尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元模型参数确定及其流动特性分析

尼龙粉末是增材制造中常用的粉体材料,温度对其流动性有重要影响.探索尼龙粉末增材制造预热温度下的流动性是研究选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)工艺中粉体铺展成形的基础.选取SLS技术中的尼龙粉末为原材料,采用离散元数值方法,研究尼龙粉末的流动行为,是增材制造工艺数值模拟和铺粉工艺优化的研究热点.以Hertz-Mindlin模型为基础,基于Hamaker理论模型和库伦定律,在尼龙粉末的接触动力学模型中引入范德华力和静电力,建立预热温度下尼龙粉末流动的离散元模型(discrete element method,DEM),通过对比相应实验结果,标定了该模型的参数.对加热旋转圆筒中尼龙粉末流动过程进行了DEM数值模拟,校核了所建模型的正确性,并研究了粉体粒径分布对尼龙粉末流动特性的影响规律.研究表明,尼龙粉末黏附力是静电力与范德华力的共同作用结果;随着粉体粒径的增大,尼龙粉末崩塌角增大,流动性增强;相对于高斯粒径分布,粒径均匀分布的尼龙粉末颗粒流动性更强.研究结果可指导SLS中铺粉工艺的优化.     

混凝土搅拌车搅拌筒磨损数值分析

混凝土运输过程中搅拌筒的磨损一直是一种常见潜在危害,磨损严重时会导致叶片失效,对搅拌的质量和出料匀质性产生影响。通过实验获取搅拌筒内部的磨损费时费力,因此有必要采取一种数值分析方法对搅拌筒的磨损进行预测并提出改进。本文采用摩擦磨损实验的方法来标定颗粒与搅拌筒之间的Archard磨损常数,采用JKR接触模型表征混凝土的流动性能,采用离散元方法(DEM)对搅拌筒筒体及叶片磨损进行预测分析。通过法向接触能量与切向接触能量的对比,证明搅拌筒中的磨损主要为伴有冲击作用的磨粒磨损,搅拌车搅拌筒中搅拌叶片顶部的磨损较为严重。针对磨损比较严重的叶片顶部进行改进,采用T型耐磨结构等改进叶片结构,叶片顶部结构改进后搅拌筒使用寿命能得到明显提升。     

尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元模型参数确定及其流动特性分析

尼龙粉末是增材制造中常用的粉体材料,温度对其流动性有重要影响. 探索尼龙粉末增材制造预热温度下的流动性是研究选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)工艺中粉体铺展成形的基础. 选取SLS技术中的尼龙粉末为原材料,采用离散元数值方法,研究尼龙粉末的流动行为,是增材制造工艺数值模拟和铺粉工艺优化的研究热点. 以Hertz-Mindlin模型为基础,基于Hamaker理论模型和库伦定律,在尼龙粉末的接触动力学模型中引入范德华力和静电力,建立预热温度下尼龙粉末流动的离散元模型(discrete element method, DEM),通过对比相应实验结果,标定了该模型的参数. 对加热旋转圆筒中尼龙粉末流动过程进行了DEM数值模拟,校核了所建模型的正确性,并研究了粉体粒径分布对尼龙粉末流动特性的影响规律. 研究表明,尼龙粉末黏附力是静电力与范德华力的共同作用结果;随着粉体粒径的增大,尼龙粉末崩塌角增大,流动性增强;相对于高斯粒径分布,粒径均匀分布的尼龙粉末颗粒流动性更强. 研究结果可指导SLS中铺粉工艺的优化.      

基于离散元法的涂层硬质合金刀具建模及其加工损伤预测

首先建立了TiCN涂层硬质合金刀具基体材料(WC)的离散元模型,根据单轴压缩、三点弯曲以及断裂韧性等数值试验方法校准了基体材料离散元模型的微观参数,然后采用划痕法校准了基体与涂层的界面结合强度。根据Merchant切削模型,建立了涂层刀具切削过程中的刀-屑接触模型,通过对切屑施加周期性边界条件来模拟实际的切削加工过程;模拟了涂层刀具加工过程中的裂纹扩展和破坏情况,并预测了切削加工用量对涂层裂纹扩展及破坏的影响。     

增材制造中滚筒铺粉工艺参数对尼龙粉体铺展性的影响研究

铺粉工艺是基于粉床的增材制造(additive manufacturing, AM)技术中的关键工序之一. 滚筒铺粉工艺参数包括铺粉层厚H, 滚筒直径D, 滚筒的旋转速度ω和平移速度V, 对增材制造工艺中的粉体铺展性具有重要影响. 本文以尼龙粉体为研究对象, 采用离散元法(discrete element method, DEM)模拟其滚筒铺展过程, 建立沉积分数、覆盖率和沉积速率3个铺展性指标. 采用中心复合设计(central composite design, CCD)生成30组仿真案例, 通过响应曲面法(response surface methodology, RSM)拟合了3个铺展性指标的回归模型. 采用方差分析证明了回归模型的准确性和预测的有效性, 并详细分析了工艺参数对粉体铺展性指标的影响规律. 结果表明, 铺粉层厚H是最大的影响因素, 平移速度V是次要的影响因素, 滚筒直径D和滚筒的旋转速度ω对粉体铺展性指标影响较小, HV和DV为影响粉体铺展性指标的主要交互因素. 以3个铺展性指标为优化目标, 采用期望值法对滚筒铺粉工艺参数进行多目标优化, 获得了预测的最优铺粉工艺参数和粉体铺展性指标组合, 并通过实验验证了粉体铺展性指标的预测结果与实验结果吻合良好. 本文的研究结果可指导增材制造中滚筒铺粉工艺参数的优化.      

回转筒内沙石物料混合均匀性的数值模拟

采用离散单元法对回转筒内沙石物料的混合均匀性进行数值模拟研究,并选取回转筒转速、直径、提升条个数和石子填充率作为影响因素,分别设立3个水平,进行回转筒内物料混合的正交模拟,旨在对各因素的敏感性影响程度进行分析。基于试验结果选择物料混合时间和颗粒接触数率作为试验指标,对四个因素进行极差分析和方差分析。结果表明,回转筒转速、直径和石子填充率对物料混合时间的影响显著,提升条个数对混合时间的影响不显著;石子填充率、回转筒转速和提升条个数对物料混合后颗粒接触数率的影响显著,回转筒直径对物料混合后颗粒接触数率的影响不显著。