自振脉冲空化射流对6061铝合金表面强化规律

为了提高6061铝合金材料表面硬度、强度和耐磨性等机械性能,通过振脉冲空化射流束冲击6061铝材料表面。测量和分析未处理表面和15、20、25 MPa三种工作压力下射流束冲击试样1、2、3、4、5 min后材料表面微观组织形貌、试样表面轮廓、粗糙度Ra值、Rz值和表面硬度层等因素的变化,定性及定量研究自振脉冲空化射流技术对材料表面机械性能的影响规律。结果表明,与未处理表面相比,15 MPa时射流束未对材料表面造成严重塑性变形,其表面只存在极少不均微坑,Ra值增加0. 25,硬度增加15%,强化效果不明显; 20 MPa时射流束对材料表面产生严重塑性变形,能够明显观测到表面存在密集且均匀的凹坑分布,Ra值增加1. 2,硬度增加78. 3%,强化效果较好; 25 MPa时射流束对材料表面产生过度塑性变形,Ra值增加7. 5,硬度增加81. 3%,材料表层发生剥蚀现象,影响到材料的使用性能。可见,在工作压力20 MPa,冲击时间3 min,靶距20 mm时自振脉冲空化射流技术对材料表面强化效果最好,材料机械性能提高近2倍且表面改性极小。此技术对提升材料表面耐磨性及硬度强化效果起到极为显著作用。     

自振脉冲空化射流强化6061铝合金表面

为了提高6061铝合金材料表面硬度、强度和耐磨性等机械性能。通过振脉冲空化射流束冲击6061铝材料表面。测量和分析未处理表面和15、20、25MPa三种工作压力下射流束冲击试样1、2、3、4、5min后材料表面微观组织形貌、试样表面轮廓、粗糙度Ra值、Rz值和表面硬度层等因素的变化,定性及定量研究自振脉冲空化射流技术对材料表面机械性能的影响规律。结果表明,与未处理表面相比,15MPa时射流束未对材料表面造成严重塑性变形,其表面只存在极少不均微坑,Ra值增加0.25,硬度HV增加15%,强化效果不明显;20MPa时射流束对材料表面产生严重塑性变形,能够明显观测到表面存在密集且均匀的凹坑分布,Ra值增加1.2,硬度HV增加78.3%,强化效果较好;25MPa时射流束对材料表面产生过度塑性变形,Ra值增加7.5,硬度HV增加81.3%,材料表层发生剥蚀现象,影响到材料的使用性能。可见,在工作压力20MPa,冲击时间3min,靶距20mm时自振脉冲空化射流技术对材料表面强化效果最好,材料机械性能提高近2倍且表面改性极小。此技术对提升材料表面耐磨性及硬度强化效果起到极为显著作用。     

不同伴随流条件下的集束射流流场特性

针对不同伴随流参数条件下的集束射流和普通超音速射流流场特性进行数值模拟和试验研究。研究结果表明:伴随流气体影响喷管出口温度和压力,导致超音速主射流速度和温度出现重复波动;高温、大流量伴随流气体形成的低密度和高速环境可保护超音速射流,降低射流径向的扩展率和轴向速度的衰减速率;伴随流气体温度越高,流量越大,射流速度和温度核心段长度越长。与普通超音速射流相比,伴随流气体改变射流半速度宽度和涡量的分布;伴随流温度越高,流量越大,射流在更长的距离内保持较低的湍流强度。     

煤层水力割缝自吸磨料喷嘴特性与参数

针对煤矿纯水射流割缝遇硬煤失效,而磨料射流割缝技术难以实现磨料连续添加等问题,基于引射原理,采用前后双喷嘴结构,设计出一种自吸式磨料射流割缝喷嘴,可以连续吸入割缝产生的煤粒形成磨料射流,提高割缝能力.通过液固两相数值模拟,发现煤粒在喷嘴内经历了3个加速阶段:吸入口加速段、混合腔加速段和后喷嘴加速段.以提高吸入量和最终煤粒的速度为指标,得到喷嘴的最优结构:前喷嘴直径为3 mm,后喷嘴直径为5 mm,后喷嘴长度15 mm.对比割缝实验结果表明,自吸式磨料射流割缝喷嘴的割缝效率较传统割缝喷嘴明显提高.     

低碳钢经疲劳循环后表面的显微形貌特征与损伤的关联

为研究低碳钢在经历不同预循环表面损伤与材料疲劳性能的相关性,对HRB335钢光滑试样进行了0. 005应变幅下经历不同循环数N/Nf(33. 3%～75%)后的大变形单轴拉伸试验。之后用超景深三维显微镜获取试样颈部区域的表面形貌显微图像,并使用图像灰度直方图、灰度共生矩阵及二值图方法对图像进行特征分析。探讨经历疲劳循环再拉断试样的颈部区域表面显微形貌的不同特征与疲劳损伤的相关性,发现用灰度共生矩阵法和二值图法提取的特征参数能描述循环耗损寿命与循环数的定量关系。     

激光切割表面三维形貌的分形特征

利用白光干涉仪测量激光切割碳素钢表面轮廓数据,应用分形几何学分析激光切割表面的三维形貌特征.采用盒计数法计算激光切割表面的三维分形维数.结果表明：不存在一个超越尺度范围普适的分形维数,只有当尺度r小于轮廓最大高度Ry,才表现出分形特征.对同一激光切割表面进行表征时,同尺度的Ra沿厚度方向变化波动较大,分形维数Db能够对整体表面形貌的复杂程度有着较稳定的表征.分析激光切割表面的三维形貌特征,分形维数表征激光切割表面微观结构的复杂程度,表面粗糙度可对激光切割表面轮廓高度特性进行辅助评价.     

淹没磨料射流的空蚀能力分析

淹没磨料射流的空蚀能力决定着磨料射流在水下切割能力的强弱.采用高压密闭容器模拟水下环境,利用磨料射流系统、数码摄像系统,实验研究了淹没磨料射流的紊流特性,进行了空蚀能力的理论分析.探讨了淹没磨料射流紊流系数随泵压、围压的变化规律.研究表明,文丘里型空化喷嘴的射流系统中,相同条件下,5 MPa以上淹没磨料射流的空化数较纯水空化射流大,磨料的存在使淹没磨料射流空蚀能力降低.     

基于图像处理技术的等离子体射流稳定性研究

在等离子体技术领域,目前主要基于分析等离子体电弧弧压波动情况间接的研究等离子体射流稳定性。提出一种利用CCD相机以一定频率拍摄等离子体射流图像并基于MATLAB程序分析等离子体射流稳定性的方法。首先利用高速CCD相机按照设定的拍摄频率拍摄等离子体射流图像信息并保存;然后利用MATLAB程序将拍摄的等离子体射流图像转化为灰度图,并求取灰度图中像素大于阀值的像素长度;接着根据预先测量的单位像素长度与等离子体射流实际长度的比值获取等离子体射流实时长度值;最后求取等离子体射流长度与平均长度值的差值和平均长度的比值,定量的分析射流的稳定性。此外,基于此分析方法,通过实验对层流等离子体射流稳定性进行了分析,结果表明此法可有效在线或离线分析等离子体射流稳定性,且等离子体射流的实际波动情况并不与等离子体电弧的波动情况完全保持一致。     

仿生射流表面流场控制减阻数值模拟

利用SST k-ω湍流模型对仿生矩形射流表面的减阻特性进行数值模拟,解释了射流表面减小摩擦阻力的原因及对近壁区边界层的控制行为.结果表明,射流孔面积相等时,射流孔与射流表面沿展向长度的比值越大,减阻效果越好.当其它因素不变时,随着射流速度的增大减阻率逐渐增大,随着射流流量的增大减阻率逐渐增大,最大减阻率为35.97%.射流表面对边界层的控制行为表现为主流场近壁区的剪切流动遇到射流的阻抗,在射流孔的背流面形成逆流区,逆流在边界层底层产生的剪应力与主流场方向相反;同时在射流孔下游产生反向旋转涡对并在近壁面诱导出二次涡,相当于在高速流体与壁面之间产生润滑带,使边界层黏性底层厚度增大,速度梯度减小,摩擦阻力减小.     

基于图像处理技术的等离子体射流稳定性分析

在等离子体技术领域,目前主要基于分析等离子体电弧弧压波动情况间接的研究等离子体射流稳定性。提出一种利用CCD相机以一定频率拍摄等离子体射流图像,并基于MATLAB程序分析等离子体射流稳定性的方法。首先利用高速CCD相机按照设定的拍摄频率拍摄等离子体射流图像信息并保存;然后利用MATLAB程序将拍摄的等离子体射流图像转化为灰度图,并求取灰度图中像素大于阈值的像素长度;接着根据预先测量的单位像素长度与等离子体射流实际长度的比值获取等离子体射流实时长度值;最后求取等离子体射流长度与平均长度值的差值和平均长度的比值,定量的分析射流的稳定性。此外,基于此分析方法,通过实验对层流等离子体射流稳定性进行了分析,结果表明此法可有效在线或离线分析等离子体射流稳定性,且等离子体射流的实际波动情况并不与等离子体电弧的波动情况完全保持一致。     

射流表面主流场速度与射流速度耦合减阻特性

针对射流表面流场特性,运用可拓学基本原理,建立主流场速度与射流速度耦元、耦合方式的可拓模型.利用RNG k-ε湍流模型对射流表面主流场速度与射流速度耦合情况下减阻特性进行数值模拟,研究射流表面减小黏性阻力和压差阻力的原因及对射流孔附近壁面流域边界层控制行为.研究结果表明:主流场速度越小与射流速度越大耦合情况下射流表面减阻效果最好,节能效果明显;主流场速度与射流速度耦合对边界层的控制行为表现在射流表面模型使射流孔下游流域黏性底层厚度减小,边界层厚度降低,导致壁面所受黏性阻力减小;同时形成的反向漩涡在壁面形成的反向流对仿生射流表面产生逆流向的推动作用,对压差阻力产生抑制效应.     

激光表面纹理加工Ti6Al4V空蚀的形貌特征

为提高钛合金的抗空蚀性能,采用激光对Ti6Al4V合金进行表面纹理加工.采用维氏显微硬度计对试样的横截面硬度进行表征,采用磁致伸缩超声振动仪对试样的抗空蚀特性进行测试,采用扫描电子显微镜对试样空蚀形貌进行观测.结果表明,经激光表面纹理加工后,试样的表层硬度均得到明显提高.直线纹理试样空蚀的形貌特征为纹理突起处呈海绵状,网格纹理试样空蚀的形貌特征为纹理突起处出现针孔和疲劳裂纹及由脆性断裂引起材料剥离脱落产生的空蚀坑,状点纹理试样表面仅出现麻点状空蚀特征.各种纹理的凹陷处均无明显的空蚀特征,抗空蚀性能均得到明显增强.     

复合表面改性对M50NiL钢拉压疲劳寿命的影响

为提高M50NiL钢的疲劳性能,在对M50NiL钢进行渗碳处理的基础上,分别进行单一磨料水射流喷丸、磨料水射流喷丸+表面超声滚压复合表面改性处理试验,研究表面形貌、表面粗糙度、残余应力场、表层硬度和疲劳寿命的关系.研究结果表明:与单一磨料水射流喷丸处理相比,复合表面改性处理可提高试样表面完整性.在表面形貌方面,复合表面...     

磨料水射流冲击材料壁面的模拟与试验

为了在小尺度范围内揭示磨料水射流的作用机理,对工作压力为250 MPa时磨料射流在靶距为3.0 mm处的断面上的射流中心、射流外缘以及两者平均速度进行计算.利用有限元软件对不同厚度的钢板在上述3个速度下进行冲击计算.结果表明:边缘处由于磨料速度较小,对钢板的冲击产生较小的形变,钢板表面出现微小的破坏,磨料被反弹;磨料速度在平均速度附近时对钢板的冲击使钢板出现较大的形变,且表面的破坏较明显,此时磨料颗粒嵌入到钢板内;在射流中心处由于磨料的速度较高,直接将钢板穿透,钢板的形变量比边缘处磨料作用时的更小.在相同条件下进行试验,利用光学轮廓仪对实际切割断面的粗糙度进行显示以验证模拟结果,模拟结果与试验结果基本吻合.     

前混合磨料水射流磨料颗粒加速机理分析

为了提高前混合磨料水射流的切割效果,以固液两相流理论为基础,建立了磨料颗粒在前混合磨料水射流中不同阶段的运动受力模型,分析和研究了磨料颗粒的加速机理和运动规律.理论研究表明,磨料颗粒在高压管路中加速不明显,主要加速过程是喷嘴收敛段、圆柱段和射流在大气中的核心段.数值计算结果证实了前混合磨料水射流切割同样的材料所需压力仅为后混合磨料水射流的1/10左右.     

可降解软磨料对再制造水射流清洗性能影响因素研究

\提出一种新型可降解软磨料用于磨料水射流清洗技术,分析对比不同硬度磨料水射流清洗再制造零部件的清洗性能和表面损伤规律. 采用石榴石硬磨料水射流、核桃壳软磨料水射流和纯水射流3种射流方式,开展清洗零部件污垢的对比试验;在不同清洗方式下,分析清洗速率、比能耗、清洗后表面粗糙度、最大坑深等4个方面的差异,并从宏观和微观层面分析不同清洗模式下基体损伤情况. 结果表明,核桃壳软磨料能够有效去除表面污垢和杂质,降低比能耗,提高清洗速率,同时又不会对基体表面产生较大的损伤,在再制造业清洗或对表面粗糙度要求高的场合下,是一种较为理想的选择.     

各向异性表面生成算法及其应用

大量机械加工表面存在各向异性特征,而现有分形算法生成的复杂表面大多是各向同性的.为此,在现有分形各向异性表面建模方法的基础上,对采用频域伸缩法生成的各向异性分形表面的形貌特征进行了分析,通过在频域中引入角度参量的方法对算法进行改进,使生成的表面纹理方向可控.实验证明:通过该方法获取的表面形貌具有明显的各向异性特征;伸缩比可以控制表面轮廓分形维数的变化;通过控制表面轮廓的频率分量可以对表面进行滤波,在此基础上可对表面进行多尺度分析观察.文中最后结合微犁切沟槽表面形貌具有各向异性特征的特点,采用Talysurf CLI 1000表面轮廓仪测量微沟槽工件形貌,并分析其表面分形特征,在此基础上对AutoCAD软件进行二次开发并得到了微沟槽几何模型.     

转炉集束射流氧枪的射流特性研究

利用软件FLUW ENT6.2.16模拟转炉集束射流氧枪的射流流场,探讨了转炉集束射流氧枪的射流特性及衰减规律.结果表明,集束氧枪的射流衰减较超音速氧枪衰减减缓,冲击力加大,射流核心段长度平均增加约300mm;集束射流流场的核心段长度随着工作压力的增大而增加,结合使用成本,在实际设计工作压力时有一最佳区间,在转炉炉况条件下一般取值0.8～0.9MPa为佳,同时核心段长度还受环氧温度影响,随其升高而增加;在转炉炉况条件下,环氧流量取主氧流量约1/7时,射流的集束特性最为明显.     

束射流氧枪的射流特性研究

利用软件FLUWENT6.2.16模拟转炉集束射流氧枪的射流流场, 探讨了转炉集束射流氧枪的射流特性及衰减规律. 结果表明, 集束氧枪的射流衰减较超音速氧枪衰减减缓, 冲击力加大, 射流核心段长度平均增加约300mm; 集束射流流场的核心段长度随着工作压力的增大而增加, 结合使用成本, 在实际设计工作压力时有一最佳区间, 在转炉炉况条件下一般取值 0.8~0.9MPa 为佳, 同时核心段长度还受环氧温度影响, 随其升高而增加; 在转炉炉况条件下, 环氧流量取主氧流量约1/7 时, 射流的集束特性最为明显.     

应用二流湍流模型模拟二维轴对称湍流射流

本文应用二流湍流模型和“常数有效粘度”,并将“混合长度”作为湍流流团的平均尺寸来模拟定常和非定常、二维轴对称湍流射流.二流湍流模型假设湍流流场中的每一点为“湍流”和“非湍流”流体所交替占据,从而模拟了湍流的“间隙”现象。本文将计算值与完整的定常二维轴对称湍流射流的实验值进行比较,验证了数学模型的可靠性;而非定常射流的计算结果则与相对应的定常射流的计算结果及现有的非定常射流的实验值进行了比较,取得了可以接受的一致性。本文还对数学模型及计算结果进行了讨论。