高低頻協(xié)同振動下Al-Si合金熔液去氫機理與振源控制研究.pdf

1、Al-Si合金材料因其質(zhì)量輕、強度高和導(dǎo)熱性、流動性好等優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。根據(jù)分析，鋁合金中溶解的氣體有85％為氫氣，熔體的“含氣量”可近似等同于“含氫量”。由于液態(tài)Al-Si合金的氫溶解度較高，當(dāng)熔體冷卻至固態(tài)時，氫溶解度將大大降低，從而過飽和的氫將釋放，在鑄件內(nèi)部形成分散性的細(xì)小氣孔，致使鑄件的力學(xué)性能、抗疲勞性能、耐腐蝕性、延展性均大大降低。因此，除氣（去氫）是增強Al-Si合金的綜合機械性能的主要措施。本文為優(yōu)化精煉品

2、質(zhì)，提高氫凈化率，主要內(nèi)容如下:
　　(1)分析了Al-Si合金熔體中氫的動力行為。通過在濱州活塞公司進行的BH122A牌號的Al-Si合金精煉后回氫規(guī)律測定實驗，驗證了氬氣攪拌除氣后的回氫規(guī)律。為減少熔體回氫，進一步提高氫凈化率，確定了基于超聲振動的二次除氣方法;
　　(2)通過對Al-Si合金熔液中聲場規(guī)律的研究，確定了工具桿下方的聲壓場分布場;通過對空化閾值特性的研究，確定了有效空化作用范圍，此外，通過對瞬態(tài)空化與穩(wěn)態(tài)

3、空化規(guī)律的研究，確定了在熔體去氫過程中穩(wěn)態(tài)空化將起到重要作用，為氣泡上浮模型的建立提供了必要條件;
　　(3)氣泡的生長與上浮規(guī)律，是影響Al-Si合金熔體除氣效果的關(guān)鍵因素?；赗ayleigh-Plesset二階微分方程對氣泡生長規(guī)律進行了研究?？紤]由于超聲除氣的過程中氣泡將不斷上浮，本文基于Rayleigh-Plesset方程與Stocks模型，建立了氣泡上浮全程氣泡壁運動的模型;
　　(4)利用Matlab對氣泡上浮

4、全程氣泡壁運動的模型進行了仿真研究:以氣泡的半徑變化倍數(shù)、上升時間及振蕩劇烈程度（以氣泡半徑最大值與最小值的差值來描述）等為考核數(shù)據(jù)，通過不同高低頻施振頻率與施振時間下與超聲獨立施振作用下仿真結(jié)果的對比研究結(jié)果表明:協(xié)同振動下氣泡上浮時間可縮短28.8％，振蕩更為劇烈，從機理上證明了提高去氫效果的有效性;
　　(5)本文以壓電陶瓷超聲換能器為高頻振源，超磁致伸縮換能器為低頻振源，為使GMA振動系統(tǒng)在10～50Hz內(nèi)可控，產(chǎn)生穩(wěn)定的

5、正弦波形。本文基于經(jīng)典P-I模型，結(jié)合相角補償模型，建立了動態(tài)復(fù)合前饋補償系統(tǒng)，相角補償結(jié)合改進型P-I模型的控制方法提高了P-I模型的適用頻域，遲滯補償實驗表明該控制方法可有效減小遲滯系統(tǒng)的非線性誤差，但在高頻情況下，模型精度會受到一定影響。實驗結(jié)果表明，最大誤差容易產(chǎn)生在滯環(huán)的拐點附近，即信號的極值點附近。為Al-Si合金超聲與低頻結(jié)合振動除氣，提供了可行的控制方案與理論基礎(chǔ)。
　　本文主要創(chuàng)新點如下:
　　(1)補充以

6、前研究的局限?；赗ayleigh-Plesset方程與Stocks模型，建立了氣泡上浮全程的運動的模型;
　　(2)利用Matlab進行了仿真研究，通過高低頻結(jié)合施振與超聲獨立施振作用下氣泡的半徑變化倍數(shù)，上升時間，振蕩劇烈程度的對比，確定更有利于氣泡的上浮和振蕩的高低頻振動優(yōu)化參數(shù)組合（功率、頻率、作用時間）;
　　(3)基于經(jīng)典P-I模型，結(jié)合相角補償模型，建立了GMA動態(tài)復(fù)合前饋補償系統(tǒng)，相角補償結(jié)合改進型P-I模型