Articles techniques et présentations

为深入探究材料属性对电弧等离子体热力学特性的影响，本研究以反应烧结碳化硅（RB-SiC）陶瓷为研究对象，基于 COMSOL Multiphysics 建立了耦合电流、磁场、层流及流体传热的磁流体动力学模型，并与304不锈钢进行对比分析。该模型综合考虑了电流、磁场与流场之间的能量转换，以及等离子体对电极与工件的热量传递，能够较为准确地描述电弧等离子体特性。结果表明，相较于304不锈钢，RB-SiC 等离子体具有更高的温度和热通量，但由于其极高的导热系数，工件在击穿后能迅速达到热平衡，且最终温度显著低于不锈钢。同时，RB-SiC 的等离子体最高温度位置不随脉宽变化 ... En savoir plus

基于磁流体动力学与Maxwell方程组，建立微束等离子弧焊电弧的二维轴对称模型，应用COMSOL软件进行求解计算，得到了微束等离子弧焊的电弧温度场、流场、电流密度、电弧所受洛伦兹力以及工件表面电弧压力分布情况，并通过实验所拍摄的电弧形态对模拟的温度场加以验证。结果表明微束等离子弧焊电弧温度、等离子体速度与电弧所受洛伦兹力具有相同的变化趋势，均从阴极到阳极先增大后减小，从电弧中心逐渐向四周降低，最大值出现在喷嘴内部中心区域；电弧电流密度在阴极下端面取得最大值，在工件上表面取得最小值，且从阴极到阳极减小速度呈一个先减小后增大再减小的趋势；电弧压力与等离子体流速径向变化相同 ... En savoir plus

由于在电弧增材制造过程中复杂热循环和残余应力分布，会使沉积层产生较大的变形甚至开裂。本文建立了基于COMSOL软件的单道多层三维热力耦合模型，研究了不锈钢单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性、变形及应力场分布。结果表明：不锈钢单道多层沉积过程中，前五层沉积焊缝对基板的变形影响较大，后续的沉积层对基板影响较小；沉积成形过程经历了快速加热、快速冷却的过程，随着层数的增加，热累积效应明显，相邻两层甚至多层出现重熔；在焊缝和基板的接头部分应力最大，易产生裂纹等缺陷。 En savoir plus

随着钛合金、镍基高温合金、金属间化合物等新材料的广泛应用，其本身高强高硬、高温性能优异等特点对传统切削加工带来了刀具寿命的挑战。为此，放电加工如电火花加工、电弧加工等非接触式加工得到了越来越广泛的应用。放电加工利用高温等离子体熔化甚至汽化工件，形成蚀坑达到材料去除的目的。为了评估放电加工对工件材料的影响，本模型以钛合金的电弧放电为例，利用COMSOL的传热模块和固体力学模块为基础，搭建了单次放电材料蚀除过程和残余应力预测模型，模型在传热模块中考虑了材料的物态变化。模型通过变形几何模块，用热量驱动边界移动，模拟等离子体加热熔化汽化材料的过程 ... En savoir plus

以内表面为主要工作面的管状工件，常因表面磨损、腐蚀等发生早期失效，其表面强化问题在工业应用中具有迫切的需求。真空阴极电弧沉积（VAD）由于工艺温度低，离化率高（60~80%），沉积层致密等优点，是制备表面抗磨损抗腐蚀改性层的重要技术。但对管状工件而言，该技术存在离子衰减问题，即有效沉积的膜层厚度随管件深度出现明显下降，甚至在一定深度管件内表面难沉积。磁场具有使粒子发生拉莫尔回旋、梯度漂移和曲率漂移运动，从而调控粒子轨迹的作用。针对电弧发射的离子（以Ti离子为例），通过COMSOL®的AC/DC模块中的磁场接口仿真辅助线圈的稳态磁场分布，再以磁场分布结果为不变物理场 ... En savoir plus

由于异种金属的热物理性能存在较大差异，在焊接过程中极易形成金属间化合物，这给两种材料的焊接造成了一定的困难。因此，针对钢/铝异种金属焊接存在的难点，建立了基于COMSOL软件的激光-TIG复合热源焊三维瞬态熔池数值分析模型。利用所建模型对不同焊接条件下的激光-TIG复合热源焊熔池形貌和温度场进行模拟计算，分别探讨了激光功率、电弧电流及焊接速度对复合焊焊接温度场的影响规律。 En savoir plus

在过去的二三十年中，液体燃烧电弧被用来制造纳米碳结构。该方法利用电弧空间中存在的碳蒸气作为电极腐蚀的结果，在存在高温梯度的区域迅速冷却时形成碳纳米管和富勒烯。碳结构的形成速率和结构取决于等离子体环境和形成机制两个方面。目前的研究工作，等离子体环境的形成和从电极表面的碳蒸气的传输是用二维电弧模型计算研究的。利用流动气液界面的传热来确定水的蒸发速率，考虑到电弧辐射对水蒸发的贡献以及碳和水蒸气之间的化学反应。此项研究使用 COMSOL Multiphysics 等离子体模块及传热模块。 En savoir plus

叶片复合材料层的击穿是风电机组遭受雷击后的主要故障形式。对于低电导率的GFRP类叶片铺层而言，雷电先导作用下的强背景电场造成的电击穿可能先于回击电弧的热效应产生。为了获得GFRP铺层的电击穿机理，基于COSMOL Multiphysics软件，建立了引下线-GFRP铺层的流注放电数值仿真模型。考虑了空气域与介质层内部的粒子输运，以及气-固分界面上的电荷沉积与注入作用。通过“稀物质传递物理场” 模块、“静电物理场”模块、“边界常微分和微分代数” 模块以及“稳定对流-扩散方程接口” 模块对控制方程进行求解。依据电场梯度分布进行了网格加密与时间步设置 ... En savoir plus

随着我国国民经济的持续高速发展，生活与生产的用电量越来越大，电力行业的规模日益增大。电力设备在不正常工作时，大多会产生电弧电晕，通过检测电晕电弧等目标，就可以获知电力系统设备的损害程度。然而，目前并没有对真实的电弧电晕目标进行非光子计数方式的定量化研究。本文作者研制了一套紫外外波段的面阵成像探测系统，对实验室人工制造的高电压电弧电晕目标进行了相关的分析与实验研究。 利用 COMSOL Multiphysics® 的等离子体物理场接口的 DC 放电接口，对实验所用的天梯仪器的放电行为建模，分子碰撞数据选择大气压下的空气模型，对电晕放电辉光主要贡献的成分N2+ ... En savoir plus

文章从数值模拟的角度研究了超声辅助水下湿法焊接中超声对自保护药芯焊丝产生的气泡的影响。在水下湿法药芯焊丝电弧焊接（FCAW）中，通过药芯燃烧产生的气泡来保护电弧和熔池，电弧的稳定性因此得到提高。采用了 COMSOL 两相流水平集的方法来模拟气泡，采用压力声学来模拟变幅杆振动产生的声波。在变幅杆模拟中，通过在辐射端端面上添加法向加速度，在变幅杆的表面和工件表面添加硬声场条件来形成驻波，通过改变变幅杆端面与工件上表面的距离，计算声辐射功率，从而得到超声谐振高度。在两相流中，首先模拟无超声时气泡的自由上浮过程，再通过在层流中添加体积力即声辐射力来实现声场与流场的耦合 ... En savoir plus