【摘 要】
:
钛合金材料因其优异的性能,在航空和医疗等领域应用较广。但传统钻削等方式难以满足钛合金等高强度材料的微孔加工需要。而超精密微孔加工方式中激光打孔效率高,质量好,目前在打孔方面广泛应用。其中飞秒激光具有超短的脉冲宽度、极低的热损伤和较高的单脉冲能量密度等优点,在制备材料表面微纳米结构、打孔等方面具有独特的优势。此外,为提高微孔加工的质量,集中不同加工方式优点的复合加工也是精密加工领域研究的方向,其中超
论文部分内容阅读
钛合金材料因其优异的性能,在航空和医疗等领域应用较广。但传统钻削等方式难以满足钛合金等高强度材料的微孔加工需要。而超精密微孔加工方式中激光打孔效率高,质量好,目前在打孔方面广泛应用。其中飞秒激光具有超短的脉冲宽度、极低的热损伤和较高的单脉冲能量密度等优点,在制备材料表面微纳米结构、打孔等方面具有独特的优势。此外,为提高微孔加工的质量,集中不同加工方式优点的复合加工也是精密加工领域研究的方向,其中超声振动辅助切削,超声振动辅助激光加工的研究也在不断的进行。因此,为探究超声振动与飞秒激光复合加工微孔的影响规律,选用Ti-6Al-4V合金材料为研究对象,对超声振动与飞秒激光复合加工微孔进行了系统的研究。主要研究内容如下:(1)在国内外文献的基础上综述了微孔加工的传统方式、特种加工方式和复合加工方式的研究进展,对比了常见的微孔复合加工方式的特点。对超声振动与激光复合微孔加工的最新实验和仿真研究进行了总结。(2)分析了飞秒激光与物质的相互作用机理,从双温方程出发探究飞秒激光加工钛合金微孔的能量传递过程,通过仿真软件模拟飞秒激光烧蚀钛合金材料时,材料内部电子和晶格系统的温度变化过程。研究了不同能量密度、脉冲宽度和材料反射率对电子和晶格系统温度的影响,通过仿真分析发现,随着能量密度的增加或者脉冲宽度的减小,耦合平衡温度逐渐升高,达到耦合平衡温度需要的时间也逐渐减少,电子和晶格系统的峰值温度增大。当单脉冲能量密度为0.1828J/cm~2时,温度达到0.9Tcr时,材料以相爆炸形式去除;随着材料反射率的增大,电子的峰值温度和电子-晶格耦合温度减小,但耦合平衡所需时间几乎相同;多脉冲作用表现出明显的脉冲累积效应,且脉冲间隔时间越短温度上升越明显,也更快达到材料的烧蚀阈值。(3)详细分析了超声振动与激光复合微孔加工的原理和复合方式下微孔的形成机制,根据飞秒激光加工平台的工作要求,设计了超声振动装置。对比了飞秒激光不同打孔方式的特点,以钛合金为研究对象,通过搭建的复合加工实验平台,进行了超声振动辅助飞秒激光多脉冲打孔的研究,得到了不同能量密度和脉冲个数对微孔直径、圆度、锥度的影响规律。结果表明,有无超声振动辅助时,微孔直径均随着脉冲能量密度的增加逐渐增大,但增长趋势有所减小,且在有超声振动辅助时微孔直径更大。孔圆度偏差则随着能量密度的增加逐渐减小,且超声振动能很好的改善微孔入口处的圆度偏差;随着脉冲个数的增加,微孔加工深度呈线性增加,超声振动辅助钻孔可提升加工深度、减小加工锥度和改善孔内形貌。(4)通过超声振动与飞秒激光复合加工方式,研究了钛合金材料飞秒激光环切加工微孔的烧蚀阈值,分析了不同有效脉冲数下的烧蚀阈值情况。实验研究表明,随着扫描速度的减小,有效脉冲个数增加,钛合金材料的烧蚀阈值逐渐降低。采用控制变量的实验方法研究了激光功率、超声功率、扫描速度和次数对微孔直径、圆度偏差和锥度等质量特征的影响规律,研究表明,超声振动能有效提高微孔的深度,改善微孔的圆度偏差和锥度,但较大的超声功率下微孔的圆度偏差会有所增大。最后进行多因子正交实验,分析了激光功率、扫描速度、扫描次数和超声功率对钛合金材料微通孔出入口直径、出口圆度偏差和锥度的影响,结果表明,扫描速度和激光功率对观察的响应值影响最为显著,超声功率的影响程度要大于扫描次数。图[58]表[11]参考文献[96]
其他文献
徽州传统村落作为我国农耕文化遗产的重要组成部分,一直是建筑及规划领域的热点课题。总体来看,现有的研究及保护工作更多集中在视觉文化部分,对其他感官的关注不多;而事实上,无论是从历史角度还是从人居角度来看,声音都是重要的环境组成部分。徽州传统村落的声景既包含了丰富的历史文化信息,又与村落人居环境的品质息息相关,具有重要的研究价值。本文以祁门县磻村为例,结合历史文献和实地调查,多方位、多角度探讨了徽州传
随着我国的发电量和电力系统容量的不断增长,对高压开关等设备的需求数量也在不断增加。高压断路器属于重要的高压开关设备,它通过对电路的关合、开断,来实现对整个电力系统的保护与控制。在高压断路器合闸的过程中,其内部机构由于发生冲击会引起机械振动,而这些机械振动信号中包含了大量的可反应高压断路器状态的信息。所以,要判断高压断路器的机械状态,可以从分析其机械振动信号着手。本文主要对VJ12型真空断路器的振动
我国的城市化发展为购物中心带来了良好的发展机遇,使其成为城市空间不可或缺的一部分,也成为居民购物、娱乐、社交、休闲等活动的重要活动场所,它对一个城市商业环境的改善、消费方式的改变、经济繁荣的贡献等起着至关重要的作用。近年来,我国购物中心高速发展,居民消费模式逐渐转变,购物中心同质化问题愈加严重,现趋势需要积极转型升级,更加注重购物中心内部空间的设计和塑造,促使购物中心呈现出多元化的发展趋势。本文首
随着能源问题日益严峻,新能源、分布式发电(Distributed Generation,DG)、微电网(Micro Grid)应运而生。但分布式发电、直流配网和微电网采用电力电子器件与电网相连,缺乏对频率的惯性与阻尼支撑,因此,作为连接大电网的纽带,对逆变器进行有效控制是提高能源利用率和改善新能源稳定性的有效举措。本文采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,
风电机组动模实验系统,简称实验系统,是研发测试风电机组的重要工具。它使得在实验室内开展风电机组发电、控制、涉网等方面的功能、性能试验测试成为可能,能够大幅减小和缩短机组研制的成本和周期。由于实验系统的转动惯量远远小于实际风电机组的转动惯量,实验系统通常采用转动惯量补偿策略,使其可以模拟实际风电机组的缓慢机械动态特性。现有补偿策略用到的加速度观测值依赖于电机转速的准确测量。然而,对于MW级的全功率实
近年来,需求响应作为一种智能用电调控技术,在推进建成坚强智能电网的进程中,发挥着越来越重要的作用。而温控负荷作为需求侧的一种丰富的可控负荷资源,具有参与风电消纳的巨大潜力。由于需求侧温控负荷的分布较为分散,电力系统往往需要将温控负荷聚合后进行集中控制。而直接负荷控制作为集中控制中一种主要的控制策略,近年来得到了广泛的应用。但目前以温度作为决策变量的直接负荷控制策略的研究,仍存在由负荷开关状态切换失
针对处于复杂环境下工作的高空长航时无人机,需要研制具有容错能力的高可靠性多传感器组合导航系统。通过分析目前研究中存在的不足,根据研究技术及技术指标,设计了一种SINS/CNS/GNSS组合导航系统的故障检测与容错算法,主要研究内容如下:(1)针对提高气压高度计精度辅助CNS观星以及保持SINS高度通道稳定性问题,本文提出了一种基于状态X~2故障检验的气压高度/GPS融合算法,修正气压高度计随大气波
铁路是国家重要的基础设施,是国民经济的大动脉,在推动我国经济社会又好又快发展中发挥着重要作用。而铁路异物入侵问题严重威胁着铁路运营安全,常见的解决措施主要是人工巡检和设置沿线大量摄像头进行监控,这无疑耗费大量人力物力并且存在监控盲区,因此本文提出了一种基于旋翼无人飞行器的铁路异物侵限检测系统,能够全天候、全路段自动进行检测,所设计巡检系统首先进行全路段自主导航,实时采集视频图像信息,其次对夜间及隧
科技的发展促进了航空导航技术的发展,也提高了先进航空导航设备的需求。但是航空导航由于受到外界环境因素影响较大,要求较高。星光导航由于自主性高、可达到的导航精度高、可靠性高等优点,在航空领域的应用愈发广泛。为了使星光导航系统更加满足航空导航的需求,本文对星光导航系统的定姿算法进行了研究,并研究了星敏感器的实验室静态参数标定。最后研究了在线标定及其报错技术,通过实验验证了灰色模型的拟合性能。论文主要研