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具有硬脆特性的電子信息材料工件表面進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氣液固三相磨粒流拋光加工過程進行多場耦合建模分析，并對數(shù)值模擬結(jié)果進行實驗驗證，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、息材料工件表面實現(xiàn)超光滑表面加工制造的難題作為研究背景，針對現(xiàn)有氣液固三相磨粒流拋光加工研究中存在的缺點，提出了氣液固三相磨粒流拋光加工的優(yōu)化方法。
　　(2)對氣液固三相磨粒流拋光加工機理進行分析，建立耦合溫度場的氣液固三相磨粒流動力學模型。通過對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上，通過改變?nèi)肟跀?shù)量，對比所得的流場分布，發(fā)現(xiàn)五個入口加工方法的數(shù)值模擬結(jié)果較優(yōu)。在五個入

3、口加工方法的基礎上，建立耦合超聲場的氣液固三相磨粒流動力學模型。通過對比不同超聲場的數(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)搭建實驗平臺對數(shù)值模擬結(jié)果進行實驗驗證。通過PIV觀測實驗，改變流體溫度，驗證了溫度對流場分布的影響;在流體溫度恒定條件下，通過改變超聲場的參數(shù)，驗證了超聲場對流場分布的影響。通過對比不同入口加工方法的

4、加工效果，發(fā)現(xiàn)五個入口的加工方法的加工效果較優(yōu)。加工時間從原有的三個入口加工方法的9h減少到五個入口的4h，表面粗糙度Ra從三個入口加工方法的0.159μm下降到五個入口的0.125μm。在五個入口加工方法的基礎上耦合超聲場進行拋光加工實驗。通過對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)。加工時間從五個入口加工方法的4h減少到耦合超聲場的3.5h，表面粗糙度Ra從五個入口加工方法的0.12