空化水噴丸是利用空化水射流中空泡群潰滅的能量沖擊金屬零件表面,使其表面產(chǎn)生強化效果的一種新技術,具有表面質量好、綠色環(huán)保、通用性高等諸多優(yōu)點。本文針對空化水噴丸技術中靶距和入射壓力的選擇缺乏依據(jù)、多工藝參數(shù)優(yōu)化和強化機理的研究較少等問題展開了系統(tǒng)的研究,以期推動該技術的進一步發(fā)展與應用。本文的主要研究內容和結論如下:基于理論分析法建立了淹沒空化水射流中單空泡的空泡動力學模型,利用MATLAB求解獲得了其運動特性和壓力脈動的變化規(guī)律�；贔LUENT對近壁面空泡潰滅進行數(shù)值模擬,得到了空泡到固壁面距離和空泡初始半徑對空泡潰滅形態(tài)及力學作用的影響規(guī)律。基于FLUENT對不同入射壓力（P）和噴嘴直徑（d）下的空化水射流進行數(shù)值模擬,結果表明:射流空化性能隨著入射壓力和噴嘴直徑的增大而增大,但是當P=40MPa左右時,繼續(xù)提高入射壓力對射流的空化性能影響較小,氣相體積之和在d=1.8mm時出現(xiàn)了小幅下降。結合高速攝影實驗研究了空泡云動態(tài)演變過程,結果表明:空泡云具有明顯的初生-發(fā)展-脫落-潰滅的周期性;在相同入射壓力下,空泡集中潰滅范圍與噴嘴直徑之比的值大致相同。在此基礎上,確定了空化水噴丸相... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

空蝕破壞實物圖

驅動彈丸持續(xù)、高速地轟擊零部件表面（如圖1.2 所示），使其表層材料發(fā)生劇烈的塑性變形，并形成一定厚度的強化層，可有效提高其耐磨性和疲勞強度[20]。噴丸中使用的彈丸一般由鑄鐵、鑄鋼、陶瓷等材料制成，直徑約為 1mm。但該工藝下材料表面粗糙度會因實體彈丸的持續(xù)沖擊而急劇上升，并且在沖擊坑邊緣處極易發(fā)生應力集中現(xiàn)象，這些不利因素均會加快疲勞裂紋在材料表面的萌生[21]。此外，丸粒的速度、入射角度以及噴射位置難以控制，極易出現(xiàn)“欠噴”和“過噴”現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)未噴丸強化的“死角”。該技術在環(huán)保以及受噴材料殘余應力分布、表面粗糙度等方面還存在著諸多問題。1.3.2 激光噴丸技術激光噴丸的工作原理如圖 1.5 所示[22]，首先在受噴材料表面覆蓋一層鋁箔或黑漆作為能量吸收層，吸收層在受到高能激光束的照射后，會迅速汽化并形成高溫高壓的等離子體，

TC4 鈦合金空化水噴丸工藝及機理研究進而沖擊材料表面，使材料的近表層晶粒顯著細化，并產(chǎn)生高密度的位錯，最終使受噴材料具有高峰值的表面殘余壓應力及較深的殘余壓應力層。激光噴丸后材料表面沒有機械損傷，其產(chǎn)生的殘余壓應力深度大，沖擊點前端面更加平坦，裂紋擴展速率也更低[23]，較機械噴丸而言對材料疲勞性能的提升更為顯著。但該噴丸技術下表面硬化程度較低、工藝復雜。另外，其大規(guī)模工程應用仍受高成本、低效率和低穩(wěn)定性等問題的限制。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]空化水噴丸中空泡云動態(tài)演變及靶距優(yōu)化研究[J]. 李富柱,譚中銳,陳立宇,李瑞濤,許楨英,王勻.  機械工程學報. 2019(09)
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博士論文
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[2]納米膠體空化射流拋光及其關鍵技術研究[D]. 王星.哈爾濱工業(yè)大學 2014

碩士論文
[1]空化水射流沖擊強化2A12鋁合金的性能分析及機理研究[D]. 王建杰.江蘇大學 2017
[2]磨料水射流噴丸對兩種滲碳鋼表面完整性及疲勞性能的影響[D]. 鄒雄.貴州大學 2017
[3]TC4鈦合金噴丸強化表面完整性研究[D]. 陰曉寧.大連理工大學 2015
[4]蒸汽泡潰滅的數(shù)值模擬及空化模型的改進[D]. 劉蘭.浙江大學 2015
[5]泡群潰滅的直接模擬及統(tǒng)計特性分析[D]. 聞仲卿.浙江大學 2013



本文編號：3455157