风沙环境下钢结构涂层侵蚀机理及评价方法

通过对钢结构涂层在模拟风沙环境中的冲蚀试验,研究了涂层受风沙冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.结果表明:涂层冲蚀磨损质量损失随冲蚀速度的增大而增加;低角度冲蚀主要为微切削作用,材料硬度起决定因素,高角度冲蚀主要为冲蚀挤压变形作用,材料柔韧性起决定作用,由于涂层硬度相对较低而柔韧性相对较高,故在低冲角下其受冲蚀程度严重.提出了涂层冲蚀程度的评价计算公式,其计算结果与试验结果相吻合.为揭示风沙侵蚀机理及准确评价钢结构耐久性提供了依据.     

风沙对钢结构涂层的冲蚀磨损性能研究

采用气流挟沙喷射法,在不同的冲蚀速度、角度、浓度和时间等风沙冲蚀参数下,对钢结构涂层进行了风沙冲蚀的模拟试验,对试验材料质量损失、抗冲蚀磨损性能和微观失效表面进行了分析.结果表明:钢结构涂层的耐磨性较差;冲蚀率随冲蚀速度呈指数增长,在冲蚀角度为45°时存在低速和高速2个冲蚀阶段;涂层的质量损失在冲角为45°时最大,90°时最小,表现出从脆性材料向塑性材料过渡的特征;低冲角时,材料破坏方式以微切削作用为主,决定材料耐冲蚀性能的主要因素是其硬度;在高冲角时,材料破坏方式以挤压凿削作用为主,决定材料耐冲击性能的主要因素是其柔韧性;涂层质量损失随下沙率的增大在300g/min时出现峰值;涂层累积质量损失随时间大致呈线性增长,冲蚀过程存在明显的潜伏期、加速期和稳定期.     

钢结构表面涂层材料抗风沙冲蚀力学性能研究

分析了内蒙古中西部地区风沙冲蚀环境特征,通过测定钢结构涂层的厚度、密度、硬度、弹性模量、柔韧性、涂层与基材附着力等级等指标,研究了钢结构涂层材料抗冲蚀力学性能和不同风沙环境特征参数对涂层冲蚀的影响.结果表明：钢结构涂层的涂层硬度和弹性模量较小,而其柔韧性较大,涂层与基材附着力等级高;在风沙冲蚀过程中,涂层的冲蚀失重量均随着风沙流冲蚀速度的增大而显著增加,随着冲蚀下沙量的增加而增加,其在低角度冲蚀下的冲蚀失重量要大于高角度下的冲蚀失重量.     

温度老化对钢结构涂层耐风沙冲蚀性能的影响

利用模拟风沙环境侵蚀试验系统和模拟自然环境老化试验箱,对钢结构聚氨酯涂层进行高低温循环老化试验,并对老化程度不同的涂层进行风沙冲蚀试验.另外,通过扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和X射线衍射(XRD),分析了钢结构未老化涂层与老化程度不同的涂层在主要元素和晶体物相上的差异.结果表明:涂层在经历高低温循环老化后,出现了明显裂纹、起皮、皲裂,并出现白色结晶;与钢结构未老化涂层最大冲蚀率对应的冲蚀角度约为38°,而老化后的涂层与之对应的冲蚀角度为38°~45°;与未老化涂层相比,老化后的涂层耐风沙冲蚀能力降低,其SEM照片的清晰度明显降低;老化后的涂层元素发生明显变化;涂层的主要晶体物相为CaMg(CO3)2、 CaCO3、BaSO4和TiO2,在老化过程中并未产生新的物相.     

田口方法下混凝土受盐冻循环和风沙侵蚀研究

在盐冻循环基础上,利用模拟风沙环境侵蚀试验系统对混凝土进行了冲蚀试验研究.试验因子选取盐冻循环次数(0,5,10,25,35,45次),冲蚀速度(35,40,45m/s),冲蚀角度(15°,54°,90°)和沙流量(60,110,160g/min),并采用L18(61×33)田口方法设计试验,以减少全因子下的试验数量;同时应用扫描电镜观测混凝土受盐冻循环后的微观形貌,分析产生最大冲蚀率的原因及冲蚀机理.试验结果表明,当盐冻循环25次,冲蚀速度45m/s,冲蚀角度90°和沙流量60g/min时,混凝土冲蚀率最大;方差分析(ANOVA)结果表明,冲蚀角度对混凝土冲蚀磨损影响最大,其贡献率为72.48%.     

气固两相流条件下混凝土受冲蚀磨损性能及碳化深度研究

通过混凝土在风沙环境下的冲蚀磨损试验研究,分析和探讨了混凝土在气固两相流条件下的冲蚀磨损性能及其对碳化深度的影响。试验结果表明:风沙流冲蚀速度是影响混凝土材料冲蚀磨损的主要因素,混凝土材料的冲蚀率随着风沙流冲蚀速度的增加而增大。混凝土在受风沙冲蚀磨损过程中没有明显的孕育期,但随着冲蚀时间的延长有上升期和稳定期。风沙环境下的混凝土碳化深度大于无风沙作用下的混凝土碳化深度;混凝土背风面碳化深度小于迎风面;随着混凝土强度的提高,其密实度增加,渗透性减小,风沙引起气体在混凝土内部的渗透作用减弱,碳化深度减小。     

沥青改性环氧树脂冲蚀磨损性能

测试了沥青改性环氧树脂材料的力学性能和冲蚀磨损性能,研究了沥青掺量(质量分数)对环氧树脂力学性能和冲蚀磨损性能的影响,并分析了其冲蚀磨损机理.结果表明:沥青的加入降低了环氧树脂的拉伸强度,但在一定程度上提高了其冲击韧性;沥青改性环氧树脂材料的冲蚀行为表现出半塑性材料的冲蚀特征,最大冲蚀率出现在冲蚀角为45°时,其冲蚀率随冲蚀速率增加而增大,冲蚀率与冲蚀速率呈幂函数关系,速率指数为2.74~3.17;沥青掺量为10%时,沥青改性环氧树脂表现出良好的冲蚀抗力,适合用作强风沙流地区混凝土桥梁墩身等的冲蚀磨损防护材料;沥青改性环氧树脂材料的冲蚀是冲蚀能量法向分量和切向分量共同作用的结果,法向分量使材料表面产生裂纹和破碎,切向分量使材料表面产生切削.     

砂子级配对砂浆冲蚀磨损性能的影响

处在强风沙流地段的混凝土结构会受到强风挟带沙粒的的冲蚀磨损,造成混凝土结构耐久性的降低。本文采用气流挟沙喷射法模拟戈壁风沙流环境,对不同砂子级配砂浆进行冲蚀磨损试验,研究冲蚀参数及砂子级配对砂浆冲蚀磨损性能的影响。试验结果表明,不同砂子级配砂浆在各冲蚀速度下,90°冲蚀时冲蚀率最高,而30°冲蚀时冲蚀率最低,与传统脆性材料的冲蚀规律相一致。砂浆试样所用砂子的级配影响其冲蚀率,砂浆试样所用砂子的级配越小,则其冲蚀率越大,级配越大,则其冲蚀率越小。不同砂子级配砂浆短期内的冲蚀机制主要为选择性冲蚀。     

风沙环境下动车组车顶绝缘子冲蚀磨损的仿真研究

为研究动车组车顶支柱绝缘子不同部位的冲蚀磨损情况,采用RNG K-epsilon湍流模型及离散相模型,实现了对绝缘子冲蚀磨损的数值模拟。仿真结果表明,绝缘子伞裙边缘的磨损速率随位置的变化呈"M"状分布,最大磨损位置为45°角附近;仿真结果与试验验证结果能够较好吻合,可为风沙环境下绝缘子结构的优化及运行寿命预测提供依据;伞裙迎风面各部位的冲蚀磨损率随着气流速度及沙尘颗粒粒径的增大而增大,且最大冲蚀磨损率位置向外侧偏移。     

防砂筛管金属平纹编织网冲蚀模拟分析

针对金属平纹编织网在油井防砂过程中的冲蚀磨损问题,基于Realizable k-ε模型和离散相模型模拟固液两相流动,采用McLaury模型计算壁面冲蚀速率,研究了金属平纹编织网冲蚀磨损的特点及流场分布特征,分析了各因素影响下的冲蚀磨损规律。结果表明:金属平纹编织网冲蚀严重区域集中在下纬丝靠经丝区域;在不考虑砂粒堵塞的工况下,金属平纹编织网冲蚀率随流体流速增加呈指数增长,随含砂质量分数及砂粒直径增加呈线性增长;冲击角度越大,冲蚀率越高,当冲击角度为90°时冲蚀率最大,随着冲击角度的降低,冲蚀破坏区域逐渐向经丝上表面和下纬丝与经丝交汇处发展。