汽轮机部件渗硼层耐固体颗粒冲蚀性能研究

为研究不同状态下固体颗粒对渗硼层性能的影响,改善汽轮机部件耐固体颗粒的冲蚀性能,采用固体渗硼技术制备渗硼层,研究了不同温度、颗粒速度、冲击角度下渗硼层的磨损率,分析温度、固体颗粒速度、粒子冲击角度对渗硼层抗冲蚀性能的影响.结果表明渗硼层在高温状态下均呈现出脆性材料的抗固体颗粒冲蚀特性,磨损率随冲击角度的增大而增大.对于高参数汽轮机喷嘴压力面常见的粒子小角度冲蚀时,渗硼涂层可以使叶片抗磨损能力提高30～60倍,在大冲蚀角度下其抗冲蚀能力也能提高3～6倍.     

磨料水射流除锈技术仿真研究

针对钢材的锈蚀广泛存在于工业生产中并造成了很大的经济损失这一问题,从磨料水射流除锈技术角度出发,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了多粒子侵蚀靶板模型,对多粒子连续冲击靶板过程进行了仿真模拟,分析研究了靶板材料去除机理.为磨料水射流除锈工艺提供了一定的理论基础.通过对各种不同算例进行仿真模拟,得到了不同冲击速度、冲击角度等情况下粒子对目标靶板侵蚀情况,通过对结果进行分析比较,研究了粒子冲击参数对冲蚀过程的影响.研究结果表明,材料侵蚀率随着冲击次数的增加而增加,但是经过一定次数冲击后,目标靶板去除量达到了一种相对稳定的状态.随着冲击角度的增加,侵蚀深度增加但是侵蚀面积减小.随着磨粒直径的增加,侵蚀深度及侵蚀体积均逐渐增加.     

30CrMo合金钢的冲蚀磨损性能研究

采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,研究在水力压裂工况下,高速携砂液对高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损作用,分析冲蚀磨损机制以及冲蚀角度和冲蚀速度对30CrMo合金钢冲蚀性能的影响。结果表明,30CrMo合金钢在高速粒子冲击下,其耐冲蚀磨损性能表现一般,属于典型的金属塑性材料;冲蚀角度为30°时,30CrMo的冲蚀磨损量最大;30CrMo的磨损机制与冲蚀角度有直接的关系,冲蚀角度小于30°时,冲蚀磨损机制以切削模型为主,大于30°时以局部塑性变形模型为主;冲蚀磨损量随冲击速度增加而显著增加,在高速冲击时,30CrMo钢的冲蚀磨损较为严重。     

爆炸喷涂CrC涂层耐固体粒子侵蚀性能研究

为研究不同状态下固体颗粒对爆炸喷涂CrC涂层性能的影响,改善产品耐固体颗粒的冲中蚀性能,采用爆炸喷涂技术制备涂层,研究了不同温度、颗粒速度、冲击角度下涂层的磨损率,分析温度、固体颗粒速度、粒子冲击角度对涂层抗冲蚀性能的影响.结果表明：爆炸喷涂CrC涂层在不同温度和速度下磨损率都表现出随角度的增大而增加的趋势,在90＆#176;时达到最大,表现为典型脆性材料的磨损特性.     

离心压缩机叶轮材料FV520B冲蚀规律和机理的研究

利用高速冲蚀试验系统,以7 μm、10 μm、14 μm多角氧化铝微粒为冲蚀颗粒,在120 ~ 210 m/s冲击速度范围内,对离心式压缩机叶轮材料FV520B在模拟压缩机叶轮高速粒子冲蚀环境下的冲蚀规律进行了系统的试验研究。对冲蚀表面形貌进行分析,研究冲蚀磨损机理。结果表明：参与冲蚀的粒子质量在5 ~ 80 g之间时,冲蚀率先增加后减小即为冲蚀过渡期,冲蚀粒子质量大于80 g后冲蚀率趋于平稳,进入冲蚀稳定期;高、低强度的两种FV520B材料,均呈现出典型的塑性材料的冲蚀特性,最大冲蚀率分别出现在24°、18°的冲击角度附近;高强度FV520B在24°和90°冲击角度时的速度指数分别为3.37和3.68,速度指数随冲击角度的增大而增大;FV520B冲蚀磨损的实质是微切削与变形磨损共同作用,在低角度冲蚀时,以微切削磨损为主,而在大于60°的高角度冲蚀,以变形磨损为主。     

基于ANSYS/LS-DYNA的压裂泵阀胶皮冲蚀磨损数值模拟

针对压裂泵泵阀阀胶皮在压裂液固体颗粒冲蚀磨损下引起疲劳破坏的工程问题,运用有限元软件ANSYS/LSDYNA建立橡胶的单颗粒和双颗粒冲蚀力学模型,研究了颗粒冲蚀速度、颗粒尺寸、颗粒冲击次数对冲蚀性能的影响,并分析了阀胶皮的冲蚀失效机理。结果表明,冲蚀磨损程度随颗粒冲蚀速度的增加而增大;同一速度下,随颗粒直径的增大冲蚀磨损速度增大;颗粒冲击次数是造成阀胶皮冲蚀磨损的重要因素,经颗粒多次冲击后,阀胶皮恢复弹性的能力降低直至发生塑性变形后疲劳失效。     

2A12铝合金薄板抗叶片形弹体撞击的数值仿真研究

利用Abaqus有限元软件,建立叶片形弹体撞击2 mm厚的2A12铝合金薄板仿真模型,包括偏航撞击和斜撞击,其中偏航角度为0°～90°、斜撞击倾角为0°～60°,研究撞击角度对弹靶撞击过程、靶板弹道极限和靶板耗功的影响。仿真结果发现:偏航角度为0°时,靶板主要是剪切失效,伴随长条形冲塞和矩形扩孔;偏航角度为15°～60°时,靶板为延性扩孔失效,且扩孔面积随偏航角度增加而增加;偏航角度为75°～90°时,靶板为拉伸撕裂,破坏严重。斜撞击时靶板兼有冲塞失效和花瓣失效。靶板弹道极限随偏航角度增加而增大,靶板耗功与偏航角度和弹体撞击速度都有关。斜撞击时靶板耗功与倾角无关。     

浆液冲击角度对Cr30A高铬铸铁冲蚀行为的影响

在模拟湿法脱硫浆液流动环境中,研究了NaCl溶液+石英砂酸性浆液冲击角度(与试样冲击表面夹角)对Cr30A高铬铸铁冲蚀行为的影响。结果表明:在浆液以60°和30°角度冲击铸铁后,在腐蚀与磨损的交互作用下铸铁的质量损失较大;浆液垂直冲击铸铁后,铸铁的质量损失较小,质量损失的主要原因是冲击磨损;浆液平行冲击铸铁后,铸铁的质量损失最小,质量损失的主要原因是点蚀。浆液平行冲击时铸铁的冲蚀机理以显微切削为主;浆液以30°角度冲击时的冲蚀机理以切削、犁削为主,铸铁表面存在挤出棱、冲击坑以及浅层片状疲劳剥落现象;浆液以60°角度冲击时的冲蚀机理以深层材料大块脱落和严重腐蚀磨损为主;浆液垂直冲击时的冲蚀机理主要是表层材料脱落,并伴随轻微腐蚀磨损。     

动车组表面聚氨酯涂层冲蚀性能分析

采用气流喷砂式冲蚀实验机,对动车组聚氨酯涂层进行冲蚀性能研究。利用扫描电子显微镜及表面轮廓测量仪,检测了聚氨酯涂层的表面冲蚀形貌及冲蚀磨损,比较分析了粒子速度、入射角度对聚氨酯涂层冲蚀磨损率及冲蚀形貌的影响规律。研究发现:聚氨酯涂层冲蚀磨损机制为低角度冲蚀时微切削机制起主导作用,高角度冲蚀时脆性破碎机制起主导作用;冲蚀参数对涂层的冲蚀磨损率影响规律为:随粒子速度呈现指数增长(指数为2.27),随入射角度先增后减规律(峰值在30°入射时)。     

拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为的影响

研究拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为的影响。采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,模拟管汇承受105 MPa应力,在30°冲蚀角度下,用携砂液对试样进行冲刷试验,研究携砂液冲蚀速度对冲蚀磨损的影响,并使用扫描电子显微镜(SEM)对试验后试样表面形貌进行分析。试验结果表明,在拉伸应力105 MPa和冲蚀角度30°下,在携砂液总量一定的情况下,随着冲蚀速度的增加,35CrMo钢的冲蚀磨损量呈指数形式增加;冲蚀坑深度随着冲蚀速度的增加而增大;不同冲蚀速度下35CrMo钢冲蚀磨损机制相同,主要为切削磨损。     

SK型静态混合器固体颗粒冲蚀磨损分析

为研究SK型静态混合器内固体颗粒对混合元件的冲蚀程度,采用固-液两相流及计算流体力学方法(CFD),建立冲蚀及流场模型,运用Ansys Workbench中的流体动力学模块,对SK型静态混合器内的颗粒运动轨迹和颗粒对静止元件的冲蚀情况进行分析。结果表明:颗粒对静止元件的冲蚀主要发生在元件的螺旋边缘处,在总元件的3/5个处达到最大,且靠近入口和中间段的元件冲蚀量也较大;除冲击角度外,颗粒平均直径和平均冲蚀速度对冲蚀的作用最为关键,当颗粒粒径、速度和体积分数达到某一组合时产生的冲蚀现象最严重;冲蚀现象是固体颗粒的物理属性和流场特性的综合作用结果。     

天然气集输管道90°弯头冲蚀磨损规律研究

针对输气管道中90°弯头冲蚀磨损失效的问题,依据现场实际工况,利用CFD仿真软件建立相应的模型,探究集输管道输送气固两相流介质时固体颗粒冲击弯头壁面的冲蚀磨损规律。采用RNG k-ε湍流模型、DPM模型和E/CRC冲蚀磨损模型研究集输压力、不同重力方向、集输流速、集输管径以及颗粒大小对弯头冲蚀磨损的影响。结果表明:集输压力越大,弯头冲蚀磨损程度减轻,且磨损区域呈现由中部向出口、由外侧向内侧凹曲面移动的现象;重力会影响弯头冲蚀磨损程度以及磨损区域,重力场和气相主流场趋势相同时会加剧磨损;当气流速度超过临界集输流速时,冲蚀磨损情况加剧且最大磨损率出现区域后移;集输管径越小、颗粒直径越大时,冲蚀磨损越严重。     

断裂准则对TC4钛合金板抗卵形头弹冲击的影响

为了解TC4钛合金的抗冲击力学性能,利用一级轻气炮进行了卵形头弹冲击TC4钛合金靶板的试验,撞击速度范围为125.9~240.0 m/s。通过撞击试验获得弹体的初始-剩余速度以及靶板的失效破坏模式,并利用公式拟合弹体初始-剩余速度得到弹道极限速度。利用ABAQUS/Explicit有限元软件建立弹体冲击靶体的三维模型,研究断裂准则对TC4钛合金板抗卵形头弹冲击性能的影响,分别采用不同断裂准则进行数值模拟,并将数值模拟预测结果与试验结果进行对比。研究结果表明,从弹道极限和失效破坏模式综合考虑,Hancock-Mackenzie (H-M) 准则预测的结果与试验结果更接近,说明考虑失效应变随应力三轴度的变化关系能提高数值仿真精度。     

立方体破片对铝合金板冲击的数值仿真

为研究不同强度铝合金板受立方体破片冲击的损伤特性及失效机理,利用有限元软件ABAQUS/Explicit建立了立方体破片以不同着靶姿态冲击不同强度铝合金靶板的模型,分析了破片着靶姿态、靶板强度对靶体防护性能、失效模式和能量吸收的影响规律及机理。研究结果表明：立方体破片点接触着靶冲击时弹道极限速度高于面接触着靶冲击时弹道极限速度;弹道极限速度并不是随着靶板强度的增大而单调增大,而是呈现先增大后减小的趋势,即存在一个最佳强度使得靶板的抗冲击性能最优;靶板强度和破片着靶姿态对靶体失效模式、能量吸收情况均存在显著影响,但各因素影响程度与机理存在差异。     

40Cr在高压液固两相流中的冲蚀行为

为研究钻井液中的固相颗粒对控压钻井节流阀阀芯表面轮廓冲蚀的影响,采用高压水携砂喷射法模拟节流阀阀芯工作环境,探究节流阀阀芯材料40Cr在不同攻角下的冲蚀行为,分析冲蚀量与攻角的关系;采用三维扫描仪测量冲蚀后材料的表面形貌,采用扫描电镜(SEM)观测材料冲蚀区的微观形貌,分析不同攻角下材料的冲蚀磨损机制。结果显示:当攻角由15°增加到90°时,试件冲蚀斑坑深度、冲蚀质量损失呈现先增加再减小的趋势,并在45°时达到最大,同时,冲蚀斑坑形状由椭圆形状逐渐向圆形变化;随着冲蚀时间的延长,在攻角为45°时冲蚀质量损失以指数方式增加;40Cr材料在低角度冲蚀为"犁削"作用,高角度为"冲击锻打",在整个冲蚀过程中2种损伤机制并存,在45°时2种作用效果最大。研究表明:通过改变阀芯轮廓使粒子攻角避开45°附近,可减少节流阀冲蚀磨损。     

基于SPH-FEM耦合算法的脉冲射流冲击特性分析

基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)耦合有限元法(Finite Element Method,FEM),利用LS-DYNA对脉冲射流辅助支撑工件过程进行数值模拟,研究了脉冲射流冲击力和径向流特性,对比了不同头部结构和冲击角度对射流冲击力的影响,分析了射流冲击下工件的损伤。结果表明:射流头部与靶板的接触面积越小,水锤阶段的冲击力也越小;冲击角度减小时,垂直于靶板方向上的冲击力分量大幅度减小,水平方向上的冲击力分量小幅度增大,射流冲击力不能根据正交分解法求解;虽然径向流速度较大,但由于径向流分布稀疏不均,其冲击靶板的力只有射流自身冲击力的1/3,一般情况下不足以损伤工件材料。     

复合材料纤维叠层织物弹道侵彻数值分析

采用非线性动态显式有限元分析软件ANSYS 10.0/LS-DYNA,模拟了弹头侵彻纤维叠层织物的过程,得到了子弹速度历时图、子弹动能损失历时图、靶板应力历时图、靶板冲击变形演化图等.采用罚函数方法,重点分析了在中高速弹头侵彻过程中,织物的变形演化过程和破坏形式以及织物中应力的发生及传播过程,并进一步分析不同的弹头形状、不同的子弹速度及不同叠层层数,对织物的抗弹性能的影响,验证了复合材料抗弹性能的速度效应.研究对复合材料弹靶科研试验,生产验收,质量评定等有重要参考价值.     

页岩气压裂双弯头弯管冲蚀规律研究

为研究页岩气压裂双弯头弯管的冲蚀规律,基于液-固两相流模型和冲蚀理论建立双弯头弯管冲蚀模型,研究典型工况参数、双弯头弯管结构参数对双弯头弯管冲蚀速率的影响。研究表明:最大冲蚀速率发生在压裂液首先流经的第一个弯头外拱内壁后半部分,第二个弯头冲蚀区域前移且冲蚀区域增大;双弯头弯管的最大冲蚀速率,随压裂液流体速度、支撑剂颗粒体积分数的增加均增大,随着支撑剂颗粒粒径、双弯头弯管曲率半径的增大均减小;双弯头弯管上弯头与下弯头装配转角为20°~40°时,双弯头弯管的最大冲蚀速率较大。     

不同铺层角度GLARE层板复合材料的抗鸟撞性能

采用大型非线性动力学软件PAM-CRASH,分别建立了三种铺层角度GLARE层板复合材料简单平板和飞机尾翼典型前缘结构的有限元模型,对三种平板和结构进行抗鸟撞有限元模拟,研究了不同铺层角度GLARE层板复合材料的抗鸟撞性能,并进行了试验验证。结果表明:对于厚度相同的GLARE层板复合材料,铺层角度为±45°正交铺层方式的平板和结构的吸能量效果最佳,抗鸟撞性能最优;铺层角度为0°/90°正交铺层方式的次之,0°/45°/-45°/90°铺层方式的最差;试验得到的三种铺层结构的破坏形态、面积以及撞击点附近某点的应变时程曲线与模拟结果一致,说明建立的有限元模型正确。     

展宽机织复合材料破片高速冲击仿真模拟研究

本文基于数值仿真方法研究了展宽平纹机织复合材料平板在金属破片高速冲击载荷作用下的失效行为。在显示动力学求解软件LS-DYNA~?中建立了平纹机织复合材料的宏观精细化有限元模型,通过多尺度分析计算得到单层机织复合材料的等效力学性能,采用经典的Chang-Chang失效准则评估复合材料靶板的冲击损伤和失效行为。通过平板高速冲击试验确定了材料在特定冲击条件下的临界穿透速度范围和典型破坏模式,并与数值仿真结果对比,验证了数值模型的准确性。在此基础上,采用所构建的冲击仿真模型研究了平纹机织复合材料在不同冲击速度(0.1～0.8 km/s)载荷下的侵彻失效特性。研究结果表明:展宽机织复合材料平板在承受高速冲击载荷过程中,中间层受压缩损伤区域较小,靠近边界层损伤区域较大;随着冲击速度的增加,机织复合材料平板受压缩损伤区域减小;在冲击速度为0.2～0.8 km/s下,平板吸收能量与破片冲击速度呈近线性关系。