柔性与形态耦合仿生抗冲蚀三维数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分别对4种具有不同表面形态(光滑、凹坑形、柔性与光滑耦合、柔性与凹坑耦合)的试件的耐冲蚀性能进行了三维数值模拟,计算出冲蚀磨损过程中等效应力的变化情况,并与试验结果进行了对比.结果表明,数值模拟的试件耐冲蚀顺序依次为:柔形与凹坑耦合>柔形与光滑耦合>凹坑形态>光滑形态,该结果与...     

新疆岩蜥三元耦合耐冲蚀磨损特性及其仿生试验

选取新疆岩蜥为典型动物,以形态、结构、材料作为因素设计仿生耦合试样,通过喷砂试验检验耦合试样表面的冲蚀磨损特性。喷砂试验选用粒径为1000μm的Al2O3颗粒为磨料,对LY12硬铝合金与45#钢为基底的仿生耦合试样进行试验。结果表明,在冲蚀时间为180 s,入射角为30°,入射距离为200 mm,空气压力为0.4 MPa条件下,耦合试样耐冲蚀磨损性能较对照试样提高18.7%。耦合试样特征因子最优组合为以LY12硬铝合金为基底材料,非光滑单元形态的形状为圆形凹坑、直径为3 mm,单元间距为6 mm的规则分布,表面涂层(Al2O3+13%TiO2)厚度为100μm。     

输油管道90°弯管冲蚀磨损数值模拟研究

为了研究输油管道系统的冲蚀磨损问题,运用ANSYS FLUENT软件,通过改变管道进口流速、颗粒质量流量、颗粒直径,对90°弯管的流场分布及磨损情况进行了数值模拟。结果表明,随着进口流速的增加,弯管的冲蚀率逐渐上升;随着颗粒直径的增大,弯管的冲蚀率总体呈下降趋势;随着颗粒质量流量的增大,弯管的冲蚀率基本呈线性增长;进口流速、颗粒质量流量、颗粒直径等3个冲蚀影响因素之间存在交互作用。     

外加剂及其交互作用对水泥胶砂试件抗压强度的影响

通过正交设计,选择了四因子三水平L3427的正交表,进行了27组试验,检测了试件的1d和28d的抗压强度,采用了极差分析、方差分析、影响率分析、试验水平分析和多重比较T法的分析方法,研究了影响水泥胶砂试件强度的显著因素和外加剂之间的交互作用.结果表明,影响1d抗压强度的特别显著因素是水泥用量,显著因素是膨胀剂、增黏剂,外加剂之间的交互影响可以忽略.影响水泥胶砂28d抗压强度的特别显著影响因素是水泥用量、速凝剂以及增粘剂,显著的是膨胀剂和速凝剂的交互作用.     

钛合金TC4铣削加工对表面粗糙度的影响试验

为了探索钛合金材料TC4铣削参数对表面粗糙度的影响,对钛合金材料TC4进行了逆铣铣削试验,设计了以铣削深度、主轴转速、每齿进给量为主要因素的单因素试验,通过对比试验得到了铣削三要素对被加工工件的表面粗糙度的影响规律;通过三因素四水平正交试验,利用极差分析和方差分析得到主轴转速、铣削深度以及每齿进给量对工件表面粗糙度影响的显著性。试验表明:在无冷却液情况下,工件表面粗糙度随主轴转速增大先逐渐增高之后逐渐降低;随铣削深度的增大而增大;随每齿进给量增大而增大;每齿进给量对表面粗糙度的影响较大,其次是主轴转速,铣削深度影响较小。     

再生粗骨料混凝土的抗压强度正交试验分析

为研究影响再生混凝土抗压强度的因素,把实验室废弃C30混凝土试块加工处理后制成粒径为5~31.5 mm的骨料,并对这种骨料按不同掺量配制的混凝土试样进行抗压强度试验。试验表明,水灰比和龄期相同时,混凝土的抗压强度随着再生骨料掺入量的增加先增大后减小。结合正交试验法,考虑到再生骨料的取代率、水灰比、混凝土的龄期等因素对混凝土抗压强度的影响,同时,也考虑到这些因素之间交互作用的因素对其影响。结合方差分析法建立了影响混凝土抗压强度的影响率及评价方法。研究发现,影响混凝土抗压强度的主要因素是龄期,其次为再生粗骨料的掺入量,最后为水灰比;而交互作用因素中,粗骨料取代率与水灰比交互作用影响最大,龄期与粗骨料取代率的交互作用影响最小,此成果对再生混凝土应用具有重要的理论意义。     

仿生齿轮抗接触疲劳性能的试验研究

为了提高传动齿轮的抗接触疲劳性能,依据生物耦合耐磨原理,模仿潮间带贝类体表设计了9种条纹状组织非光滑仿生表面形态和软硬相间结构,利用激光微区处理技术进行了仿生抗接触疲劳圆柱滚子试件的制备。利用仿生圆柱滚子试件对滚模拟了齿轮副的啮合传动,通过正交试验及其优化方法优选出适合的仿生表面制备工艺参数和形态分布参数,从而制备出具有良好环境适应性和实用性的仿生齿轮。经啮合传动试验表明,仿生齿轮的抗接触疲劳性能较普通齿轮提高20%以上,表面润滑条件改善、碎屑有效收集、散热面积增大、裂纹传播阻断等综合作用是仿生齿轮抗接触疲劳性能提高的主要原因。     

基于沙漠蜥蜴体表仿生凹坑形态的抗冲蚀磨损机理分析

根据生物进化的科学理论和逻辑,分析了沙漠蜥蜴抗风沙冲蚀磨损的进化策略选择,并提出了风是风沙冲蚀磨损的主要因素和研究风沙冲蚀的主要矛盾点.在仿沙漠蜥蜴体表形态提取的典型凹坑形态的基础上,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,分析了具有凹坑形态表面的空气流场形式,解释了仿生凹坑形态抗冲蚀磨损的机理,补充了沙漠蜥蜴抗风沙冲蚀的进化策略,为工程仿生设计提供了理论参考.     

封严涂层的抗冲蚀性与冲蚀速度的关系

在自制的真空自由落砂式冲蚀磨损试验机上,对几种中温封严涂层的冲蚀率与冲蚀速度之间的关系进行了试验研究。结果表明,冲蚀率与冲蚀速度存在幂函数关系,速度指数随冲蚀角度增大而增大,在较高角度冲蚀时,速度指数比一般塑怀材料和脆性材料的高。基于冲蚀压痕效面,较好地解释了在９０°冲蚀时涂层的冲蚀率与冲蚀速度３次方成正比的关系。     

烟气轮机叶材气动冲蚀行为研究

研究了气流中微粒对烟气轮机叶片材料的冲蚀行为.用石英砂气动冲蚀试验研究表明:叶材冲蚀率随着冲蚀颗粒尺寸的增大而增加;攻角对烟气轮机叶片材料(NiCr30Co18Ti)的冲蚀率影响不大.进一步通过扫描电镜对冲蚀后的表面形貌进行观察,发现烟气轮机叶片材料的冲蚀以切削与唇片脱落为主.     

Gas-solid erosion on bionic configuration surface

A three levels orthogonal table-L9(34) was used,namely,impact angle,rotating speed,erodent size,and surface configuration were considered.The three bionic surface configurations are pit,groove,and ring.The experimental results indicate the experiment factors affecting erosive rate are,in their sequence of contribution,erodent size,impact angle,configuration,and rotating speed;the erosive rate increased with increase in rotating speed,erodent size;the erosion resistance of the sample with ring structure is higher than that of the other two samples.Based on this result,regression orthogonal experiment was carried out to select the optimal erosion resistance condition with respect to the ring bionic surface configuration.Regression equations between erosive rate and experimental factors of ring surface configurations were obtained.     

油田采出水系统腐蚀试验研究

通过对陇东油田采出水水质的分析，确定出CO2、硫酸盐还原菌(SRB)、矿化度是造成采出水系统腐蚀的三个主要因素，并针对上述因素进行了静态和动态实验研究．实验结果表明．SRB的存在加速了腐蚀过程，腐蚀速率提高2倍以上．是影响腐蚀的最主要因素．CO2对腐蚀的影响也很显著，随CO2浓度提高腐蚀速率加快，CO2的腐蚀过程可用Dewaard模型来预测．矿化度大于2．5g／L时，随矿化度增大腐蚀速率线性提高；结合腐蚀产物表面形貌和组成的电镜扫描分析．进一步明确了腐蚀成因．     

氟塑钢复合管冲蚀磨损性能的试验研究

通过实验研究适用于电厂余热深度回收的新型氟塑钢复合管的冲蚀磨损性能,主要考察在刚玉砂和煤灰两种颗粒冲蚀下,气流速度、温度与颗粒质量浓度等对复合管中低速气流冲蚀磨损的影响.通过扫描电子显微镜对冲蚀磨损后的表面微观形貌进行观察,初步探讨冲蚀磨损机制.结果表明,在中低速度下,复合管的冲蚀磨损速率随气流速度的变化呈幂函数关系;在两种不同颗粒的冲蚀下,复合管的冲蚀磨损速率随颗粒质量浓度的变化均近似呈线性关系;复合管的冲蚀磨损速率随气流温度的升高而降低,但变化幅度不大;微观形貌分析显示,复合管表面受到颗粒反复垂直冲击时主要发生塑性变形,局部出现显微裂纹,在受到颗粒的反复斜向冲击时主要发生切削和犁耕.     

Erosive Wear Study of PPLSF/Glass Fiber ReinforcedHybrid Laminates

This work is focused to examine the erosive performance of hybrid Palmyra palm leaf stalk fiber (PPLSF)/glass polyester laminate against solid particle bombardment. A hand lay-up method was adopted for the fabricating four piles of five distinct laminates with different stacking order glass and PPLSF layers. Amongst them, one group of pure PPLSF and pure E-glass laminates were fabricated. The hybrid laminates were exposed to high speed stream of solid sand particle at three distinct impact velocities (48, 70 and 82 m/s) and four different angles of impingement (30°, 45°, 60° and 90°). The effect of particle velocity, angle of impingement and stacking order on both wear rate and efficiency were highlighted. The experimental assessment reveals a significant improvement in erosive wear resistance properties due to hybridization of PPLSF with E-glass. Again, the laminates with PPLSF layer as skin and glass as core layer exhibited better erosive wear resistance properties than other types of laminates. Further, a maximum value of erosion at lower velocity (48 m/s) is also noticed at 45° impingement angle. However, at high velocity of impact 70 m/s and 82 m/s, the maximum rate of erosion has been shifted from 45° impact angle to 60° impact angle. The alternation of this semi-ductile character to semi-brittle character is evidenced by analyzing the experimental data. Further to justify the mode of erosion, the eroded surface samples were inspected by scanning electron microscope (SEM).     

非均匀流与颗粒组成对管涌影响的试验研究

管涌的发展是个复杂的过程,受多种因素的影响,本文针对水流条件和试样颗粒组成两个因素进行了管涌发展的砂槽模型试验研究,观察并分析了两种典型的非均匀水流条件和三种试样颗粒组成下管涌发生发展的过程。试验结果表明,水流发散时,管涌口流量较小,管涌破坏的临界水力梯度大,侵蚀速度慢,侵蚀发生前试样内的水力梯度沿着水流发散方向逐渐减小;反之,水流汇聚时,管涌口流量大,管涌破坏的临界水力梯度小,侵蚀速度快,侵蚀发生前试样内的水力梯度沿着水流汇聚方向逐渐增大。此外,在相同的水流条件下,当试样中的细颗粒越粗时,管涌发生的临界水力梯度越大,管涌通道发展的速度也就越慢。     

环形燃烧室点火过程的实验与数值研究

对多喷嘴旋流环形燃烧室的周向点火过程进行实验研究和数值模拟. 数值方法采用非稳态雷诺平均(RANS)、自适应网格加密(AMR)方法和加州大学圣迭戈分校（UCSD）详细反应机理. 将数值模拟所得的火焰周向联焰、合焰和放热率与实验结果进行对比. 结果表明,数值计算所得的火焰周向传播过程与实验中高速相机记录的火焰传播过程整体相符. 计算所得的火焰面积和放热率变化与实验所得的积分亮度变化曲线较符合. 实验和数值结果均表明,在点火过程中存在拱形火焰、周向传播模式以及不对称的火焰汇合. 所采用的数值方法能够基本模拟环形燃烧室中的火焰传播过程. 与实验相比,数值计算能揭示更多流场和火焰传播的细节,但是数值结果依赖于实验的标定.     

风沙环境下钢结构涂层的冲蚀摩擦学性能

针对内蒙古中西部地区钢结构体系表面涂层长期遭受风沙环境冲蚀的这一现状,采用气流挟沙喷射法,模拟风沙对钢结构涂层的冲蚀.研究了风沙冲蚀力学参数对钢结构涂层冲蚀率的影响;探讨了涂层冲蚀损伤的摩擦学机理;分析了钢结构涂层的冲击摩擦因数变化规律.结果表明:涂层的冲蚀率均随着冲蚀速度呈指数增长,速度指数n为2.39~2.43;在45°时涂层的冲蚀率最大,90°时涂层的冲蚀率最小,低冲角时的冲蚀率大于高冲角时;涂层的摩擦因数处于0.37~0.42,涂层磨损的Taber指数为81.9×10-3mg/r,涂层的耐磨性较差.涂层损伤的摩擦学机理是:低冲角时的微切削作用或高冲角时的挤压凿削作用造成涂层的损伤占主导,涂层表面微裂纹扩展交叉,以致断裂剥落,造成的损伤次之;涂层冲击摩擦因数离散性较大,且随角度增长呈降低趋势;冲击摩擦因数与冲蚀率随角度的变化并不一致.     

钛合金正交切削过程数值模拟

为了研究刀具磨损、加工表面残余应力分布,优化高速切削参数,基于切削条件下材料屈服流动特性、刀具-切屑界面接触摩擦行为以及单元网格划分,建立切削加工过程的有限元仿真模型.通过此模型模拟了钛合金连续状和锯齿状切屑的形成过程.以观察实际切屑形态,验证了该模型的有效性.     

Erosion wear experiments and simulation analysis on bionic anti-erosion sample

The dorsal surface of a desert lizard has excellent particle erosion resistance.In this paper,a bio-inspired sample was designed and fabricated based on the biological characteristics of the dorsal skin of the desert lizard(Laudakin stoliczkana).The bionic sample consists of two materials with different characteristics,which form a two-layer composite structure.The particle erosion property and erosion wear mechanism of the bionic sample was studied by means of sandblast experiment and numerical simulation,respectively.The experimental results show that,in the stage with steady abrasion rate,the weight loss per unit time of the bionic sample is about 10%lesser than the control sample.The numerical simulation indicated that the two-layer structure of the bionic sample can efficiently absorb the normal stress,and dissipate the stress in the horizontal direction.Thus,the stress concentration on the sample surface is suppressed.The two-layer structure is contributed to the decentralizing of the stress distribution,and thus the occurrence probability of erosion damage can be decreased.