四喷嘴圆形冲击射流局部传热性能的实验研究

应用萘升华传质/传热比拟技术,对喷嘴组圆形射流在不同喷嘴到被冲击表面距离(2≤H/D≤8),在4×103≤Re≤1.0×104范围内,进行了局部传质/传热实验,研究了不同喷嘴到被冲击表面距离和不同Re数对喷嘴组圆形射流局部换热特性的影响.研究结果表明,实验条件下,喷嘴组空气射流局部Na数呈对称分布,在附加驻点区换热与驻点区有所不同,被冲击表面中心处的换热处于最不利的位置.对喷嘴组中每一个射流而言,换热系数沿径向的变化与单个圆形射流的变化不同,靠近被冲击面中心的一侧换热系数下降较快.     

浅俯淹没射流水力特性

为探讨浅附淹没射流的水力特性,采用粒子成像测速技术获得水垫塘精细流场,系统分析淹没射流区和附壁射流区纵面二维流速分布规律。通过研究获得了淹没射流区和附壁射流区沿流程流速衰减和垂直于主流断面流速分布的公式。结果表明,浅俯淹没射流沿入射角射入水垫塘,射流潜底的俯角大于入射角;淹没射流区沿程流速衰减率大于附壁射流区;淹没射流区和附壁射流区沿程各垂直于主流的断面流速分布具有相似性或自保持性。     

铝-金属玻璃-铝复合板的抗破甲性能研究

利用爆炸焊接技术成功制备出铝-金属玻璃-铝三层复合板, 并对其抗破甲性能进行了试验及数值分析。针对复合板的尺寸较小的特点, 建立了适用于小试件( 特征尺寸小于 50 mm) 的破甲实验方案;基于动力学软件ANSYS/ LS-DYNA 提出了一套对破甲过程进行数值模拟的计算方案。研究结果表明, 破甲试验装置产生的聚能射流直径较小、稳定性良好, 铝-金属玻璃-铝三层复合板在聚能射流作用下其上表面呈大范围的花瓣形破坏, 中间层的金属玻璃材料呈粉末状破碎, 对后续的射流过程起到了干扰的作用; 计算方案可有效地模拟聚能射流的形成及其对铝-金属玻璃-铝三层复合板的侵彻; 数值模拟得到的破甲深度、稳定阶段侵彻通道的直径、材料的破坏模式与实验结果相符。     

新型直旋混合射流破岩特性及机理分析

为了揭示直旋混合射流的破岩机理,开展了直射流、旋转射流与直旋混合射流的冲蚀实验,并利用3DPIV测试系统获得了3种射流的速度场,通过对比分析相同靶距下冲孔深度及射流速度沿径向的分布规律,揭示了直旋混合射流的损伤破岩特性。结果表明,直旋混合射流可消除旋转射流的中心低速区和冲孔的中心凸台,该射流沿径向的分布宽度和破岩直径大于直射流,射流结构可分为直射流区、强旋射流区、弱旋射流区和外围射流区。直射流区的冲击破岩能力主要取决于射流能量;强旋射流区具有较大的径向和切向速度,当对岩石施加径向张力和周向剪力且在其合速度小于直射流的情况下,该区破岩深度仍可达到直射流区破岩深度;在弱旋射流区,受直射流和强旋射流的共同作用,岩石强度降低,但当三向速度均较小时亦能有效破岩;外围射流区主要是通过返回流携带岩屑对孔壁起磨削作用。     

高压水射流破碎高围压岩石损伤场的数值模拟

利用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法,考虑到一般情况下岩石处于高围压状态,建立了高压水射流冲击高围压岩石的数值模型.分析了高压水射流冲击下高围压岩石的损伤演化过程,指出岩石破碎过程呈阶跃式;通过对比无围压状态下岩石和高围压状态下岩石在高压水射流作用下破碎坑演化情况,指出处于高围压状态下的岩石损伤沿轴向的演化速率明显低于无围压状态下的岩石,沿径向的损伤演化受围压影响较小.通过分析4个典型单元在不同速度射流冲击下损伤演化情况,表明在提高射流速度可明显提高射流破岩效率,并在理论上对射流速度与射流破岩性能的关系进行了解释.     

稳态冲击风作用下高层建筑风荷载特性试验研究

雷暴冲击风风场与大气边界层风场差异较大.为研究雷暴冲击风作用下高层建筑风荷载特性,采用静止型冲击射流装置模拟稳态雷暴冲击风风场,进行高层建筑刚性模型测压试验,讨论了不同径向位置处高层建筑局部和整体风荷载时域和频域特性.结果表明:建筑表面平均风压最大值出现的位置与径向风速峰值一致.同时,迎风面风压最大值出现在底部,明显不同于大气边界层风场中最大值靠近顶部位置的风压分布特性;径向层风荷载均值最大值出现在建筑中部,横风向和扭转向层风荷载均值为0.径向和横风向层风荷载谱沿高度不变,而扭转向层风荷载谱沿高度变化明显.     

氩等离子体射流对聚四氟乙烯表面改性的研究

采用氩等离子体射流对有机材料聚四氟乙烯(PTFE)进行表面改性,通过接触角测量、扫描电子显微镜(SEM)观察、X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)分析,以及表面电阻率和沿面闪络电压等参量的测量,研究了等离子体射流处理前后PTFE的表面特性。实验结果表明:氩等离子体射流产生的粒子主要有OH、N*、Ar和少量的O。PTFE经大气压氩等离子体射流处理后,其表面水接触角下降,表面粗糙度变大,表面突起和裂痕显著增加,且表面有新的含氧基团生成;增加表面改性时间,表面改性效果会达到饱和状态;另一方面,表面改性后的PTFE存在微弱的老化效应,当在空气中放置10d后,其表面水接触角为66.2°,仍然低于表面处理前的值。由于等离子体改性使PTFE表面形态及化学成分发生变化,粗糙度增加,使PTFE表面电阻率降低,导致其沿面闪络电压升高。     

玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩的静破甲特性研究

为研究玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩射流与靶板间的反应及其对破甲性能的影响,对两种材料射流侵彻后的45钢靶分别进行组织和性能测试分析.结果表明:玻璃药型罩适合在较大炸高条件下使用,而玻璃/钨药型罩适合在小炸高条件下使用.侵彻过程中玻璃射流与钢靶之间不发生反应,而玻璃/钨与钢靶之间发生反应生成了Fe-W相,使得射流能量部分横向耗散.玻璃及玻璃/钨射流在侵彻钢靶的过程中均会引起弹孔表面发生马氏体相变,且随着侵彻的深入,相变区域宽度呈增加的趋势.      

缓进给磨削时磨削弧区径向射流冲击强化换热技术的应用

在分析缓进给磨削时烧伤机理的基础上,提出了高压射流冲击强化磨削弧区换热的创新构想,并通过传热学基础实验研究了射流冲击强化换热的传热特征,研制了能实现磨削弧区径向射流定向冲击强化换热的工艺装置,并通过缓进给断续磨削实验其换热效果,结果表明,射流冲击强化换热技术确是提高弧区换热效率的有效方法,且弧区径向射流速度越高,换热效果越好,在解决难加工材料磨削烧伤方面具有广阔的应用前景。     

单级压力调节阀的阻尼孔射流响应特性分析

为揭示带阻尼孔的压力调节阀的稳定性机理,运用流固耦合方法计算了阶跃和周期性流量脉动信号激励下阀芯的响应过程,得出了不同阀腔结构条件下阀芯的轴向振动特征和阀口前端阀芯表面压力分布及其变化规律。研究发现,阀内阻尼孔射流流束冲击阀芯表面,使得阀口前端阀芯表面呈现射流冲击区和静压区两部分,阀芯的轴向振动幅值主要取决于射流冲击区和静压区二者液压力的相位差,当静压区和射流冲击区的液压力相位差趋于180°时,阀芯及其轴向振动幅值将大幅减小。研究结果为压力调节阀的设计提供了新思路。     

6005 A铝合金的表面损伤对其耐海水腐蚀性能的影响

以6005A铝合金商品实际产生的表面少缺陷、多缺陷试样,以及作为比较的完全去除商品表面膜的人工磨制的三种不同表面状态试样为研究对象,研究铝合金商品表面的实际损伤对其耐海水腐蚀性能的影响及其腐蚀电化学行为.通过场发射扫描电镜和激光共聚焦扫描显微镜对具有不同表面状态的6005A铝合金表面形貌和粗糙度进行了表征,表明铝合金商品实际产生的表面缺陷主要为划伤,体现在随着表面缺陷的增多,表面粗糙度Ra明显增大,表面粗糙度Ra大小可以定量描述表面损伤的严重程度.6005A铝合金在NaCl质量分数3.5％的模拟海水溶液中发生全面腐蚀和点蚀,表面缺陷越多,粗糙度越大,耐蚀性越差;电化学测试结果表明,表面缺陷越多,粗糙度越大,腐蚀电位越低,腐蚀电流密度越大,耐蚀性越差.6005A铝合金表面损伤对其耐海水腐蚀性能产生影响的原因为:表面损伤造成铝合金商品原表面膜被破坏,表面缺陷越多,粗糙度越大,表面膜的破坏和表面塑性变形越严重,铝元素会因为被活化而迅速溶解,有着更高的腐蚀速率,而缺陷较少表面有较为均匀致密的氧化膜,对基体有着较好的保护性.     

泡沫铝合金析液与凝固过程数值模拟研究

通过对析液方程和能量守恒方程的耦合,建立了吹气法生产泡沫铝过程中泡沫铝合金析液与凝固过程的一个数学模型,计算了铝合金体积分数和温度在泡沫铝合金凝固过程中随时间、空间的变化.从数值模拟角度对粘度、表面张力和重力加速度等参数对凝固过程的影响进行了定量分析,模拟结果表明:在干泡沫凝固过程中,析液过程和凝固过程是相互作用的,凝固时间以及凝固后固体体积分数的分布与熔体泡沫析液现象有直接关系,熔体物性参数和生产环境对凝固时间和泡沫的孔隙率有较大影响.     

应力水平对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响

为明确应力水平及暴露时间对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响,选择在不同应力水平作用下暴露于EXCO腐蚀溶液中,经不同时间加速腐蚀后的2219铝合金试样,开展表面蚀坑深度测量、力学性能测试、拉伸断口形貌观察试验。结果表明,应力水平、暴露时间都是影响试样应力腐蚀损伤发展从而影响材料力学性能变化的重要因素。在腐蚀的初期阶段,即0.0~1.5 h,应力水平因素的影响有限;当暴露时间大于等于2.0 h,应力水平引起的以蚀坑平均深度为表征的腐蚀损伤更加显著。但在试验时间（2.5 h）内,应力水平对腐蚀损伤所产生的影响小于暴露时间,因而对材料力学性能变化的影响也小于暴露时间。腐蚀损伤造成的点蚀坑、微裂纹破坏了材料的连续性,使试样材料的抗拉强度、延伸率、弹性模量等力学性能指标下降,是促使材料在拉伸试验中没有经过充分的塑性变形阶段就发生瞬间断裂的重要原因。深度大的点蚀坑、微裂纹,可能成为断口主裂纹的起源。     

FeCoNiCrMo高熵合金磨削机理及表面粗糙度

针对FeCoNiCrMo高熵合金进行平面磨削实验,研究其材料去除机理,分析不同磨削参数对磨削表面粗糙度和表面形貌的影响规律.研究采用不同砂轮磨削的试件表面形貌,并探讨干磨和湿磨条件下磨削表面粗糙度的变化规律.实验结果表明:FeCoNiCrMo高熵合金磨削过程满足塑性材料去除机理;随磨削速度增大,进给速度和磨削深度减小,磨削表面粗糙度值减小,表面形貌更加平整;与采用电镀砂轮磨削的试件相比较,采用树脂结合剂砂轮磨削的试件表面粗糙度值更低,表面形貌更好;与干磨试件相比较,湿磨的试件表面粗糙度值更低,表面质量更好.     

铝合金框架结构的弹体穿击损伤特性

针对直升机机身框架易受子弹弹击导致损伤问题,有必要开展机身铝合金框架结构的子弹穿击损伤特性研究.基于ABAQUS软件平台,采用修正后的Johnson-Cook模型,建立机身铝合金框架弹伤冲击的显示动力学模型,研究子弹弹头倾角和子弹材料等参数对铝合金框架的损伤特性影响.结果 表明:弹头倾角影响子弹穿透能力,但该影响存在临界值,到达临界值前,子弹穿透能力随着倾角的减小而增大;到达临界值后,继续减小倾角不再增大穿透能力;同时随着倾角的减小,框架的损伤面积先增大后减小,倾角为45°时损伤面积最大.子弹材料影响子弹的强度和刚度,影响子弹的穿透能力和破坏能力,计算结果表明铜质子弹的穿透能力大于钢质子弹,钢质子弹破坏能力大于铜质子弹.     

面-面接触铝合金紧固件微动疲劳寿命预测方法研究

针对具有面-面接触特征的铝合金紧固件,根据其接触特点,建立有限元模型计算了其应力场分布。考虑接触面高轴应力梯度的力学响应,用接触面应力三维度的概念来反映微动疲劳多轴应力状态。考虑损伤和弹塑性势能的耦合,从热力学第二定律出发,基于损伤力学本构方程,推导出基于热力学耗散势函数的耦合损伤演化模型。结合实验参数,得到预测铝合金紧固件微动疲劳寿命的方法。寿命预测结果与实验值进行对比,误差分散在25%范围内。     

壳体材料对破片穿甲威力的影响

对某型战斗部分别使用铝合金和钛合金壳体时破片穿甲能力进行了研究,发现破片相同时,钛合金壳体降低了其破片穿甲率。根据破片穿甲理论,提出对破片进行优化,提高其打击比动能,即提高破片存速并降低其打击面积的方法来解决钛合金壳体对破片穿甲率的影响,并通过数值模拟和靶场试验对其可行性进行研究。结果表明,优化后破片的极限穿深得到了提高,有效地解决了钛合金壳体对破片穿甲率影响的问题。     

中-低温循环对2A14铝合金力学及疲劳性能的影响

国内对航天用2A14铝合金在中-低温循环条件下力学及疲劳性能的变化规律研究不足,为掌握该材料在上述工况下的力学表现及疲劳损伤情况,对2A14铝合金开展了室温—低温（-196 ℃×4 h）—室温,室温—中温（150 ℃/180 ℃×0.5 h）—室温两种工况循环条件下的力学、疲劳性能及组织变化规律研究。结果表明,在上述两种工况下循环5次,2A14铝合金的晶粒尺寸、粗大相形貌及分布均无显著变化,仍保持高强度及良好的塑韧性;随着应力幅值的降低,2A14铝合金的疲劳寿命逐渐延长;应力比为-1时,2A14铝合金的疲劳极限为150～175 MPa,上述两种工况下循环5次,不会改变2A14铝合金的韧性断裂机制。     

空气中Al6061氧化过程红外发射率特性研究

基于自主搭建的材料光谱发射率测量装置,分别对铝合金6061在5个温度点(623K、673K、723K、773K、823K)测量氧化前后的发射率,分析了温度、波长、氧化时间、粗糙度对铝合金样品发射率的影响.实验结果表明:铝合金6061的发射率随波长的增加而降低,随温度的升高而增大,温度对发射率的影响程度在不同波长下是不同的.表面氧化会增加样品表面的粗糙度,从而造成发射率数值增加,氧化效应对发射率的影响程度在不同温度、波长下是不同的,氧化效应可使发射率最大增加0.05(723K时).温度为823K时,发射率随氧化时间的变化可用抛物线模型很好地拟合.     

金属材料在重复冲击下的损伤演化

为了探究金属材料在重复冲击下的损伤演化规律,基于Lemaitre损伤演化模型,提出了两种损伤演化方程建立方法——直接法和修正法。基于这两种方法建立了7075铝合金的损伤演化方程,并对两种损伤演化方程进行了对比研究,结果表明：直接法和修正法得到的损伤演化方程形式不同,但其损伤演化曲线十分相似,对试样失效前的可冲击次数预测十分相近,通过与实验值的对比,认为两种损伤演化方程在一定范围内对于重复冲击寿命的预测都有较高的准确性。