高低頻協(xié)同振動(dòng)下Al-Si合金熔液去氫機(jī)理與振源控制研究.pdf

1、Al-Si合金材料因其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和導(dǎo)熱性、流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。根據(jù)分析，鋁合金中溶解的氣體有85％為氫氣，熔體的“含氣量”可近似等同于“含氫量”。由于液態(tài)Al-Si合金的氫溶解度較高，當(dāng)熔體冷卻至固態(tài)時(shí)，氫溶解度將大大降低，從而過飽和的氫將釋放，在鑄件內(nèi)部形成分散性的細(xì)小氣孔，致使鑄件的力學(xué)性能、抗疲勞性能、耐腐蝕性、延展性均大大降低。因此，除氣（去氫）是增強(qiáng)Al-Si合金的綜合機(jī)械性能的主要措施。本文為優(yōu)化精煉品

2、質(zhì)，提高氫凈化率，主要內(nèi)容如下:
　　(1)分析了Al-Si合金熔體中氫的動(dòng)力行為。通過在濱州活塞公司進(jìn)行的BH122A牌號(hào)的Al-Si合金精煉后回氫規(guī)律測(cè)定實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了氬氣攪拌除氣后的回氫規(guī)律。為減少熔體回氫，進(jìn)一步提高氫凈化率，確定了基于超聲振動(dòng)的二次除氣方法;
　　(2)通過對(duì)Al-Si合金熔液中聲場(chǎng)規(guī)律的研究，確定了工具桿下方的聲壓場(chǎng)分布場(chǎng);通過對(duì)空化閾值特性的研究，確定了有效空化作用范圍，此外，通過對(duì)瞬態(tài)空化與穩(wěn)態(tài)

3、空化規(guī)律的研究，確定了在熔體去氫過程中穩(wěn)態(tài)空化將起到重要作用，為氣泡上浮模型的建立提供了必要條件;
　　(3)氣泡的生長(zhǎng)與上浮規(guī)律，是影響Al-Si合金熔體除氣效果的關(guān)鍵因素?；赗ayleigh-Plesset二階微分方程對(duì)氣泡生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了研究。考慮由于超聲除氣的過程中氣泡將不斷上浮，本文基于Rayleigh-Plesset方程與Stocks模型，建立了氣泡上浮全程氣泡壁運(yùn)動(dòng)的模型;
　　(4)利用Matlab對(duì)氣泡上浮

4、全程氣泡壁運(yùn)動(dòng)的模型進(jìn)行了仿真研究:以氣泡的半徑變化倍數(shù)、上升時(shí)間及振蕩劇烈程度（以氣泡半徑最大值與最小值的差值來描述）等為考核數(shù)據(jù)，通過不同高低頻施振頻率與施振時(shí)間下與超聲獨(dú)立施振作用下仿真結(jié)果的對(duì)比研究結(jié)果表明:協(xié)同振動(dòng)下氣泡上浮時(shí)間可縮短28.8％，振蕩更為劇烈，從機(jī)理上證明了提高去氫效果的有效性;
　　(5)本文以壓電陶瓷超聲換能器為高頻振源，超磁致伸縮換能器為低頻振源，為使GMA振動(dòng)系統(tǒng)在10～50Hz內(nèi)可控，產(chǎn)生穩(wěn)定的

5、正弦波形。本文基于經(jīng)典P-I模型，結(jié)合相角補(bǔ)償模型，建立了動(dòng)態(tài)復(fù)合前饋補(bǔ)償系統(tǒng)，相角補(bǔ)償結(jié)合改進(jìn)型P-I模型的控制方法提高了P-I模型的適用頻域，遲滯補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)表明該控制方法可有效減小遲滯系統(tǒng)的非線性誤差，但在高頻情況下，模型精度會(huì)受到一定影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最大誤差容易產(chǎn)生在滯環(huán)的拐點(diǎn)附近，即信號(hào)的極值點(diǎn)附近。為Al-Si合金超聲與低頻結(jié)合振動(dòng)除氣，提供了可行的控制方案與理論基礎(chǔ)。
　　本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)補(bǔ)充以

6、前研究的局限?；赗ayleigh-Plesset方程與Stocks模型，建立了氣泡上浮全程的運(yùn)動(dòng)的模型;
　　(2)利用Matlab進(jìn)行了仿真研究，通過高低頻結(jié)合施振與超聲獨(dú)立施振作用下氣泡的半徑變化倍數(shù)，上升時(shí)間，振蕩劇烈程度的對(duì)比，確定更有利于氣泡的上浮和振蕩的高低頻振動(dòng)優(yōu)化參數(shù)組合（功率、頻率、作用時(shí)間）;
　　(3)基于經(jīng)典P-I模型，結(jié)合相角補(bǔ)償模型，建立了GMA動(dòng)態(tài)復(fù)合前饋補(bǔ)償系統(tǒng)，相角補(bǔ)償結(jié)合改進(jìn)型P-I模型