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材料成型及控制工程论文范文参考 材料成型及控制工程毕业论文范文[精选]有关写作资料

主题:材料成型及控制工程 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2023-12-23

材料成型及控制工程论文范文

论文

目录

  1. 第一篇材料成型及控制工程论文范文参考:基于分形理论的柱塞式生物质环模成型模具磨损机理研究
  2. 第二篇材料成型及控制工程论文样文:生物质常温开模成型机及其快捷设计方法研究
  3. 第三篇材料成型及控制工程论文范文模板:基于层合速凝原理的陶瓷件快速制造设备及材料成型研究
  4. 第四篇材料成型及控制工程论文范例:热固性树脂基复合材料的固化变形数值模拟
  5. 第五篇材料成型及控制工程论文范文格式:一种热塑性聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂的研究

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第一篇材料成型及控制工程论文范文参考:基于分形理论的柱塞式生物质环模成型模具磨损机理研究

在生物质物料成型领域,尤其是环模成型机成型物料过程中,由于摩擦磨损而产生的高能耗、高成本,大大削弱了环模机的普及率,使环模市场接受能力一直不高.因此控制摩擦、减少磨损、改善节能性能以及合理发挥材料的潜能等的摩擦磨损研究在工程中具有重要意义.

本文所作的研究不仅为新型柱塞式生物质环模成型设备关键参数的选择提供理论依据,以《“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD30B0205)》为支撑,作为轻型可移动式环模生物质成型燃料制造关键技术研究的一部分,并对新型柱塞式生物质环模成型机的设计和制造提供重要理论与参考依据.

本文运用分形非线性理论为基础理论来研究生物质成型物料-环模凹模的摩擦磨损过程的动力学行为,揭示磨损过程中的行为规律,同时对环模凹模的磨损总量进行预测,研究内容主要如下:

(1)分析柱塞式生物质环模成型机的成型环模失效原因及形式,对其进行受力及失效分析,确定磨损是环模失效的主要原因.

(2)利用分形理论,结合环模凹模粗糙表面分形特性,导出环模凹模与物料接触面积的计算公式,采用分形方法中的W-M函数法表征环模凹模和成型物料粗糙表面曲线,利用MATLAB计算功能及Solidworks的建模功能,建立分形表面接触几何模型及环模凹模-成型物料表面接触有限元模型.

(3)基于分形理论及粗糙分形表面接触模型,建立考虑成型物料及环模凹模物理特性的环模凹模内壁磨损预测方程,预测验证程序的正确性的同时探讨环模凹模磨损预测模型的典型参数与平均磨损率的关系,同时分析不同种类的物料及环模材质条件下环模凹模总磨损量随磨损时间的变化规律,并实现环模凹模随磨损时间的总磨损量的预测,为柱塞式环模设计提供理论依据.

(4)对环模凹模磨损预测程度模型进行试验验证.通过两种类型的环模及不同规格凹模进行磨损试验测量,验证环模凹模磨损预测程度的正确性.

(5)对环模凹模的摩擦热与结构进行耦合分析,确定在不同时刻环模凹模温度场及应力场分布情况,分析在不同的成型物料及不同的环模材质条件下环模凹模由于摩擦生热而引起的温度场及应力场温度分布情况.

(6)利用凹模摩擦接触表面的分形数学模型对环模凹模摩擦过程中的最高温升进行预测并进行分析,确定环模凹模粗糙分形表面最大温升随摩擦因数、滑动速度、材料的机械和热性能参数、真实接触面积、名义接触面积以及表面轮廓分形参数等的函数变化规律.

本文对农业机械、饲料加工机械的设计、制造具有重要的意义,对于推广柱塞式环模成型机有重要意义,是具有广阔前景的研究课题.

第二篇材料成型及控制工程论文样文:生物质常温开模成型机及其快捷设计方法研究

本论文以生物质资源能源化利用为背景,研究了致密成型燃料的成型装备技术,同时以三维图形技术和参数化设计理论为依据对成型装备快捷设计方法进行研究.

本论文主要研究的内容如下:

1.依托“木本灌木资源产业化促进沙荒地植被恢复技术研究”(林业公益性行业专项),在“生物质成型燃料高压致密成型技术引进”(“948”引进项目)的研究成果基础上,研究开发一种常温开模液压活塞式生物质块状燃料成型试验机,并在此样机上进行多种生物质原料的压缩成型实验,验证该成型方式的可行性并通过实验确定部分生物质原料的最佳成型参数.根据试验结果对成型机进行完善,改进设计常温开模液压活塞式生物质块状燃料致密成型机.

2.在研究机械产品快速设计基本方法的基础上,首次建立基于SolidWorks平台的成型机快捷设计方法的框架结构.其设计思想是:对成型机进行功能模块划分,基于SolidWorks环境,构建利于变型设计的成型机基本参数化模型库,采用Visual Basic.Net编程系统对通用三维参数化建模软件SolidWorks进行二次开发,实现基于三维环境数据输入、三维模型和二维工程图输出自动化的成型机快捷设计.

3.应用SolidWorks三维软件进行参数化建模,在对成型机结构设计和运行过程分析的基础上进行模块划分,建立各模块之间的接口形式和约束关系,采用自顶向下和自底向上相结合的建模手段,并通过分析成型机性能和各零部件的主要参数,建立成型机的数字化模型.可通过对模型参数的修改,实现模型的快速变型.

4.通过应用Visual Basic.Net编制相应的控制程序,建立常温开模成型机快捷设计系统.通过实现与SolidWorks的无缝连接,本系统可以根据用户的需求快速生成其所需规格的产品.实际测试验证,通过系统人机交互界而输入所需产品规格、成型材料利类等客户需求信息,系统自动将其转化为主要设计参数,通过运算模块计算后,转化为尺寸参数并赋值给成型机设计主界面,驱动成型机各结构模块的在SolidWorks三维设计环境下自动参数化变形,从而带动与之全相关的总装配模型及工程图的改变.最终自动生成所需规格成型机的三维零件、装配模型及二维工程图,达到快速设计目的.

常温开模成型机的研制及快捷设计方法研究为促进生物成型及装备研发技术的进步起到了一定的推动作用,开辟了一条实用有效的途径.

第三篇材料成型及控制工程论文范文模板:基于层合速凝原理的陶瓷件快速制造设备及材料成型研究

陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、强度高、硬度大、抗氧化等优点,陶瓷材料的直接成型已经成为快速成型技术的研究热点和发展方向之一.由于陶瓷件的快速成型技术在国内外尚处于起步阶段,现有工艺及设备大都存在造价高、材料性能要求高、制件质量差等缺点,目前仍未有专门用于陶瓷件生产的快速成型设备.为解决以上难题,陕西科技大学提出了层合速凝成型陶瓷件的技术,本课题就是以该理论为基础,并结合陶瓷材料和石蜡的特性,设计出一种新的陶瓷件快速成型装置,该装置适用于以陶瓷为成型材料,石蜡为支撑及粘结材料的快速成型制造.将该装置与啄木鸟DX3017型雕刻机进行配合工作,加工出的产品理化性能优异,品种丰富,得到了国内行业专家、政府领导和消费者的一致好评.该设备的成功研制对陶瓷产品快速生产具有十分重要的应用价值.

该陶瓷件快速成型机的加工过程是建立在层合速凝成型的基础上,其加工步骤为:首先用Pro/E建立零件的三维实体模型,然后利用分层软件对该模型进行分层处理,从而把该三维实体切成一片片的二维截面轮廓,随后把这些信息传送到机床,指引成型运动.前期工作完成之后,分别在盛放陶瓷浆料以及石蜡浆料的料斗内加注材料,开启加热装置同时启动搅拌装置.然后在铺料台上铺一层石蜡,待石蜡凝固后,由计算机发出指令控制刻刀在石蜡板上刻出零件截面形状,并由吹风装置吹走石蜡碎屑,清空镂空部分,再铺一层陶瓷浆料,用刮板将多余的浆料刮走,镂空部分被陶瓷浆料填充.重复上述步骤,逐层叠加,形成实体.最后取出实体,进行排蜡、烧结,即可得到陶瓷件.

本课题主要取得了以下创造性成果:

1.以层合速凝技术为理论基础,结合陶瓷快速成型的工作原理,对陶瓷快速成型设备的机械部分进行了设计、计算和选取,最终确定了该设备的机械系统结构.

2.利用目前国内应用较广的大型三维软件Pro/E对所设计的机械系统部分进行了建模及装配,并通过该软件的三维仿真模块对其实际的运动规律进行了模拟,验证了该设计的合理性.并且利用了大型有限元分析软件ANSYS对铺料台在加工过程中的变形进行分析,根据分析的结果对铺料台结构进行优化,优化后的铺料台结构在满足运动规律的前提下工作精度大大提高.

3.设计完成了陶瓷件快速成型机",IPC+PMAC",的控制系统.在比较分析几种开放式数控系统的基础上,结合陶瓷件快速成型机的控制要求,提出",IPC+PMAC",的控制方案,配以交流伺服控制系统,搭建了陶瓷件快速成型机的控制系统.对系统电气驱动部件如主轴变频器、交流伺服驱动器、交流伺服电机等进行了计算选取,设计完成了硬件系统连接图.交流伺服系统的控制性能很大程度上影响了零件的加工精度,因此,本文建立了交流伺服控制系统的数学模型,在经典控制理论的基础上,运用Matlab/SIMULINK对进给交流伺服控制系统进行了PID仿真分析,得出了系统的响应曲线,并分析得出了系统的稳态误差.为了使系统得到更好的性能,利用PEWIN软件对系统进行了调试仿真.

4.搭建了陶瓷件快速成型机的数控系统软件部分,采用模块化的设计思路,对程序的上载和下载,系统的PMAC插补模块,PMAC的PLC,和数据采集分别作了分析.

5.结合现有的控制系统硬件,设计了另一种采用西门子S7-200PLC对陶瓷快速成型机的进行控制的控制方案,并成功地实现了该设备的运动控制要求.至此该陶瓷快速成型机的样机已经成功研制完成,从调试运行的实验结果分析可得,整个系统的管理和控制任务能比较顺利地完成,达到了预期的效果.

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6.利用快速成型设备按照层合速凝技术原理制备了95Al203陶瓷凸轮件及性能测试样品并进行了性能测试.SEM显微结构表明:断面颗粒较均匀,晶粒尺寸在4μm左右,晶粒呈短柱状.层间间隙已经消失,样品烧结为一体,且具有一定的增韧效果.一体成型的95氧化铝陶瓷样品SEM显微结构表明,晶粒分布较均匀,晶粒呈短柱状,晶粒尺寸为3μ m左右;通过相关性能测试,快速成型设备制备的样品性能与一体成型的95氧化铝陶瓷样品的性能基本一样,差别较小;因此快速成型制备陶瓷部件方法是可行的.

在对样机进行加工实验的过程中也发现了不少不足之处:样机运行过程中的安全性和稳定性有待提高;样机加工的效率有待优化;与雕刻机的配合功能有待完善,数据传输有待改进等等.

第四篇材料成型及控制工程论文范例:热固性树脂基复合材料的固化变形数值模拟

纤维增强树脂基复合材料具有比强度和比模量高、可设计性强、抗疲劳性和耐腐蚀性好以及便于整体成型等优点,已广泛用于航空航天、建筑、汽车、舰船、体育器材等领域.复合材料制品的性能很大程度上依赖于其制造工艺.树脂传递模塑(Resin Transfer Molding, RTM)因其具有的独特优势成为纤维增强树脂基复合材料的主要制备技术之一.针对国家中长期科技发展规划中确立的大飞机重大专项,开展纤维复合材料的树脂传递模塑制备技术研究,实现高性能、低缺陷、低成本目标,具有重大的现实意义.

RTM工艺的固化阶段是影响制品质量的关键环节之一.在固化过程中,由复合材料内部温度场和固化度场分布的不均匀性而引起的热应力以及固化收缩应力对复合材料的力学性能、形状以及尺寸稳定性有着较大的影响,可能导致复合材料层合板发生翘曲、基体开裂以及分层等现象.因此,复合材料的固化过程成为人们的研究重点之一

在固化过程中,复合材料的物理力学性能和内应力在时空间的分布具有非均匀、非稳态、强耦合的特点,需要揭示其演变规律,进而发展复合材料固化变形的调控机制.因此,本文以RTM工艺中热固性树脂的固化过程为研究对象,应用交联反应动力学理论、高分子交联反应统计理论、高聚物结构与性能理论、复合材料热-弹性理论、复合材料本构理论、数值传热学和有限元模拟方法等学科知识,开展树脂固化反应-交联结构-力学性能的集成研究.在此基础上分析复合材料的固化收缩应力和热应力的形成机制,数值模拟内应力的演变过程以及复合材料结构件的固化变形.然后分析各种工艺因素和结构因素对内应力和固化变形的影响方式和影响规律.引入局部灵敏度分析方法,定量分析复合材料制备过程中各种工艺因素和结构因素对固化变形的影响程度及规律.根据固化变形对其影响因素的局部灵敏度分析结果提出固化变形的调控方法.

主要工作与结论如下:

复合材料固化过程中形成的热应力主要是由复合材料的温度场控制的,而固化收缩应力主要是由复合材料的固化度场控制的.要掌握复合材料固化过程中产生的热应力和固化收缩应力,对复合材料温度场和固化度场的准确模拟是关键.本文根据热-化学模型和固化动力学模型的耦合计算,求解了复合材料的温度场和固化度场,分析了影响温度场和固化度场的影响因素,如固化工艺温度、对流换热系数、热传导系数、升温速率、材料厚度和纤维体积分数等.

在模拟温度场和固化度场的过程中,通过分析温度-时间-固化度之间的关系,发现在等固化条件下固化温度和固化时间的对数之间存在近似的线性关系.通过数据拟合,提出了一种简化固化动力学模型的新方法.在此基础上得到了时间-温度-固化度三者之间较为简单的关系式,简化了原先较为复杂的固化动力学方程.简化后的方程能够方便地用于工程实际,避免了繁琐的求解.

时间-温度-转变(Time-Temperature-Transformation, TTT)图是分析和设计固化过程的有用工具,具有重要的研究价值.大多数的TTT图都是通过分析大量的实验数据得出的,既费时又费力,而且还存在较大的系统误差.本文以一种具体的树脂体系为研究对象,通过数值模拟的方法预测得到了TTT图,大大节省了时间和成本.

复合材料的使用性能取决于其物理性能和力学性能,而材料结构是实现所需物理性能和力学性能的基础.从理论上来说,总可以找到某种材料结构来满足材料的某些性能需求.从应用的角度看,必须知道用于形成某种材料结构的加工工艺条件.同时,必须建立材料结构与材料性能之间的定量关系,从而既能够根据材料结构来定量地预测材料性能,又能够根据对材料性能的具体要求来确定材料结构.因此,进行材料的加工工艺—微观结构—宏观力学性能的集成研究,分析在具体的加工工艺条件下树脂结构、力学性能的演变过程,对于材料的开发、加工工艺的优化等方面都具有重要意义.本文结合高分子交联统计理论、树脂固化动力学、数值传热学等理论知识,建立了树脂固化过程的温度场、化学反应程度场和交联结构场的基本方程,分析了在固化反应过程中温度、固化反应程度、交联结构和力学性能等物理量的基本变化规律,实现了固化工艺-交联结构-力学性能之间诸多场量的集成研究.

分析了固化过程中复合材料的热物理性能变化,给出在固化过程中复合材料的模量、密度、热膨胀系数、比热、热传导系数等参数的计算方法及变化规律;然后结合一个具体的算例对比分析了在不同的固化工艺温度下,树脂及复合材料的弹性模量和剪切模量、收缩应变等物理量随时间的变化规律,并分析了在固化过程中复合材料内应力的形成及发展过程.

分析了影响复合材料结构件固化变形的工艺因素及结构因素,这些因素包括固化工艺温度、降温速率、对流换热系数、纤维体积分数、铺层方式、固化反应放热、固化收缩、层间纯树脂和树脂的粘弹效应等.任何一种树脂材料都或多或少具有粘弹效应,只是程度不同而已.在我们的研究中,由于计算机资源的限制和出于对计算时间的考虑,我们大多采用了线弹性模型.而在分析树脂的粘弹效应对固化变形的影响时,我们设计了几组对比算例,对比分析了线弹性模型和粘弹性模型的差异.研究发现,在复合材料纤维体积分数比较高、树脂固化收缩率比较低的情况下,采用线弹性和粘弹性两种模型计算的固化变形量差别不大,因为这时树脂的粘弹效应不显著.

在分析了各种工艺因素及结构因素对固化残余应力和固化变形的影响规律之后,为了研究工艺及结构参数对复合材料固化变形的影响程度,引入了局部灵敏度分析方法,量化了这些因素对固化变形的影响程度.结果表明:纤维体积分数、固化收缩率、铺层方式和固化工艺温度都对复合材料固化变形有着显著的影响.在采用局部灵敏度分析方法研究了各因素对固化变形的影响程度之后,根据局部灵敏度分析结果,着重针对对固化变形影响程度比较大的因素提出了调控固化变形的方法.

第五篇材料成型及控制工程论文范文格式:一种热塑性聚酰亚胺改性聚醚醚酮树脂的研究

20世纪50年代,为满足航空航天工业对耐热、高比强度、高比模量、轻质的结构材料的迫切需求,一类主链以芳环和杂环为主要结构单元的聚合物——特种工程塑料应运而生.这类材料除具有普通工程塑料所具有的优异机械性能外,其长期使用温度在150℃以上.当时发表的芳杂环聚合物有数十种之多,主要包括聚芳醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳醚酮(PAEK)、聚酰亚胺(PI)、聚苯并咪唑(PBI)、液晶聚合物(LCP)等.特种工程塑料的使用量虽然无法与通用塑料相比,但由于其具有优异的使用性能,在航空航天、汽车、电子、核能等领域具有不可替代的地位,产品附加值高,越来越受到关注.

聚醚醚酮(PEEK)作为聚芳醚酮(PAEK)的一种,是特种工程塑料家族中的重要一员,广泛的应用于电子器件、机械仪表、交通运输和航空航天领域.同时,聚醚醚酮是一种半结晶性的高分子材料,根据其加工条件参数的改变,其结晶度可以控制在0-48%的范围内.高分子材料的聚集态结构强烈的影响其使用性能,因此,通过调整加工成型条件,可以控制聚醚醚酮的聚集态结构特征,从而得到预期性能的材料制品.

聚醚醚酮的玻璃化转变温度较低,这一点限制了它的使用温度.即使是结晶度很高的聚醚醚酮树脂,其在200℃以上也会发生严重的软化,限制了这类树脂材料在较高温度段的使用性能,因此通过材料改性的方法来提升聚醚醚酮树脂的使用温度,改善其高温段使用性能是很有必要的.

聚酰亚胺(PI)由于主链中高含量的芳杂环具有优异的热稳定性和很高的使用温度,在尖端国防工业和一些民用工业中得到了广泛的应用.其中热塑性聚酰亚胺(TPI)除了具有与一般聚酰亚胺材料相似的耐温等级和电气性能以外,还同时具有良好的热加工性能,主要体现为可热压、热挤出和注塑成型,因而可大大减少设备的复杂性.因此,同时具有更高耐温等级和良好热可塑性的热塑性聚酰亚胺树脂可以作为PEEK的改性剂,将二者进行熔融共混加工成型以得到耐热性优于PEEK的改性树脂,从而提升PEEK的高温使用性能.


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本文首先研究了PEEK的综合性能,尤其是高温段的使用性能.利用动态机械分析、热机械分析、X-射线衍射和机械性能测试表征了经过不同加工条件制得的PEEK树脂的性能.研究结果表明,随着加工条件的不同,聚醚醚酮分子链在材料内部的聚集态也随之受到影响:经过热压后淬火处理的PEEK薄膜呈无定形态;将无定形态的薄膜在较高温度(如220℃)热处理可以得到具有一定结晶度的材料;热压后缓慢降温(退火)处理的薄膜具有最高的结晶度.而PEEK结晶度的不同显著的影响材料的性能:室温下的机械性能测试结果表明结晶度高的样品具有较高的拉伸模量和最大拉伸强度,这是由于结晶区的力学性能比处于无定态的分子链的力学性能更优异;高温段的机械性能测试证明该聚合物的力学性能随着温度的升高而变差:拉伸模量和最大拉伸强度降低,断裂伸长率提高.值得注意的是,即使是拥有最高结晶度的经过退火处理的PEEK薄膜样品,其在150℃以前的拉伸模量仍保持在很高的水平(2GPa),但是在200℃下的迅速下跌至300MPa,说明该类材料的机械性能在较高的温度段已经严重的损坏,使用性能已经不能得到保证.另外,热机械分析测试结果显示PEEK的热历史显著的影响其尺寸稳定性,尤其是在较高温度段的差别特别明显,退火样品的CTE为144ppm/K,经过冷结晶处理的材料其CTE为336ppm/K,但是总的来讲,PEEK的高温段CTE很大,限制了这类材料的高温使用性能.总之,对PEEK综合性能的评价证明了这类材料的高温段使用性能较差,需要对其进行改性以便于高温段的使用.

为了对PEEK进行改性,我们按照分子设计的原则使用一种含有砜基的二胺单体4,4',–二(3-氨基苯氧基)二苯砜(m-BAPS),合成了一种主链中含有砜基、醚键和间位*等柔性基团的热塑性聚酰亚胺,并对这类聚酰亚胺进行了表征.机械性能和热性能的测试结果证明该类热塑性聚酰亚胺具有良好的耐热性和力学性能,其玻璃化转变温度随着分子量的变化处在255℃-264℃之间.动态机械热分析(DMA)的结果表明这类聚酰亚胺材料经历玻璃化转变时的分子链链段的活动性很高,玻璃化转变之后储能模量迅速跌落3个数量级以上,说明其具有很好的热可塑性.对这类聚酰亚胺的模塑粉进行熔体粘度测试,结果表明该类模塑粉具有很低的熔体粘度,分子量为15k的样品,最低点的粘度只有240Pa.s,分子量为30k和45k的样品的最低粘度分别为1200Pa.s和2300Pa.s,可以满足熔融加工成型的需要,为其作为PEEK的改性剂而进行与PEEK的熔融共混成型奠定了基础.

将所制的TPI与PEEK预混均匀后,使用转矩流变仪对其进行共混和挤出成型并对改性后的树脂进行表征.TGA测试说明改性后的树脂具有良好的热稳定性,DSC测试曲线呈现两个玻璃化转变和一个熔融吸热峰,并且转变与吸热峰的强度随着树脂成份的变化而有规律的变化,同时说明PEEK和TPI组成了不相容体系.对改性后的树脂进行聚集态研究,结果表明该系列材料内部的PEEK分子链仍然会形成结晶,其结晶度随着TPI的引入而降低.DMA测试结果进一步说明两种聚合物树脂为不相容体系,同时,在高温度段的机械性能和动态储能模量随着改性剂含量的增加而提高,说明树脂的高温力学性能得到了改善,另外,通过TMA测试树脂的尺寸稳定性,结果说明树脂在高温段的CTE显著降低,尺寸稳定性得到增强,使得材料的高温使用性能得到了提升.

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