本文關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)輔助磨料水射流脈動(dòng)行為及其對(duì)加工機(jī)理影響機(jī)制研究

  更多相關(guān)文章： 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流 脈動(dòng)行為 加工機(jī)理 沖蝕深度 材料體積去除量

【摘要】：本文提出將超聲振動(dòng)施加于磨料水射流加工過(guò)程,增強(qiáng)射流脈動(dòng)行為,改善磨料水射流流場(chǎng)分布和磨料分布狀態(tài),提高磨料運(yùn)動(dòng)速度和磨料利用率,增強(qiáng)磨料水射流加工能力和加工效率。研究了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流脈動(dòng)行為規(guī)律。研究了噴嘴軸向超聲振動(dòng)、噴嘴內(nèi)孔壁面超聲變形振動(dòng)等兩種激勵(lì)方式下射流的脈動(dòng)行為規(guī)律。研究結(jié)果表明,噴嘴內(nèi)孔壁面超聲變形振動(dòng)所產(chǎn)生的射流脈動(dòng)行為效果較好,射流在噴嘴內(nèi)外都存在交替變化的高壓區(qū)和低壓區(qū),其在噴嘴軸線和出口處的速度脈動(dòng)幅度較大。研究了噴嘴內(nèi)孔壁面超聲變形振動(dòng)激勵(lì)方式下磨料在射流中的運(yùn)動(dòng)軌跡,結(jié)果表明,超聲振動(dòng)輔助磨料水射流中的磨料在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生了周期性積聚和分散,有利于提高材料的去除效率。研制了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流加工裝置。設(shè)計(jì)了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流噴嘴,并對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析和諧振響應(yīng)分析。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了超聲噴嘴的實(shí)際工作頻率和振幅,測(cè)量結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的超聲噴嘴符合加工要求。實(shí)驗(yàn)研究了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流脈動(dòng)行為規(guī)律。結(jié)果表明,超聲振動(dòng)增強(qiáng)磨料水射流的脈動(dòng)行為,增大了射流平均沖擊力,使射流實(shí)際脈動(dòng)頻率增加,脈動(dòng)幅度增大,有利于提高磨料水射流的加工效率。同時(shí)射流壓力越大,脈動(dòng)幅度越小研究了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流脈動(dòng)行為對(duì)加工機(jī)理的影響機(jī)制。建立了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕硬脆材料脆塑轉(zhuǎn)變磨料沖蝕動(dòng)能臨界判據(jù)和沖蝕坑縱向半徑理論模型。模擬研究了射流脈動(dòng)行為對(duì)陶瓷材料變形、應(yīng)力和應(yīng)變分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明,射流速度和射流壓力的脈動(dòng)行為導(dǎo)致了硬脆材料變形、應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律發(fā)生脈動(dòng),其脈動(dòng)趨勢(shì)與射流脈動(dòng)規(guī)律基本一致,但存在相位差。模擬研究了單顆粒、多顆粒磨料沖蝕時(shí)硬脆材料的變形規(guī)律。結(jié)果表明,八面體較球狀磨料更容易嵌入工件,且沖蝕深度較大。多顆粒磨料沖蝕陶瓷材料時(shí),工件的變形量產(chǎn)生了疊加,平行磨料沖蝕時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變范圍產(chǎn)生了疊加,順序磨料沖蝕時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變范圍沒(méi)疊加反而減小。實(shí)驗(yàn)研究了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕氧化鋁陶瓷和玻璃的加工表面形貌與材料去除機(jī)理,建立了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕氧化鋁陶瓷和玻璃的沖蝕深度和材料去除量實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明,超聲振動(dòng)提高了磨料水射流的加工能力,施加超聲振動(dòng)后氧化鋁陶瓷和玻璃的沖蝕深度和材料體積去除量均增加。超聲振動(dòng)輔助磨料水射流加工氧化鋁陶瓷和玻璃的材料的主要去除機(jī)理是塑性去除。射流壓力和靶距對(duì)材料去除量和沖擊坑深度的影響最大,振幅次之,磨料粒徑影響最小。
【關(guān)鍵詞】：超聲振動(dòng)輔助磨料水射流 脈動(dòng)行為 加工機(jī)理 沖蝕深度 材料體積去除量
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG664
【目錄】：

• 摘要13-15
• Abstract15-17
• 主要符號(hào)表17-18
• 第1章 緒論18-26
• 1.1 磨料水射流加工技術(shù)研究現(xiàn)狀18-21
• 1.1.1 磨料水射流加工技術(shù)概述18
• 1.1.2 典型磨料水射流加工工藝18-20
• 1.1.3 磨料水射流加工機(jī)理分析20-21
• 1.2 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流加工技術(shù)研究現(xiàn)狀21-24
• 1.2.1 射流脈動(dòng)規(guī)律研究及其應(yīng)用現(xiàn)狀21-23
• 1.2.2 超聲振動(dòng)輔助水射流加工技術(shù)現(xiàn)狀23-24
• 1.3 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流加工技術(shù)存在的主要問(wèn)題24
• 1.4 論文的研究目的、意義及主要研究?jī)?nèi)容24-26
• 1.4.1 研究目的和意義24
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容24-26
• 第2章 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流脈動(dòng)行為模擬研究26-47
• 2.1 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流流動(dòng)模型26-28
• 2.1.1 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流流動(dòng)基本特性26-27
• 2.1.2 圓形噴嘴脈動(dòng)射流束直徑模型27
• 2.1.3 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流的脈動(dòng)霧化控制27-28
• 2.2 超聲振動(dòng)激勵(lì)方式對(duì)磨料水射流脈動(dòng)行為的影響28-42
• 2.2.1 噴嘴軸向超聲振動(dòng)的影響29-34
• 2.2.2 噴嘴內(nèi)孔壁面超聲變形振動(dòng)的影響34-42
• 2.2.3 激勵(lì)方式對(duì)射流脈動(dòng)行為影響效果的比較42
• 2.3 基于射流束脈動(dòng)行為的磨料運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究42-46
• 2.3.1 磨料運(yùn)動(dòng)軌跡分析方法概述42-43
• 2.3.2 基于脈動(dòng)行為的磨料運(yùn)動(dòng)軌跡模擬模型建立43-44
• 2.3.3 模擬結(jié)果與分析44-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 第3章 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流脈動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)研究47-74
• 3.1 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流加工裝置設(shè)計(jì)47-48
• 3.2 超聲噴嘴的設(shè)計(jì)48-51
• 3.2.1 超聲噴嘴設(shè)計(jì)要求和類型選擇48-49
• 3.2.2 超聲噴嘴的設(shè)計(jì)計(jì)算49-51
• 3.3 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流加工裝置模態(tài)分析51-54
• 3.3.1 聲固耦合控制方程51-52
• 3.3.2 模態(tài)分析模型的建立52-53
• 3.3.3 模擬結(jié)果與分析53-54
• 3.4 超聲噴嘴的諧振響應(yīng)分析54-61
• 3.4.1 超聲噴嘴諧振響應(yīng)分析數(shù)學(xué)模型54-55
• 3.4.2 超聲噴嘴諧振響應(yīng)分析55-61
• 3.4.2.1 超聲噴嘴諧振響應(yīng)分析過(guò)程55-57
• 3.4.2.2 超聲噴嘴參數(shù)對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響57-61
• 3.5 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流加工裝置振動(dòng)參數(shù)測(cè)量61-64
• 3.5.1 頻率測(cè)量62-63
• 3.5.2 振幅測(cè)量63-64
• 3.6 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流脈動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)研究64-73
• 3.6.1 實(shí)驗(yàn)原理64
• 3.6.2 實(shí)驗(yàn)裝置64-66
• 3.6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析66-72
• 3.6.4 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流等效沖擊壓力實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?/span>72-73
• 3.7 本章小結(jié)73-74
• 第4章 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流脈動(dòng)行為對(duì)加工機(jī)理的影響機(jī)制研究74-101
• 4.1 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕硬脆材料去除機(jī)理研究74-76
• 4.1.1 概述74
• 4.1.2 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕硬脆材料脆塑轉(zhuǎn)變條件74-75
• 4.1.3 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕坑縱向半徑理論模型建立75-76
• 4.2 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕陶瓷材料變形規(guī)律數(shù)值模擬76-85
• 4.2.1 流固耦合數(shù)值模擬方法概述76-77
• 4.2.2 射流沖蝕陶瓷材料流固耦合控制方程77-79
• 4.2.2.1 流體域部分控制方程77-79
• 4.2.2.2 固體域部分控制方程79
• 4.2.3 射流沖蝕陶瓷過(guò)程模擬79-85
• 4.3 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流中的磨料沖蝕陶瓷材料去除機(jī)理模擬85-100
• 4.3.1 陶瓷材料本構(gòu)關(guān)系模型85-87
• 4.3.2 單顆粒磨料沖蝕陶瓷材料去除機(jī)理87-96
• 4.3.2.1 單顆粒磨料垂直沖蝕陶瓷模擬87-92
• 4.3.2.2 單顆粒磨料小角度沖蝕陶瓷模擬92-96
• 4.3.3 多顆粒磨料沖蝕陶瓷材料去除機(jī)理模擬96-100
• 4.3.3.1 多顆粒磨料沖蝕陶瓷材料基本理論96-97
• 4.3.3.2 多顆粒磨料平行排列沖蝕陶瓷模擬97
• 4.3.3.3 多顆粒磨料順序排列沖蝕陶瓷模擬97-100
• 4.4 本章小結(jié)100-101
• 第5章 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流加工硬脆材料的實(shí)驗(yàn)研究101-121
• 5.1 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕實(shí)驗(yàn)101-115
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)條件101-102
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)方案102-104
• 5.1.3 工藝參數(shù)對(duì)工件表面沖蝕形貌的影響104-115
• 5.1.3.1 超聲振動(dòng)對(duì)沖蝕形貌的影響104-106
• 5.1.3.2 振幅對(duì)沖蝕形貌的影響106-107
• 5.1.3.3 射流壓力對(duì)沖蝕形貌的影響107-111
• 5.1.3.4 靶距對(duì)沖蝕形貌的影響111
• 5.1.3.5 磨料粒度對(duì)沖蝕形貌的影響111-115
• 5.2 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕硬脆材料沖蝕深度與材料體積去除量預(yù)測(cè)模型的建立115-117
• 5.3 超聲振動(dòng)輔助磨料水射流沖蝕硬脆材料表面形貌分析117-119
• 5.4 本章小結(jié)119-121
• 結(jié)論與展望121-123
• 論文創(chuàng)新點(diǎn)摘要123-124
• 參考文獻(xiàn)124-133
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文133-134
• 致謝134-135
• 附錄135-159
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表159

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：520424