基于DPM模型磨粒流精密加工約束流道設(shè)計.pdf

1、人工關(guān)節(jié)是一種植入人體代替人骨并且具有關(guān)節(jié)功能的人造器官，可以消除關(guān)節(jié)疼痛，恢復(fù)關(guān)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(guān)節(jié)，但是鈦合金人工關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料導(dǎo)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(yīng)性和超低的加工溫度，極好的滿足鈦合金人工關(guān)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(dǎo)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(chǔ)上提出了磨粒流精密加工約束流道設(shè)計方法:
　　1.基于Mooney粘度公式和磨粒質(zhì)量-體積公式并結(jié)合磨粒流約束流道結(jié)構(gòu)建立粘度與約束流道曲率對應(yīng)關(guān)系，并依據(jù)粘度公式對流體動力學(xué)模型、Relizable k-ε湍流模型和DPM模型進(jìn)行修正;依據(jù)修正后的流體動力學(xué)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(jìn)行數(shù)學(xué)建模。
　　2.選擇四種不同紋理結(jié)構(gòu)對約束流道進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)行運(yùn)用Fluent仿真軟件進(jìn)行數(shù)值模擬仿真得出如下結(jié)論:(1)當(dāng)在約束構(gòu)件上表面加紋理結(jié)構(gòu)時，所選的紋理結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)同時可以改變磨粒的運(yùn)動軌跡，其中三角形紋理結(jié)構(gòu)能增加磨粒與加工表面的有效碰撞次數(shù)。(

4、2)紋理結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)參數(shù)，并以此參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗。
　　3.通過PIV觀測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)紋理結(jié)構(gòu)增加了顆粒運(yùn)動的無序性，能夠進(jìn)一步增加加工效果的均勻性，進(jìn)一步驗證了約束流道設(shè)計理論和仿真結(jié)果的正確性。拋光實(shí)驗結(jié)果表明:紋理結(jié)構(gòu)流道拋光表面粗糙度較原始流道下降40％，且表面形