高速过流曲面构件仿生抗冲蚀设计制造关键技术

冲压成型工艺及模具设计课程教案/讲稿教师姓名：李奇涵学院（部、中心）：机电工程学院教研室∕实验室：模具教研室2004 年8 月第一章绪论第一节模具在工业生产中的地位模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。

采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。

已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。

现代经济的基础工业。

现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。

1989年3月国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位(仅次于大型发电设备及相应的输变电设备)，确立模具工业在国民经济中的重要地位。

1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入了《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。

经国务院批准，从1997年到2000年，对80多家国有专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。

所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。

目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。

据统计，在家电、玩具等轻工行业，近90％的零件是综筷具生产的；在飞机、汽车、农机和无线电行业，这个比例也超过60％。

例如飞机制造业，某型战斗机模具使用量超过三万套，其中主机八千套、发动机二千套、辅机二万套。

从产值看，80年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并又有继续增长的趋势。

据国际生产技术协会预测，到2000年，产品尽件粗加工的75%、精加工的50％将由模具完成；金属、塑料、陶瓷、橡胶、建材等工业制品大部分将由模具完成，50％以上的金属板材、80％以上的塑料都特通过模具转化成制品。

第51卷第5期2015年3月机械工程学报JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGVol.51 No.5Mar. 2015DOI：10.3901/JME.2015.05.178复杂曲面零件超精密加工方法的研究进展*李敏1袁巨龙1, 2吴喆1吕冰海2孙磊2赵萍2(1. 湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心长沙410082；2. 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310014)摘要：超精密加工技术是降低工件表面粗糙度、去除损伤层，获得高形状精度、表面精度和表面完整性的终加工手段。

复杂曲面零件的广泛应用和精度要求的不断提高，取决于复杂曲面零件的超精密加工技术。

概述了复杂曲面零件的超精密成形加工、超精密抛光等加工方法，分析各种典型加工方法和材料去除机理，从加工精度、工具与曲面吻合度、加工效率与成本、环境友好性等方面对几种复杂曲面超精密加工方法进行比较。

对复杂曲面零件超精密加工技术的发展趋势进行预测。

关键词：复杂曲面；超精密成形加工；超精密抛光；高效加工；环境友好性中图分类号：TG580Progress in Ultra-precision Machining Methods of Complex Curved PartsLI Min1YUAN Julong1, 2WU Zhe1LÜ Binghai2SUN Lei2ZHAO Ping2(1. National Engineering Research Center for High Efficiency Grinding, Hunan University, Changsha 410082;2. Key Laboratory of Special Purpose Equipment and Advanced Processing Technology of Ministry of Education,Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014)Abstract：Ultra-precision machining, as the finishing process, is widely used in the production of components of the highest quality in terms of form accuracy, surface accuracy and integrity. Development and implementation of complex surface depend on ultra-precision machining methods of complex curved parts. Ultra-precision cutting, grinding, polishing, non-traditional machining and compound machining method are reviewed and compared in terms of finishing accuracy, inosculation between tool and curved surface, efficiency and cost, and environmental friendliness. The probable further trend of ultra-precision machining technology of complex curved surface is forecasted. It is pointed out that complex curved surface machining with high efficiency, high precision, low cost, and sustainability are the trend in ultra-precision machining in the future.Key words：complex curved parts；ultra-precision forming；ultra-precision polishing；high machining efficiency；environmental conscious machining0 前言超精密加工担负着支持最新科学技术进步的重要使命，并且国防战略发展的需要和超精密产品高利润市场的吸引，促进了超精密加工新技术的迅速发展。

2011国家科学技术进步奖二等奖
2011年国家科学技术进步奖二等奖是**“大跨径桥梁钢桥面铺装成套关键技术及工程应用”**项目。

这个项目历时十余年的系统研究和工程实践，形成了“材料-结构-设计-施工”成套关键技术，解决了我国大跨径桥梁建设的重大课题。

该项目创新性地发明了新型桥面铺装材料，首次实现用普通沥青制备高中低性能多组分环氧沥青；发明了薄层铺装结构，大幅提高了铺装的协调变形和抗疲劳能力；建立了钢桥面铺装设计理论与方法，确定了桥面铺装荷载图式、临界荷位，建立了疲劳、拉拔和协调变形设计指标体系；系统制定了铺装施工工艺、施工组织与质量控制标准，攻克了环氧铺装容留时间、施工温度、现场气温等难题。

高速公路路基防护措施施工技术与养护方案随着交通网络的不断发展和人们对出行的需求增加，高速公路的建设规模不断扩大。

然而，由于地质条件和环境因素的差异，高速公路的路基随时面临着各种风险和损坏的可能。

因此，进行有效的路基防护措施施工技术和养护方案的制定至关重要，以确保高速公路的安全和可持续发展。

一、路基防护措施施工技术1. 路基处理路基处理是确保路基稳定性和抗滑性的关键步骤。

在高速公路建设的初期，需要对路基进行细致的勘测和分析，确定地质条件以及可能出现的问题。

针对不同的地质特征和问题，采取相应的路基处理措施，包括地下水排除、土壤改良等。

土壤的改良可以采用加固剂、灌浆等方法，以提高路基的抗滑性和抗冲刷能力。

2. 填方与压实填方与压实是路基施工过程中的重要环节。

通过合理的填方设计和细致的施工执行，确保路基的稳定性和均匀性。

填方过程中要控制填料的湿度和均匀性，避免填方过程中出现地基沉降和差异压实现象。

压实过程中要严格按照设计要求进行，使用适宜的压实设备和工艺，保证填方土的密实度和稳定性。

3. 边坡防护边坡稳定是路基施工中的关键问题之一。

高速公路的边坡往往受到降雨、水流冲刷和重力等因素的影响，容易发生坍塌和滑坡。

因此，在边坡设计和施工中需要采取相应的防护措施。

常见的边坡防护措施包括加装护坡网、喷播草皮、植物绿化等。

护坡网可以增加边坡的抗滑能力，喷播草皮可以增加土壤的保水性和抗冲蚀能力，植物绿化可以增加边坡的稳定性和美观度。

二、路基防护措施养护方案1. 定期巡视与检测定期巡视与检测是高速公路路基养护的基本工作。

通过巡视和检测，及时发现路基的损坏和问题，采取相应的修复措施，以防止进一步的恶化和扩大。

巡视和检测的内容包括边坡稳定性、路基沉降、排水情况等。

采用专业的检测设备和方法，提高巡视和检测的准确性和可靠性。

2. 防治措施与修复针对路基的具体问题和损坏情况，采取相应的防治措施与修复措施。

比如，对于出现裂缝和沉降的路基，可以采取填补和加固的方法进行修复。

浅析TBS植被防护技术在高速公路高边坡防护中的应用随着高速公路的不断建设和发展，高边坡的防护成为了一项重要的技术挑战。

为了解决高速公路高边坡的防护问题，TBS植被防护技术应运而生。

本文将对TBS植被防护技术在高速公路高边坡防护中的应用进行浅析。

一、TBS植被防护技术概述TBS植被防护技术是一种利用植被进行坡面防护的技术，通过选择合适的植物种类和周密的植被覆盖设计，来提高坡面的抗冲蚀性和稳定性，从而达到防护的目的。

该技术注重植被根系的生长和坡面的保护，使植被和土壤成为一个整体，从而形成一种有效的防护结构。

TBS植被防护技术在坡面防护中具有显著的优势，包括防蚀抗冲性强、环保节能、外观美观、维护成本低等特点，因此在高速公路高边坡的防护中具有广阔的应用前景。

二、TBS植被防护技术在高速公路高边坡防护中的应用1. 技术选择在高速公路高边坡的防护中，选择合适的植被种类是十分重要的。

通常情况下，应选择适宜当地气候环境的植被种类，如能够适应高温干燥或多雨湿润气候的植被。

还需考虑植被的生长速度和抗风压能力，确保植被能够在高速公路高边坡的恶劣环境下生长并发挥防护作用。

2. 植被覆盖设计高速公路高边坡的植被覆盖设计是TBS植被防护技术的关键环节。

针对不同的地形特点和坡面情况，应进行合理的植被覆盖设计，包括植被配置、植被密度和种植方式等。

通过科学合理的植被覆盖设计，可以最大程度地提高植被的防护效果，保障高速公路高边坡的安全稳定。

3. 施工工艺TBS植被防护技术的施工工艺对于高速公路高边坡的防护效果至关重要。

在施工过程中，应严格按照植被覆盖设计要求进行施工，确保植被能够生长茁壮，形成坚实的植被防护层。

还应合理选择施工材料和手段，提高施工效率，降低施工成本，确保施工质量。

三、TBS植被防护技术在高速公路高边坡防护中的优势1. 抗蚀性强TBS植被防护技术能够通过植被根系和植被覆盖结构有效地减缓坡面水流和降雨对土壤的冲蚀作用，提高坡面的抗蚀性能，避免坡面的破坏和塌方。

气固两相流90°弯管抗冲蚀结构优化黄坤; 邓平; 李岳鹏; 廖柠; 赫文博【期刊名称】《《中国安全生产科学技术》》【年(卷),期】2019(015)008【总页数】7页(P94-100)【关键词】气固两相流; 三段式弯管; 冲蚀磨损; 数值模拟; 结构优化【作者】黄坤; 邓平; 李岳鹏; 廖柠; 赫文博【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院四川成都610500; 舟山市港航和口岸管理局浙江舟山316000; 重庆华润凯源燃气有限公司重庆400000; 浙江浙能温州液化天然气有限公司浙江温州325000【正文语种】中文【中图分类】X937; TE8320 引言由于过滤分离设备的能力有限，天然气在管道输送过程中会携带有少量固体颗粒[1]，这些颗粒一部分来源于气田,另一部分则是由已有固体颗粒与管壁碰撞产生，微粒进入到管道内，与管输天然气一起形成气固两相流。

考虑到颗粒的运动具有不规则性，颗粒必定会不断冲击管壁，造成管道的冲蚀磨损[2]，尤其是弯管的磨损程度要比直管段严重得多[3-6]，长时间的冲蚀磨损可能会导致管道的泄漏事故[7]。

因此，如何降低弯管的冲蚀磨损程度，提高弯管的耐磨性能，保证天然气输送管道弯管的安全运行是一个十分重要的工程课题。

近年来，国内外学者针对如何提高管道壁面的耐磨性能进行了大量研究。

Song等[8]研究了在直管内壁上添加肋条后管壁的磨损程度；Fan等[9]在直角弯管弯曲段外侧壁上添加了具有一定截面几何形状的肋条，并运用数值模拟技术计算了弯管壁面的冲蚀磨损速率；Pouraria等[10]针对海底管道，采用数值模拟的方法研究了T 型管和标准弯头的冲蚀磨损程度；戚胜等[11]提出了一种弯头的替代结构，并对这种新型装置的流场特性和冲蚀磨损规律进行了数值模拟分析；王宇等[12]运用数值模拟技术研究了两种不同组合弯头内的气-固两相流动特征和管壁磨损特性，并根据数值模拟结果对组合弯头的结构进行了优化；Carlos 等[13]通过研究发现在弯头处添加涡流腔可有效缓解弯头的冲蚀磨损；季楚凌等[14]根据仿生学原理，对弯管内壁面进行了改进，并运用数值模拟技术研究了改进后弯管的冲蚀磨损情况。

表面技术第52卷第5期具有仿生内表面结构的弯管抗冲蚀特性数值分析郭姿含1,2，张军1,2，黄金满3，李晖1,2（1.集美大学 海洋装备与机械工程学院，福建 厦门 361021；2.福建省能源清洁利用与开发重点实验室，福建 厦门361021；3.厦门安麦信自动化科技有限公司，福建 厦门 361021）摘要：目的管道冲蚀是气固两相流动中不可忽视的重要问题，直接影响管路系统的安全运行及管道的使用寿命。

针对这一问题，从仿生学角度，参照沙漠红柳、沙漠蝎子等的体表形态，设计三角形槽、矩形槽、等腰梯形槽3种抗冲蚀特性的弯管仿生表面结构。

方法运用CFD–DPM方法，采用Finnie冲蚀模型，考虑颗粒与流体的双向耦合作用，对所设计的具有仿生表面结构的弯管抗冲蚀特性进行模拟，并考虑不同流速、颗粒质量流量对冲蚀的影响。

在数值模拟基础上，采用正交试验法分析三角形槽仿生结构的3个主要参数对抗冲蚀特性的影响。

结果数值模拟结果表明，具有仿生表面结构的弯管冲蚀主要出现在弯头35°~60°区域槽的底部。

3种槽表面仿生结构均可提高弯管的耐磨性，三角形槽的抗冲蚀特性最佳，提高了约38.33%，矩形槽次之，提高了约28%，等腰梯形槽最差，仅提高了约8.33%，且3种仿生表面结构的抗冲蚀性能优劣次序不随流速和颗粒质量流量的变化而变化；正交试验结果表明，在三角形槽中影响冲蚀的因素依次为槽间距、槽宽、槽深，最佳组合结构的抗冲蚀性能相较于普通弯管提升了约41.5%。

结论槽形仿生表面结构减小了颗粒与壁面的碰撞，降低了碰撞速度，从而减小了冲蚀。

抗冲蚀性能最优的表面仿生结构为三角形槽，矩形槽次之，等腰梯形槽最差。

在三角形槽中影响冲蚀的因素依次为槽间距、槽宽、槽深。

该研究可对弯管的抗冲蚀特性设计提供新的思路。

关键词：弯管；CFD–DPM；冲蚀；气固两相流；仿生表面；数值模拟；三角形槽中图分类号：TH117 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)05-0090-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.05.009Numerical Analysis of Erosion Resistance of Elbow withBionic Inner Surface StructureGUO Zi-han1,2, ZHANG Jun1,2, HUANG Jin-man3, LI Hui1,2(1. School of Marine Equipment and Mechanical Engineering, Jimei University, Fujian Xiamen 361021, China;2. Fujian Provincial Key Laboratory of Energy Cleaning Utilization and Development, Fujian Xiamen 361021, China;3. Xiamen Anmaixin Automation Technology Co., Ltd., Fujian Xiamen 361021, China)ABSTRACT: Pipeline erosion is an important problem that cannot be ignored in gas-solid two-phase flow. Erosion damages not收稿日期：2022–04–16；修订日期：2022–08–16Received：2022-04-16；Revised：2022-08-16基金项目：福建省自然科学基金（2022J01334，2020J01694）Fund：Natural Science Foundation of Fujian Province (2022J01334, 2020J01694)作者简介：郭姿含（1997—），女，硕士生，主要研究方向为多相流数值模拟。

弯管仿生耐磨方法数值模拟季楚凌;李长俊;马树锋;陈磊【摘要】仿照沙漠蝎子、蜥蜴等体表的耐磨形态,建立仿生形态表面加厚弯管物理模型,并将计算流体动力学理论与冲蚀磨损理论相结合,运用Fluent软件对光滑内壁及横槽、纵槽和凹坑3种仿生内壁弯管的冲蚀磨损情况进行模拟研究,并进一步分析颗粒运动参数来解释仿生内壁的减磨机理.研究结果表明:在相同条件下,采用仿生表面可以显著提高弯管的耐磨性,且不同表面形态加厚弯管的耐磨性能由大到小依次为横槽形、纵槽形、凹坑形、光滑形;在颗粒运动参数方面,使用仿生表面可以减弱颗粒的冲击动能,并改变颗粒与壁面间的冲蚀磨损角,从而达到减磨的效果,而横槽形内壁弯管的耐磨性最好.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)010【总页数】8页(P3582-3589)【关键词】弯管;气固两相流;冲蚀磨损;仿生表面;耐磨性;Fluent软件【作者】季楚凌;李长俊;马树锋;陈磊【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都,610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都,610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都,610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TE832由于在天然气开采及其他环节中会产生一定的杂质，在管输过程中，天然气常含有一定数量的固体颗粒，这些固体颗粒与管输气体一起形成气固两相流动体系。

当气流流经弯管等管道局部件时，这些固体颗粒会与气流分离并冲击内壁，对壁面产生严重的冲蚀磨损，从而影响正常的生产并有可能造成输气管道泄漏。

因此，对弯管等管道局部件在气固两相流动体系下耐磨方法的研究很有必要。

目前已有多种方法可用于改善气固流下管道部件的耐磨性能，SONG等[1]通过研究证明在直管段内壁处布置一定数量肋条可有效地减小壁面的磨损速率。

FAN等[2]在直角弯管内外侧壁上按一定间距布置了具有一定截面几何形状的肋条，并运用数值模拟的方法对该项技术进行了研究，计算结果表明此方法可在一定程度上提高弯管的耐磨性。