项目名称: 高压淹没水射流强化材料表面机理及尺度效应研究

项目编号: No.51205171

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 机械工程学科

项目作者: 刘海霞

作者单位: 江苏大学

项目金额: 25万元

中文摘要: 以对流场的研究作为水射流强化材料表面机理研究的切入点,运用平面激光诱导荧光法和粒子图像测速技术对200MPa量级高压淹没水射流流场中的流动速度、流束脉动、流动结构及演化特征、剪切层空化形态进行定量测量。进而以TC4钛合金作为研究对象,改变射流压力、靶距与淹没深度,对试样进行射流强化实验。对强化过的试样表面进行显微组织分析与性能测试,采用三维轮廓扫描技术对材料表面的形貌尺度进行描述与统计,用显式动力学方法对材料表面的应力和应变的瞬态变化过程进行数值模拟。本研究拟建立与材料表面形貌相关联的射流流动结构与剪切层空化形态描述方法,获得不同尺度流动结构和剪切层空化对TC4钛合金进行强化的数理模型,建立从材料表面特征识别射流流束冲击强化和空化强化的方法,获得高压淹没水射流影响TC4钛合金性能变化的微观机制。本研究为合金材料的空化强化和射流加工工艺提供有力的支撑,并提升对淹没射流作用机理的认识。

中文关键词: 淹没水射流;空蚀;数值模拟;冲击实验;表面粗糙度

英文摘要: Jet flow is considered as the key point of the investigation of surface strengthening by water jet. Planar laser-induced fluorescence (PLIF) and particle image velocimetry (PIV) techniques are applied to measure quantitatively the flow velocity, jet stream fluctuation, flow structures and their evolution and shear layer cavitation in the jet flow under the jet pressure level of 200 MPa. With TC4 titanium alloy being used as the impinged material, surface strengthening experiment is conducted under different jet pressures, stand off distances and submerged depth respectively. Microstructures and properties are analyzed and surface profiles are measured and analyzed statistically with three-dimensional optical profiling system. numerical simulation of the transient variation of stress and strain is performed with explicit dynamics method. correlation among shear layer cavitation, flow structures and surface profiles is expected to be established through the study. Mathematical model describing the surface strengthening due to shear layer and flow structures of different scales is expected to be built too. The method of differentiate the strengthening between jet impingment and cavitation strengthening, and the micro mechanism of the influence on properties of TC4 titanium alloy by high pressure submerged water jet

英文关键词: Submerged water jet;Cavitation erosion;Numerical simulation;Impingement experiment;Surface roughness

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