基于DPM模型磨粒流精密加工約束流道設計.pdf

1、人工關節(jié)是一種植入人體代替人骨并且具有關節(jié)功能的人造器官，可以消除關節(jié)疼痛，恢復關節(jié)正常的活動功能，具有較大的市場需求。其中鈦合金由于較好的生物相容性、耐腐蝕性、彈性模量和密度等特性，適合于制造人工關節(jié)，但是鈦合金人工關節(jié)結構復雜、材料導熱性差，傳統(tǒng)精密加工方法難以獲得極限的形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性。軟性磨粒流精密加工方法由于良好的形狀適應性和超低的加工溫度，極好的滿足鈦合金人工關節(jié)的拋光需要。
　　但是軟性磨粒

2、流精密加工中存在沿程損失和局部損失，導致流場特性分布不均勻現(xiàn)象，為了改善軟性磨粒流流場特性，使拋光效果更加均勻，本文在軟性磨粒流精密加工理論和邊界層分離控制理論基礎上提出了磨粒流精密加工約束流道設計方法:
　　1.基于Mooney粘度公式和磨粒質(zhì)量-體積公式并結合磨粒流約束流道結構建立粘度與約束流道曲率對應關系，并依據(jù)粘度公式對流體動力學模型、Relizable k-ε湍流模型和DPM模型進行修正;依據(jù)修正后的流體動力學模型、Re

3、lizable k-ε湍流模型和DPM模型對軟性磨粒流約束流道內(nèi)流動進行數(shù)學建模。
　　2.選擇四種不同紋理結構對約束流道進行設計，進行運用Fluent仿真軟件進行數(shù)值模擬仿真得出如下結論:(1)當在約束構件上表面加紋理結構時，所選的紋理結構能改善流道減阻效果，提高整個約束流道內(nèi)磨粒流流動特性的均勻性，而人字形紋理和三角形紋理效果最為突出。紋理結構同時可以改變磨粒的運動軌跡，其中三角形紋理結構能增加磨粒與加工表面的有效碰撞次數(shù)。(

4、2)紋理結構深度、密度和角度分布分別對磨粒流的流動特性的均勻性產(chǎn)生較大的影響。紋理結構對其所在區(qū)域的一定范圍內(nèi)的磨粒流流場特性產(chǎn)生顯著的影響。(3)通過正交試驗法確定了最優(yōu)紋理結構參數(shù)，并以此參數(shù)進行相應的實驗。
　　3.通過PIV觀測結果可以發(fā)現(xiàn)紋理結構增加了顆粒運動的無序性，能夠進一步增加加工效果的均勻性，進一步驗證了約束流道設計理論和仿真結果的正確性。拋光實驗結果表明:紋理結構流道拋光表面粗糙度較原始流道下降40％，且表面形