林业科学

作者：杨春梅1,宁礼佳1,刘清伟1,缪骞2,马岩1,刘九庆1,*

单位：1. 东北林业大学机电工程学院 哈尔滨 1500402. 哈尔滨工业大学航天学院 哈尔滨 150001

关键词：分层实体制造(LOM),温度场,实时模拟,控制方程

基金：广东省重大专项研发计划项目(2020B020216001);中央高校基本科研业务费专项资金项目(2572020DR12)

目的: 采用数学方法实时描述LOM薄木层积热压过程中的温度变化，探讨热压工艺参数与温度场分布梯度的关系，为满足成型零件胶合质量与加工精度需求提供参考。方法: 以木材传热理论为基础，根据能量守恒定律，建立LOM薄木层积热压过程的传热控制方程和边界方程，通过基本假设简化模型，将层积热压过程的三维非稳态导热问题简化为一维非稳态传热问题。采用向前差分法对控制方程和边界条件进行离散，利用MATLAB软件实时模拟层积热压过程中零件内部的温度场，观察温度场变化。对不同深度层的温度分布曲线进行分析，解释层积热压过程中温度随层数变化的规律，并根据仿真所得数据绘制二维折线图。结果: 由MATLAB仿真结果和薄木层积热压温度曲线数学模型可知，随着叠加层数增加，热压板对薄木层温度的影响不断减弱。靠近热压板的薄木层温度变化显著，是因为当热压板工作时，薄木层与热压板之间产生强烈的对流换热，薄木层温度上升，当热压层数为15层时，靠近热压板的首层薄木层温度为113.07℃。沿薄木层积垂直方向，随着薄木层深度增加，热压板对薄木层温度的影响不断减弱，是因为离开热压板后低温空气进入并与薄木层进行对流换热，薄木层温度迅速下降，第3层温度为99.61℃，由第1层到第3层，间隔1层，温度下降近14.00℃。在一定深度以下或接近底板的薄木层，温度变化较为缓慢，第13层温度为77.50℃，第15层即靠近底板的薄木层温度为75.64℃，第13层到第15层，间隔1层，温度下降不到2.00℃。结论: 模型中模拟数据与试验数据拟合优度较高，模型对LOM制造工艺具有较强指导作用。本研究所建数学模型与LOM机床工作过程相吻合，所编程序可用于分层实体制造过程中温度场的实时模拟，MATLAB仿真过程可计算模型各点温度变化历程，对提高薄木黏结质量十分重要。

来源：2021年第10期

《林业科学》期刊编辑部

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