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高能超声制备碳纳米管增强AZ91D复合材料的声场模拟

赵福泽 朱绍珍 冯小辉 杨院生

高能超声制备碳纳米管增强AZ91D复合材料的声场模拟

赵福泽, 朱绍珍, 冯小辉, 杨院生
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  • 建立了高能超声制备碳纳米管增强AZ91D复合材料的声场计算模型, 并采用有限元方法计算了20 kHz超声直接作用下AZ91D熔体的声场分布, 熔体声场呈辐射状分布, 距离声源越远, 声压幅值越低. 采用超声作用下单一气泡变化模型描述超声作用下AZ91D 熔体中的空化效应, 通过对Rayleigh-Plesset方程的求解, 得到了不同声压作用下气泡的变化规律, 获得了声压幅值与熔体空化效应的关系, 声压幅值越大, 气泡溃灭半径阈值越小, 熔体发生空化效应越容易. 计算了固定坩埚尺寸、不同超声探头没入熔体深度情况下的声场, 得到了超声探头最优没入深度为30 mm左右. 将声场计算结果以及AZ91D熔体中空化效应的发生规律进行综合分析, 得到了超声功率对有效空化区域的影响规律, 超声功率较大时, 有效空化区域体积随超声功率近似成线性增大. 最后, 通过甘油水溶液超声处理实验, 验证了模拟计算的准确性.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51274184)资助的课题.
    [1]

    Demczyk B G, Wang Y M, Cumings J, Hetman M, Han W, Zettl A, Ritchie R O 2002 Mat. Sci. Eng. A: Struct. 334 173

    [2]

    Paramsothy M, Chan J, Kwok R, Gupta M 2011 Compos. Part. A: Appl. S. 42 180

    [3]

    Paramsothy M, Tan X H, Chan J, Kwok R, Gupta M 2013 Mater. Design 45 15

    [4]

    Carreño-Morelli E, Yang J, Coutrau E, Hernadi K, Seo J W, Bonjour C, Forró L, Schaller R 2004 Phys. Status Solidi A 201 R53

    [5]

    Shimizu Y, Miki S, Itoh I, Todoroki H, Hosono T, Sakaki K, Hayashi T, Kim Y A, Endo M, Morimoto S, Koide A 2008 Scripta Mater. 58 267

    [6]

    Lan J, Yang Y, Li X C 2004 Mat. Sci. Eng. A: Struct. 386 284

    [7]

    Liu S Y, Gao F P, Zhang Q Y, Zhu X, Li W Z 2010 Trans. Nonferr. Metal. Soc. 20 1222

    [8]

    Li C D, Wang X J, Liu W Q, Wu K, Shi H L, Ding C, Hu X S, Zheng M Y 2014 Mat. Sci. Eng. A: Struct. 597 264

    [9]

    Li C D, Wang X J, Liu W Q, Shi H L, Ding C, Hu X S, Zheng M Y, Wu K 2014 Mater. Design 58 204

    [10]

    Tudela I, Sáez V, Esclapez M D, Díez-García M I, Bonete P, González-García J 2014 Ultrason. Sonochem. 21 909

    [11]

    Saez V, Frcas-Ferrer A, Iniesta J, González-García J, Aldaz Z, Riera E 2005 Ultrason. Sonochem. 12 59

    [12]

    Klíma J, Frias-Ferrer A, González-García J, Ludvík J, Sáez V, Iniesta J 2007 Ultrason. Sonochem. 14 19

    [13]

    Shao Z W, Le Q C, Cui J Z, Zhang Z Q 2010 Trans. Nonferr. Metal. Soc. 20 s382

    [14]

    Shao Z W, Le Q C, Zhang Z Q, Cui J Z 2011 Trans. Nonferr. Metal. Soc. 21 2476

    [15]

    Wang C H, Cheng J C 2013 Chin. Phys. B 22 014304

    [16]

    Daemi M, Taeibi-Rahni M, Massah H 2015 Chin. Phys. B 24 024302

    [17]

    Blairs S 2006 J. Colloid. Interf. Sci. 302 312

    [18]

    Takamichi I D, Roderick I L G (translated by Xian A P, Wang L W) 2005 The Physical Properties of Liquid Metals (Beijing: Science Press) pp50-74 (in Chinese) [Takamichi I D, Roderick I L G著, 冼爱平, 王连文 译 2005 液态金属的物理性能(北京: 科学出版社)第50-74页]

    [19]

    Keene B J 1993 Int. Mater. Rev. 38 157

    [20]

    Lighthill J 2010 Waves in Fluids Reprint (Beijing: Beijing World Publishing Corporation) pp11-17

    [21]

    Rienstra S W, Hirschberg A 2014 An Introduction to Acoustics (Eindhoven: Eindhoven University of Technology) pp65-67

    [22]

    Babuška I, Ihlenburg F, Paik E T, Sauter S A 1995 Comput. Method Appl. M. 128 325

    [23]

    Ihlenburg F, Babuška I 1995 Comput. Math. Appl. 30 9

    [24]

    Noltingk B E, Neppiras E A

    [25]

    Hilgenfeldt S, Brenner M P, Grossmann S, Lohse Detlef 1998 J. Fluid Mech. 365 171

    [26]

    Du G H, Zhu Z M, Xi X F 2012 Fundamentals of acoustics (the third edition) (Nanjing: Nanjing University Press) pp223-230 (in Chinese) [杜功焕, 朱哲民, 袭秀芳 2012 声学基础 (第三版) (南京: 南京大学出版社)第223-230页]

    [27]

    Zhang H W, Li Y X 2007 Acta Phy. Sin. 56 4864 (in Chinese) [张华伟, 李言祥 2007 物理学报 56 4864]

    [28]

    Glycerine Producers' Association 1963 Physical Properties of Glycerine and Its Solutions (Glycerine: Glycerine Producers' Association) pp3-24

  • [1]

    Demczyk B G, Wang Y M, Cumings J, Hetman M, Han W, Zettl A, Ritchie R O 2002 Mat. Sci. Eng. A: Struct. 334 173

    [2]

    Paramsothy M, Chan J, Kwok R, Gupta M 2011 Compos. Part. A: Appl. S. 42 180

    [3]

    Paramsothy M, Tan X H, Chan J, Kwok R, Gupta M 2013 Mater. Design 45 15

    [4]

    Carreño-Morelli E, Yang J, Coutrau E, Hernadi K, Seo J W, Bonjour C, Forró L, Schaller R 2004 Phys. Status Solidi A 201 R53

    [5]

    Shimizu Y, Miki S, Itoh I, Todoroki H, Hosono T, Sakaki K, Hayashi T, Kim Y A, Endo M, Morimoto S, Koide A 2008 Scripta Mater. 58 267

    [6]

    Lan J, Yang Y, Li X C 2004 Mat. Sci. Eng. A: Struct. 386 284

    [7]

    Liu S Y, Gao F P, Zhang Q Y, Zhu X, Li W Z 2010 Trans. Nonferr. Metal. Soc. 20 1222

    [8]

    Li C D, Wang X J, Liu W Q, Wu K, Shi H L, Ding C, Hu X S, Zheng M Y 2014 Mat. Sci. Eng. A: Struct. 597 264

    [9]

    Li C D, Wang X J, Liu W Q, Shi H L, Ding C, Hu X S, Zheng M Y, Wu K 2014 Mater. Design 58 204

    [10]

    Tudela I, Sáez V, Esclapez M D, Díez-García M I, Bonete P, González-García J 2014 Ultrason. Sonochem. 21 909

    [11]

    Saez V, Frcas-Ferrer A, Iniesta J, González-García J, Aldaz Z, Riera E 2005 Ultrason. Sonochem. 12 59

    [12]

    Klíma J, Frias-Ferrer A, González-García J, Ludvík J, Sáez V, Iniesta J 2007 Ultrason. Sonochem. 14 19

    [13]

    Shao Z W, Le Q C, Cui J Z, Zhang Z Q 2010 Trans. Nonferr. Metal. Soc. 20 s382

    [14]

    Shao Z W, Le Q C, Zhang Z Q, Cui J Z 2011 Trans. Nonferr. Metal. Soc. 21 2476

    [15]

    Wang C H, Cheng J C 2013 Chin. Phys. B 22 014304

    [16]

    Daemi M, Taeibi-Rahni M, Massah H 2015 Chin. Phys. B 24 024302

    [17]

    Blairs S 2006 J. Colloid. Interf. Sci. 302 312

    [18]

    Takamichi I D, Roderick I L G (translated by Xian A P, Wang L W) 2005 The Physical Properties of Liquid Metals (Beijing: Science Press) pp50-74 (in Chinese) [Takamichi I D, Roderick I L G著, 冼爱平, 王连文 译 2005 液态金属的物理性能(北京: 科学出版社)第50-74页]

    [19]

    Keene B J 1993 Int. Mater. Rev. 38 157

    [20]

    Lighthill J 2010 Waves in Fluids Reprint (Beijing: Beijing World Publishing Corporation) pp11-17

    [21]

    Rienstra S W, Hirschberg A 2014 An Introduction to Acoustics (Eindhoven: Eindhoven University of Technology) pp65-67

    [22]

    Babuška I, Ihlenburg F, Paik E T, Sauter S A 1995 Comput. Method Appl. M. 128 325

    [23]

    Ihlenburg F, Babuška I 1995 Comput. Math. Appl. 30 9

    [24]

    Noltingk B E, Neppiras E A

    [25]

    Hilgenfeldt S, Brenner M P, Grossmann S, Lohse Detlef 1998 J. Fluid Mech. 365 171

    [26]

    Du G H, Zhu Z M, Xi X F 2012 Fundamentals of acoustics (the third edition) (Nanjing: Nanjing University Press) pp223-230 (in Chinese) [杜功焕, 朱哲民, 袭秀芳 2012 声学基础 (第三版) (南京: 南京大学出版社)第223-230页]

    [27]

    Zhang H W, Li Y X 2007 Acta Phy. Sin. 56 4864 (in Chinese) [张华伟, 李言祥 2007 物理学报 56 4864]

    [28]

    Glycerine Producers' Association 1963 Physical Properties of Glycerine and Its Solutions (Glycerine: Glycerine Producers' Association) pp3-24

  • [1] 吴文华, 翟薇, 胡海豹, 魏炳波. 液体材料超声处理过程中声场和流场的分布规律研究. 物理学报, 2017, 66(19): 194303. doi: 10.7498/aps.66.194303
    [2] 沈壮志, 吴胜举. 声场与电场作用下空化泡的动力学特性. 物理学报, 2012, 61(12): 124301. doi: 10.7498/aps.61.124301
    [3] 孙芳, 曾周末, 王晓媛, 靳世久, 詹湘琳. 界面条件下线型超声相控阵声场特性研究. 物理学报, 2011, 60(9): 094301. doi: 10.7498/aps.60.094301
    [4] 卢璐, 吉鸿飞, 郭各朴, 郭霞生, 屠娟, 邱媛媛, 章东. 超声增强藻酸钙凝胶支架材料孔隙率的研究. 物理学报, 2015, 64(2): 024301. doi: 10.7498/aps.64.024301
    [5] 王林申, 赵敬芳, 隋妍萍, 张德贤, 蔡宏琨, 陶科. 柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池界面处理的研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7921-7925. doi: 10.7498/aps.58.7921
    [6] 邬鹏举, 李玉德, 林晓燕, 刘安东, 孙天希. x射线在毛细导管中传输的模拟计算. 物理学报, 2005, 54(10): 4478-4482. doi: 10.7498/aps.54.4478
    [7] 汤立国, 许肖梅, 刘胜兴. 海底爆破辐射声场的理论及数值研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4251-4257. doi: 10.7498/aps.57.4251
    [8] 屈广宁, 凡凤仙, 张斯宏, 苏明旭. 驻波声场中单分散细颗粒的相互作用特性. 物理学报, 2020, 69(6): 064704. doi: 10.7498/aps.69.20191681
    [9] 刘仁红, 蔡希洁, 杨 琳, 张志祥, 毕纪军. “神光Ⅱ”装置激光输出波形的数值模拟. 物理学报, 2004, 53(12): 4189-4193. doi: 10.7498/aps.53.4189
    [10] 叶剑勇, 张淳民, 赵葆常, 李英才. 高层大气风场四强度测量法误差分析与计算. 物理学报, 2008, 57(1): 67-73. doi: 10.7498/aps.57.67
    [11] 刘长捷, 白晓明, 李春萍, 佘辉, 濮春英, 刘廷禹. 碘化铯晶体中电子型色心的电子结构研究. 物理学报, 2010, 59(1): 453-457. doi: 10.7498/aps.59.453
    [12] 宋文华, 胡涛, 郭圣明, 马力. 浅海内波影响下的波导不变量变化特性分析. 物理学报, 2014, 63(19): 194303. doi: 10.7498/aps.63.194303
    [13] 郭策, 祝锡晶, 王建青, 叶林征. 超声场下刚性界面附近溃灭空化气泡的速度分析. 物理学报, 2016, 65(4): 044304. doi: 10.7498/aps.65.044304
    [14] 卢义刚, 吴雄慧. 双泡超声空化计算分析. 物理学报, 2011, 60(4): 046202. doi: 10.7498/aps.60.046202
    [15] 沈壮志, 林书玉. 声场中水力空化泡的动力学特性. 物理学报, 2011, 60(8): 084302. doi: 10.7498/aps.60.084302
    [16] 冯康艺, 王成会. 超声场中空化泡对弹性粒子微流的影响. 物理学报, 2019, 68(24): 244301. doi: 10.7498/aps.68.20191253
    [17] 张鹏利, 林书玉. 声场作用下两空化泡相互作用的研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7797-7801. doi: 10.7498/aps.58.7797
    [18] 张鹏利, 林书玉, 朱华泽, 张涛. 声场中球形空化云中气泡的耦合谐振. 物理学报, 2019, 68(13): 134301. doi: 10.7498/aps.68.20190360
    [19] 丁亚军, 钱盛友, 胡继文, 邹孝. 超声相控阵在多层媒质中的声场模式优化. 物理学报, 2012, 61(14): 144301. doi: 10.7498/aps.61.144301
    [20] 林中衡;殷光裕. 激光核聚变模拟计算. 物理学报, 1979, 28(4): 455-469. doi: 10.7498/aps.28.455
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-30
  • 修回日期:  2015-01-27
  • 刊出日期:  2015-07-05

高能超声制备碳纳米管增强AZ91D复合材料的声场模拟

  • 1. 中国科学院金属研究所, 沈阳 110016;
  • 2. 东北大学材料与冶金学院, 沈阳 110819
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51274184)资助的课题.

摘要: 建立了高能超声制备碳纳米管增强AZ91D复合材料的声场计算模型, 并采用有限元方法计算了20 kHz超声直接作用下AZ91D熔体的声场分布, 熔体声场呈辐射状分布, 距离声源越远, 声压幅值越低. 采用超声作用下单一气泡变化模型描述超声作用下AZ91D 熔体中的空化效应, 通过对Rayleigh-Plesset方程的求解, 得到了不同声压作用下气泡的变化规律, 获得了声压幅值与熔体空化效应的关系, 声压幅值越大, 气泡溃灭半径阈值越小, 熔体发生空化效应越容易. 计算了固定坩埚尺寸、不同超声探头没入熔体深度情况下的声场, 得到了超声探头最优没入深度为30 mm左右. 将声场计算结果以及AZ91D熔体中空化效应的发生规律进行综合分析, 得到了超声功率对有效空化区域的影响规律, 超声功率较大时, 有效空化区域体积随超声功率近似成线性增大. 最后, 通过甘油水溶液超声处理实验, 验证了模拟计算的准确性.

English Abstract

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