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液氮射流冲击冷却聚二甲基硅氧烷的温度场仿真和实验研究
被引量：
1
1
作者
刘旭
孙玉利
+3 位作者
张桂冠
钱炳坤
高航
左敦稳
《中国机械工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第18期2161-2171,共11页
为探究低温微磨料气射流加工聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流道过程中PDMS试样受液氮射流冲击冷却的温度变化和分布,提出了测温实验Beck反求算法拟合APDL温度场仿真的系统研究方法,仿真结果与测温结果的误差仅1.735%。仿真发现,表面到达明显...
为探究低温微磨料气射流加工聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流道过程中PDMS试样受液氮射流冲击冷却的温度变化和分布,提出了测温实验Beck反求算法拟合APDL温度场仿真的系统研究方法,仿真结果与测温结果的误差仅1.735%。仿真发现,表面到达明显脆化温度-147℃需要5.747 s,说明PDMS无法在接触液氮的瞬间就达到可加工的脆化状态,有必要重视加工前的预冷却时间;又通过仿真数据拟合了PDMS冷却至-147℃的冷却速度,以冷却速度为参考预测了实际加工中所需的预冷却时间。对比冷却速度发现,距PDMS试样表面0~100μm深度范围内的冷却速度比0~1500μm深度范围内冷却速度快22.054%,PDMS试样放置在铝合金工作台上的冷却速度比绝热工作台上快22.311%。
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关键词
聚二甲基硅氧烷(PDMS)
低温微磨料气射流
Beck反算法
APDL温度场仿真
下载PDF
职称材料
低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究
2
作者
钱炳坤
孙玉利
+3 位作者
张桂冠
刘旭
高航
左敦稳
《南京航空航天大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第1期163-171,共9页
由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之...
由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYSFluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。
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关键词
聚二甲基硅氧烷
低温微磨料气射流
传热仿真
加工性能
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职称材料
低温微磨料气射流加工微流道专用机床
3
作者
钱炳坤
孙玉利
+3 位作者
张桂冠
刘旭
高航
左敦稳
《南京航空航天大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第1期93-100,共8页
针对目前低温微磨料气射流加工用简易实验装置中存在的问题,研制了低温微磨料气射流加工微流道专用机床。该机床主要由微磨料气射流发生部分、冷却部分、加工部分、磨料回收部分及其控制系统部分组成。首先对机床进行整体设计,保证其具...
针对目前低温微磨料气射流加工用简易实验装置中存在的问题,研制了低温微磨料气射流加工微流道专用机床。该机床主要由微磨料气射流发生部分、冷却部分、加工部分、磨料回收部分及其控制系统部分组成。首先对机床进行整体设计,保证其具有合理的布局和稳定的结构;其次针对机床的核心部件冷却器进行总体设计、理论计算与仿真分析,并开展测温实验验证设计的合理性,使用PLC控制器和液氮液位监测仪实现冷却器的自动控温;最后设计了四维移动平台,并通过人机交互界面对其进行编程控制。验证实验表明,该机床在低温下可实现对聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)材料的有效冲蚀去除,且加工效果明显好于常温下的加工效果,能够满足微流控芯片的多元化应用需求。
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关键词
低温微磨料气射流加工
专用机床
冷却器
自动控温
聚二甲基硅氧烷
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职称材料
题名
液氮射流冲击冷却聚二甲基硅氧烷的温度场仿真和实验研究
被引量：
1
1
作者
刘旭
孙玉利
张桂冠
钱炳坤
高航
左敦稳
机构
南京航空航天大学机电学院
大连理工大学机械工程学院
出处
《中国机械工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第18期2161-2171,共11页
基金
国家自然科学基金(52075254)
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室研究基金(JMTZ201901)
江苏省研究生科研与实践创新计划(KYCX20_0183)。
文摘
为探究低温微磨料气射流加工聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流道过程中PDMS试样受液氮射流冲击冷却的温度变化和分布,提出了测温实验Beck反求算法拟合APDL温度场仿真的系统研究方法,仿真结果与测温结果的误差仅1.735%。仿真发现,表面到达明显脆化温度-147℃需要5.747 s,说明PDMS无法在接触液氮的瞬间就达到可加工的脆化状态,有必要重视加工前的预冷却时间;又通过仿真数据拟合了PDMS冷却至-147℃的冷却速度,以冷却速度为参考预测了实际加工中所需的预冷却时间。对比冷却速度发现,距PDMS试样表面0~100μm深度范围内的冷却速度比0~1500μm深度范围内冷却速度快22.054%,PDMS试样放置在铝合金工作台上的冷却速度比绝热工作台上快22.311%。
关键词
聚二甲基硅氧烷(PDMS)
低温微磨料气射流
Beck反算法
APDL温度场仿真
Keywords
polydimethylsiloxane(PDMS)
cryogenic
micro
-
abrasive
air
jet
Beck's
inverse
estimation
method
APDL(ANSYS
parametric
design
language)temperature
field
simulation
分类号
TH145.4 [一般工业技术—材料科学与工程]
TB324 [机械工程—机械制造及自动化]
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职称材料
题名
低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究
2
作者
钱炳坤
孙玉利
张桂冠
刘旭
高航
左敦稳
机构
南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室
出处
《南京航空航天大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第1期163-171,共9页
文摘
由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYSFluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。
关键词
聚二甲基硅氧烷
低温微磨料气射流
传热仿真
加工性能
Keywords
polydimethylsiloxane(PDMS)
cryogenic
micro
-
abrasive
air
jet
heat
transfer
simulation
processing
performance
分类号
TH145.4 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
低温微磨料气射流加工微流道专用机床
3
作者
钱炳坤
孙玉利
张桂冠
刘旭
高航
左敦稳
机构
南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室
出处
《南京航空航天大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第1期93-100,共8页
基金
国家自然科学基金面上(52075254)资助项目
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室研究基金(JMTZ201901)资助项目
+1 种基金
江苏省研究生科研与实践创新计划(KYCX20_0183)资助项目
南京航空航天大学2019年研究生创新基地(实验室)开放基金(kfjj20190503)资助项目。
文摘
针对目前低温微磨料气射流加工用简易实验装置中存在的问题,研制了低温微磨料气射流加工微流道专用机床。该机床主要由微磨料气射流发生部分、冷却部分、加工部分、磨料回收部分及其控制系统部分组成。首先对机床进行整体设计,保证其具有合理的布局和稳定的结构;其次针对机床的核心部件冷却器进行总体设计、理论计算与仿真分析,并开展测温实验验证设计的合理性,使用PLC控制器和液氮液位监测仪实现冷却器的自动控温;最后设计了四维移动平台,并通过人机交互界面对其进行编程控制。验证实验表明,该机床在低温下可实现对聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)材料的有效冲蚀去除,且加工效果明显好于常温下的加工效果,能够满足微流控芯片的多元化应用需求。
关键词
低温微磨料气射流加工
专用机床
冷却器
自动控温
聚二甲基硅氧烷
Keywords
cryogenic
micro
-
abrasive
air
jet
machining
special
machine
tool
cooler
automatic
temperature
control
polydimethylsiloxane
分类号
TH16 [机械工程—机械制造及自动化]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
液氮射流冲击冷却聚二甲基硅氧烷的温度场仿真和实验研究
刘旭
孙玉利
张桂冠
钱炳坤
高航
左敦稳
《中国机械工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
1
下载PDF
职称材料
2
低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究
钱炳坤
孙玉利
张桂冠
刘旭
高航
左敦稳
《南京航空航天大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2022
0
下载PDF
职称材料
3
低温微磨料气射流加工微流道专用机床
钱炳坤
孙玉利
张桂冠
刘旭
高航
左敦稳
《南京航空航天大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
0
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职称材料
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