本文關鍵詞：2A02鋁合金近壁面激光空泡潰滅特性及作用機理研究

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【摘要】：空蝕和空化是發(fā)生在水利機械的一種無法避免的現(xiàn)象,危害極大。近年來,科學家開始探索利用空泡潰滅的極限條件進行空化強化方面的研究,轉換思路,將破壞力轉換為加工工具。由于激光空泡因為具有良好的對稱性、可操控性,逐漸成為研究空泡射流和沖擊波的重要手段,本文以激光空化泡為研究對象,研究激光空化強化機理.利用仿真計算與實驗相結合的方法,重點研究了激光空化對于2A02鋁合金靶材的作用效果,分析不同條件下,包含液體、泡壁距離以及激光能量等不同參數,對比激光空化對于靶材作用效果的差異,研究空泡潰滅射流和沖擊波壓力的作用機制,驗證激光空化強化的可行性,并得到合理的激光空化強化工藝參數,使激光空化強化技術真正有實用價值。具體的研究內容與結果如下:(1)在FLUENT中建立近壁面激光空泡的模型,采用VOF多相流模型結合空化模型,利用Navier-Stokes方程和激光熱效應方程將激光能量合理轉化為FLUENT參數,數值模擬了不同液體及不同無量綱常數?下中空泡的潰滅特征,結果表明:無量綱常數?在過大(?=2)和過小(?=0.4)時,空泡潰滅時表面均不易形成凹坑,只有當?=1.2時,空泡表面發(fā)生明顯的凹陷。同時液體的粘度有利于維持空泡壁的穩(wěn)定,而液體的表面張力和飽和蒸氣壓對于整個空泡潰滅特征沒有明顯的影響。(2)通過數值模擬不同液體及不同無量綱常數?下空泡潰滅的射流速度,分析出造成空泡射流速度差異的原因;利用水錘公式計算由空泡射流產生的射流沖擊壓力,并將所得到的射流沖擊壓力與2A02鋁合金的屈服強度進行對比,發(fā)現(xiàn)射流沖擊壓力不足以對材料表面產生破壞,驗證了射流壓力對于靶材表面強化改性的可行性。(3)選擇2A02鋁合金作為實驗靶材,利用激光在水、乙醇、硅油三種不同液體中的靶材附近產生空泡,借助高速攝像機拍攝激光空泡在靶材壁面的整個脈動過程,并將仿真得到的空泡脈動過程與拍攝結果對比,驗證仿真模擬的正確性;對比不同液體及泡壁距離H下靶材的表面形貌,分析了空泡潰滅時的射流和沖擊波對于靶材表面的作用機制及改善效果;同時在實驗中改變激光的能量和空泡與靶材壁面的距離,進一步討論了不同的激光能量和泡壁距離H對于靶材表面殘余應力的影響,結果表明激光能量越大,靶材表面的殘余壓應力越大,而隨著H的增大,靶材表面的殘余應力值先增大后減小;對比三種液體中靶材殘余應力的大小,可知三種液體中的殘余應力均為殘余壓應力,表明激光空化作用對于靶材表面性能有一定的提升,并將實驗得到的殘余應力值與仿真得到的射流壓力進行對比,發(fā)現(xiàn)兩者的趨勢基本一致,驗證了仿真結果的準確性。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21;TN249

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