【摘 要】
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混合缠度膛线度对提高火炮射击精度具有重要意义,然而其复杂的结构和高硬度以及高精度对其高效加工提出挑战。磁场辅助电解加工是解决其加工难题的一种有效方法,但磁场对加工精度,加工效率的作用途径和作用机理尚不明确,在一定程度上限制了该技术的推广应用。因此本文采用分子动力学模拟方法研究磁场对电解加工中电解液的微观扩散特性影响,来揭示磁场对电解加工中电解液的微观行为的影响机理,为磁场辅助电解加工技术提供理论依
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混合缠度膛线度对提高火炮射击精度具有重要意义,然而其复杂的结构和高硬度以及高精度对其高效加工提出挑战。磁场辅助电解加工是解决其加工难题的一种有效方法,但磁场对加工精度,加工效率的作用途径和作用机理尚不明确,在一定程度上限制了该技术的推广应用。因此本文采用分子动力学模拟方法研究磁场对电解加工中电解液的微观扩散特性影响,来揭示磁场对电解加工中电解液的微观行为的影响机理,为磁场辅助电解加工技术提供理论依据。首先以纯水作为电解液,选择刚性SPCE水分子模型,构建了磁场作用下的分子动力学模型,并进行模拟。模拟结果表明,纯水中水分子扩散系数随着磁场强度的增大而减小。这是由于外加磁场与电场两者相结合使许多水分子通过氢键结合在一起形成不同形式的水分子链或环,进而形成许多水分子构成的氢键网格,使水分子的结构更加紧凑。因此在纯水中水分子的扩散系数随磁场强度的增大而减小。进一步对质量分数为3.5%NaCl溶液在磁场作用下的微观扩散特性进行了模拟,其模拟结果指出,在该溶液中的水分子以及离子的扩散系数都随着磁场强度的增大而增大。与纯水溶液的模拟结果刚好相反,这是由于在NaCl溶液中有钠离子和氯离子的存在,在磁场洛伦兹力作用下,离子与离子之间发生碰撞的概率增大,离子周围所对应的水合数目减小,而与水分子之间的相互作用减弱,水分子之间形成氢键的数目减少,则水分子的稳定性遭到一定性的破坏。因此该溶液中水分子的扩散系数随着磁场强度的增加而增大。为了研究施加磁场方向以及电解液浓度对电解液微观扩散特性影响,对沿x,y,z三种方向施加磁场以及三种浓度的NaCl溶液中水分子、钠离子以及氯离子的扩散特性进行了分子动力学模拟,其模拟结果发现不同浓度电解液以及不同磁场方向对电解液中水分子以及离子的扩散呈现出不同效果。为了验证分子模拟结果的正确性,分别对磁场作用下质量分数为24%NaCl溶液和纯水进行了红外光谱测试。结果表明磁场作用前后纯水的最强峰均在3354 cm-1处,其所对应的吸光度分别为0.285和0.281;磁场作用前后质量分数为24%NaCl溶液的最强峰均在3375 cm-1处,其所对应的吸光度分别为0.29和0.28;基于溶液红外光谱的原理,计算出磁场作用前后质量分数为3.5%NaCl溶液的水合离子数,其分别为7.228和6.449;与模拟结果基本吻合,进而验证了分子模拟模型与过程的正确性。
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