[发明专利]一种机械镀锌工艺过程的耦合仿真建模方法

说明书

本发明公开了一种机械镀锌工艺过程的耦合仿真建模方法，属于材料腐蚀与防护领域。先在UG软件中构建三维镀筒模型，并使用前处理模块进行网格划分，将网格文件MSH分别导入到EDEM软件与Fluent软件中，在EDEM中设置颗粒的本征参数及接触参数，颗粒的接触模型和颗粒的生成工厂，在Fluent软件中设置流体材料、物理模型及边界条件，然后EDEM与Fluent耦合迭代直至收敛。本发明为EDEM软件与Fluent软件双向耦合的过程，仿真中可以同时考虑固体颗粒相与流体相的相互作用，不仅能在Fluent软件的后处理中看到颗粒相对流体相带动与冲击作用，也能在EDEM软件的后处理中看到加入液相水之后固体颗粒相之间碰撞次数、频率、接触力发生的变化情况。

技术领域

本发明公开一种机械镀锌工艺过程的耦合仿真建模方法，属于材料腐蚀与防护领域。

背景技术

机械镀技术在国内外的应用范围越来越广，人们对机械镀层质量提出了更高的要求。但机械镀镀层形成过程的影响因素众多，其中镀筒的截面形状、镀筒转速、冲击介质粒径等外部条件对镀层的形成以及镀层的致密性、外观质量等起着关键性的作用。而当前所用机械镀设备存在许多局限性，不能够对机械镀镀层形成的过程进行一个可视化的研究，只能够在镀层成型后通过观察表面质量，测量镀层结合强度和孔隙率以及借助于扫描电镜表征镀层的表面和截面形貌等方法来判断所形成镀层质量的优劣；因此，选择数值模拟的手段来仿真机械镀工艺的过程成为本技术领域的迫切需要。

近些年国内外学者开始采用数值模拟软件去解决工程问题，离散元仿真软件EDEM与计算流体动力学软件Fluent也不例外，当处理离散相或多相流工程问题时，可以使用EDEM软件或EDEM与Fluent耦合去建模、求解、分析。目前，对机械镀技术的数值模拟研究已有报道，但大多是采用EDEM软件去模拟镀筒的不同截面形状、镀筒的不同转速对物料运动的影响，以及采用EDEM软件模拟冲击介质速率对镀层形成的影响等；而采用EDEM-Fluent耦合仿真研究机械镀镀筒内物料的运动过程还未见研究，并且EDEM-Fluent耦合仿真中Fluent软件可以起一个提供液相水的作用，与实际机械镀工艺过程液态混合物料的情况相一致，基于此，本发明提出了一种机械镀锌工艺过程的耦合仿真建模方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种机械镀锌工艺过程的耦合仿真建模方法，对机械镀锌层形成过程镀筒(冲击介质与基体)内物料的运动进行了仿真，模拟固体颗粒相与流体相的相互作用力，通过分析后处理数据中碰撞次数、碰撞频率、碰撞接触力以及速度云图、速度矢量图等后处理结果的变化，从而达到优化工艺参数，改进镀筒结构，提高所镀工件镀层质量的目的；相较传统实验研究方法，该方法具有研发成本更低、局限性更小、设计效率更高、可研究液-固多相复杂问题的优势。

一种机械镀锌工艺过程的耦合仿真建模方法，包括以下步骤：

(1)构建机械镀镀筒的三维模型：

利用软件对机械镀镀筒模型进行三维建模，根据镀筒的实际工作环境，设计镀筒截面形状及尺寸、镀筒的纵向深度、进出水口的形状及尺寸，生成所需的模型文件，将生成的模型文件导入到有限元软件中，对模型文件进行网格划分并生成对应的网格文件，将生成的网格文件导入到流体力学Fluent软件中，并在Fluent软件中对流体域的参数进行设置，设置的参数包括流体材料、物理模型、边界条件。

(2)构建EDEM仿真模型：

将上述生成的网格文件导入到EDEM软件中，设置物料的本征参数及接触参数，创建物料的生成工厂。

(3)设定EDEM-Fluent耦合方法：

选择EDEM-Fluent适合的耦合方式，设置样本点SamplePoints、动量亚松弛因子MTMUnder-Relaxation、体积亚松弛因子VolumeUnder-Relaxation、热源亚松弛因子HeatSourceUnder-Relaxation的值，在EDEM与Fluent软件中设置时间步长，然后开始迭代计算直至计算收敛。