红外发射率在耐辐射测试前后均保持在0.91左右,满足大功率条件下的红外测温需求。设计的收集器辐射固化涂层具有固化耗时短、无有害物质挥发且性能稳定的特点,具备复杂辐射场条件下温度测量应用的潜力。基于仿真优化结果,加工了涂覆有辐射固化涂层的电子束收集器与配套冷却系统,在3 Me V和10 Me V两台电子辐射加速器上进行了稳态和瞬态的测温实验与辐射均匀度检测。实验结果表明:在3 Me V加速器下,束流功率为21.6 k W时收集器尾端的稳态温度为37.9°C,与仿真偏差为1.3%。6～34 k W束流功率时收集器于束下运动三个周期内温度与仿真结果最大偏差为8%。在10 Me V加速器下,10 k W束流功率下无冷却结构收集器运动五个周期的最高瞬态温度与仿真结果偏差为2.3%,实验中装置运行稳定,仿真与实验温度最大偏差为8%,有效支撑了辐射均匀度实时检测装置的运行。测得了一系列的加速器辐射均匀度曲线,成功验证了大功率条件下辐射均匀度检测的可行性。

关键词：辐射加工电子辐射加速器束流辐射均匀度电子束收集器冷却结构设计温度场仿真