[發明專利]一種基于數值優化的多孔金屬纖維燒結板模壓裝置

有效

• 申請號: 201710112578.X
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106938334B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 徐志佳;楊嵩;李靜蓉;王清輝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F3/03
• 分類號: B22F3/03
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種基于數值優化的多孔金屬纖維燒結板模壓裝置，模壓裝置依次由底板、可調夾板、配合夾板、頂部蓋板同軸疊加，并由分布在裝置四角的螺栓和螺母相緊固，所述可調夾板、配合夾板的中部設置有形成尺寸相同的矩形通孔，所述頂部蓋板中部凸出設置有與所述矩形通孔相匹配的矩形凸臺，還包括由至少兩部分拼接而成的平板狀拓撲擋塊，各部分拼接處為曲線，所述曲線形狀由根據模擬PMFSF作為甲醇重整制氫反應的催化劑載體時的反應性能得到的氫氣濃度分布云圖中的氫氣濃度分界線切割而成。本發明的模壓裝置能制造出結構分布合理的多孔金屬纖維燒結板，而且具備制備過程簡單、適用于工業推廣的特點，可用于能源、汽車、化工等諸多行業。

技術領域

本發明涉及一種模壓裝置，具體是涉及一種基于數值優化的多孔金屬纖維燒結板(PMFSF)模壓裝置。

背景技術

多孔金屬纖維燒結板(PMFSF)作為一種新型的多孔金屬材料，它具有三維網狀結構、高精度全連通的孔徑、極高的孔隙率、較低的壓力損失、優良的延展性等等優良的性質，適合作為催化劑的載體、過濾材料、隔音材料等，廣泛的應用于石油、化工、電子、汽車、機械等諸多行業。PMFSF相比于泡沫金屬、絲網材料等傳統多孔材料，具有高強度、使用壽命長、比表面積大等特點，尤其適用于高溫、高壓、高腐蝕性等惡劣環境。因此，PMFSF附加值高，具有優異的、獨特的性能，具有極大的市場潛力，有著廣泛的應用價值。

PMFSF的制備工藝過程主要包括以下五個步驟：纖維加工，纖維模壓，纖維燒結，冷卻，檢測成形。通過模壓操作，可以將分散的金屬纖維壓制成金屬氈狀物，因此，模壓裝置是制備PMFSF的關鍵裝置之一。但是當前的模壓裝置大多只能獲得單一孔隙率的PMFSF，該結構與其流場分布不相適應，不能充分滿足實際工業生產的要求。為此，華南理工大學申請的專利(申請號CN201410490831.1)公開了一種梯度孔隙結構的PMFSF制造方法，該方法提出了一種簡易擋塊配合金屬凹槽的模壓裝置，用孔隙率與金屬纖維質量的對應關系量取金屬纖維，然后利用簡易擋塊將金屬纖維均勻放置于模具凹槽中壓制，從而制備具有梯度結構的PMFSF，這種方法為PMFSF孔隙率及拓撲結構的優化提供了更大的靈活性。但該方法只能制造出梯度邊界呈直線的PMFSF，難以完全適應PMFSF中的流場分布情況，阻礙了其性能的進一步提升。

發明內容

數值模擬通過數值計算和圖像顯示的方法可分析出PMFSF內部的流場分布情況，若能根據這一分布情況確定PMFSF中不同孔隙率區域之間的界面，將能使PMFSF的拓撲結構更好地與其中的流場分布相匹配，促進其性能的進一步優化。為此，針對現有技術的不足，本發明提出了一種基于數值優化的PMFSF模壓裝置，依據數值仿真結果制備具有優化結構的PMFSF，從而提升了其在工業應用中的實用價值。

本發明采用的技術方案是：

一種基于數值優化的多孔金屬纖維燒結板模壓裝置，依次包括同軸疊加的底板、可調夾板、配合夾板、頂部蓋板，并由分布在裝置四角的螺栓和螺母緊固組成，所述可調夾板、配合夾板的中部設置有形成尺寸相同的矩形通孔，所述頂部蓋板中部凸出設置有與所述矩形通孔相匹配的矩形凸臺，所述可調夾板、頂部蓋板的下表面和底板的上表面構成了多孔金屬纖維燒結板的填充腔，還包括用于壓實金屬纖維的平板狀拓撲擋塊，所述拓撲擋塊整體為矩形，與所述矩形通孔相匹配，由至少兩部分拼接而成，各部分的拼接處為曲線，所述曲線形狀由根據模擬PMFSF作為甲醇重整制氫反應的催化劑載體時的反應性能得到的氫氣濃度分布云圖中的氫氣濃度分界線切割而成。

進一步地，所述曲線由根據模擬PMFSF作為甲醇重整制氫反應的催化劑載體時的反應性能得到的氫氣濃度分布云圖中的氫氣濃度分界線切割而成具體包括：

(1)按照實際尺寸利用SolidWorks建立制氫反應裝置的幾何模型；

(2)將幾何模型導入ICEM CFD軟件中進行網格劃分，獲取msh網格文件；