多物理場(chǎng)建模加速電動(dòng)剃須刀技術(shù)創(chuàng)新

1、多物理場(chǎng)建模加速電動(dòng)剃須刀技術(shù)創(chuàng)新多物理場(chǎng)建模加速電動(dòng)剃須刀技術(shù)創(chuàng)新在電動(dòng)剃須刀的發(fā)展歷史中，刀罩的設(shè)計(jì)和制造一直需要很高的技術(shù)水平，其中涉及到多學(xué)科的交叉以及新工藝新技術(shù)的應(yīng)用。日前，全球各大著名的電動(dòng)剃須刀生產(chǎn)廠商紛紛采用新材料來(lái)制造刀罩。其中飛利浦公司特別使用了COMSOLMultiphysics來(lái)優(yōu)化其將要面向市場(chǎng)的新一代電動(dòng)剃須刀刀罩的制造過(guò)程。據(jù)荷蘭皇家飛利浦公司電動(dòng)剃須刀部高級(jí)研究專(zhuān)員IR.REDMERVANTIJUM博士

2、介紹，COMSOLMultiphysics是一款大型的高級(jí)數(shù)值仿真軟件，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)研究以及工程計(jì)算，被當(dāng)今世界科學(xué)家稱(chēng)為“第一款真正的任意多物理場(chǎng)直接耦合分析軟件”。COMSOLMultiphysics提供針對(duì)不同領(lǐng)域?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)的應(yīng)用模塊，包括：聲學(xué)、化學(xué)工程、地球科學(xué)、高頻電磁、低頻電磁、傳熱、微系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等。刀罩制造過(guò)程的第一步是采用相變誘發(fā)塑性鋼。此時(shí)得到的刀罩的厚度太大，形狀也不夠精確，所以需要進(jìn)一步的加工。對(duì)于

3、低檔電動(dòng)剃須刀，飛利浦公司一般采用電火花加工法來(lái)制造其刀罩。但是這種方法不僅成本偏高，而且還需要均勻的電極分布，因此不能用這種方法制造復(fù)雜形狀的刀罩。高檔電動(dòng)剃須刀有三個(gè)刀片，與之對(duì)應(yīng)的刀罩也要求更精密的形狀，其制造過(guò)程也更加復(fù)雜。飛利浦公司一般采用電化學(xué)加工來(lái)制造具有復(fù)雜形狀的刀罩（圖1）。為了使刀片和刀罩契合的更加緊密，工程師需要對(duì)刀罩的制造過(guò)程有更加透徹的了解。和做試驗(yàn)相比，應(yīng)用COMSOLMultiphysics多物理場(chǎng)功能對(duì)于

4、整個(gè)制造環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬能夠節(jié)約大量的成本，而它的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能還能為工程師提供其他重要的信息。在這些模塊中隨意添加電化學(xué)應(yīng)用模式，模擬刀罩和電解液交界面處的反應(yīng)。COMSOLMultiphysics的高度開(kāi)放性，使工程師可以定義隨氣泡出現(xiàn)位置和熱量的變化而變化的電導(dǎo)率。此外，直接耦合流體力學(xué)模塊（非等溫流體）和傳熱模塊（對(duì)流和傳導(dǎo)）。在這個(gè)加工過(guò)程中，傳熱方程中的熱源項(xiàng)取決于電流。為了模擬溫度和氣體壓力的作用，在流體力學(xué)模塊的密度項(xiàng)里還

5、需要添加一個(gè)隨溫度而變化的密度描述方程。在模擬加工過(guò)程時(shí)最重要的是考察刀罩的成型過(guò)程。工程師首先在COMSOLMultiphysics中建立刀罩的初始形狀，在模擬過(guò)程中使用了一個(gè)特殊的ALE模式（移動(dòng)網(wǎng)格）根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以方便的不斷更新刀罩的形狀，并且與模擬相變誘發(fā)塑性鋼分解的電化學(xué)反應(yīng)的模塊相互耦合。這種模擬方法對(duì)于描述電解液通道和其中的流體是十分恰當(dāng)?shù)?。通過(guò)如圖3所示的模型，飛利浦公司應(yīng)用COMSOLMultiphysics很好的模

6、擬了新一代電動(dòng)剃須刀刀罩的加工過(guò)程，從而使刀罩和刀片之間契合的更加緊密。在進(jìn)一步的研究中，COMSOLMultiphysics必將成為飛利浦公司改良生產(chǎn)工藝過(guò)程、設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的有力工具。圖3:結(jié)果數(shù)據(jù)來(lái)自于電動(dòng)剃須機(jī)刀罩和模具之間的電解液通道的二維切面圖。電解液從右側(cè)流入，從左側(cè)流出。圖中顯示了氣體分布（彩色）和流場(chǎng)分布（箭頭）。從圖中可以很容易的看出流體對(duì)氣體分布的影響以及氣體侵入流體對(duì)流體加速度的影響。底部圖片是刀罩整個(gè)表面附近流體的