氣液固三相磨粒流多場耦合建模與調(diào)控方法.pdf

1、氣液固三相磨粒流拋光加工，是一種利用處于湍流狀態(tài)的氣液固三相旋流磨粒流對(duì)具有硬脆特性的電子信息材料工件表面進(jìn)行超光滑表面加工的新方法?，F(xiàn)有關(guān)于氣液固三相磨粒流拋光加工的研究存在一定不足:數(shù)值模擬分析中流場分布計(jì)算不精確、加工紋理不均勻和加工效率不高。本文利用多物理場耦合軟件對(duì)氣液固三相磨粒流拋光加工過程進(jìn)行多場耦合建模分析，并對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出較優(yōu)的調(diào)控方法。本文涉及的主要工作如下:
　　(1)以具有硬脆特性的電子信

2、息材料工件表面實(shí)現(xiàn)超光滑表面加工制造的難題作為研究背景，針對(duì)現(xiàn)有氣液固三相磨粒流拋光加工研究中存在的缺點(diǎn)，提出了氣液固三相磨粒流拋光加工的優(yōu)化方法。
　　(2)對(duì)氣液固三相磨粒流拋光加工機(jī)理進(jìn)行分析，建立耦合溫度場的氣液固三相磨粒流動(dòng)力學(xué)模型。通過對(duì)比耦合溫度場與未耦合溫度場的數(shù)值模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)前者能得到更為精確的流場分布。在耦合溫度場的基礎(chǔ)上，通過改變?nèi)肟跀?shù)量，對(duì)比所得的流場分布，發(fā)現(xiàn)五個(gè)入口加工方法的數(shù)值模擬結(jié)果較優(yōu)。在五個(gè)入

3、口加工方法的基礎(chǔ)上，建立耦合超聲場的氣液固三相磨粒流動(dòng)力學(xué)模型。通過對(duì)比不同超聲場的數(shù)值模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)不同的超聲頻率和聲壓幅值會(huì)帶來不同的流場分布，其中，頻率為20KHz、聲壓幅值為30KPa的超聲場所得的流場分布最優(yōu)。
　　(3)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過PIV觀測實(shí)驗(yàn)，改變流體溫度，驗(yàn)證了溫度對(duì)流場分布的影響;在流體溫度恒定條件下，通過改變超聲場的參數(shù)，驗(yàn)證了超聲場對(duì)流場分布的影響。通過對(duì)比不同入口加工方法的

4、加工效果，發(fā)現(xiàn)五個(gè)入口的加工方法的加工效果較優(yōu)。加工時(shí)間從原有的三個(gè)入口加工方法的9h減少到五個(gè)入口的4h，表面粗糙度Ra從三個(gè)入口加工方法的0.159μm下降到五個(gè)入口的0.125μm。在五個(gè)入口加工方法的基礎(chǔ)上耦合超聲場進(jìn)行拋光加工實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)比不同超聲場的加工效果，發(fā)現(xiàn)頻率為20KHz、聲壓幅值為30KPa的超聲場的加工效果最優(yōu)。加工時(shí)間從五個(gè)入口加工方法的4h減少到耦合超聲場的3.5h，表面粗糙度Ra從五個(gè)入口加工方法的0.12