本文關(guān)鍵詞：超音速火焰噴涂中粒子與基體撞擊行為的數(shù)值研究

  更多相關(guān)文章： 超音速火焰噴涂 沖擊動力學(xué) 粒子 涂層 數(shù)值模擬計算

【摘要】：超音速火焰噴涂技術(shù)為熱噴涂的一個分支,目前已取代等離子噴涂而成為熱噴涂的主流。它是通過Laval噴管噴出的高溫高速焰流將噴涂粒子加速加熱到一定程度后與基體撞擊,依靠基體與粒子的塑性變形及粒子的部分融化而實現(xiàn)粒子與基體間的結(jié)合。在噴涂過程中,粒子的速度較高,對基體的沖擊作用很大,結(jié)合強度很高;而粒子溫度相對較低,粒子不易發(fā)生氧化,且對基體的熱影響較小,易于形成致密性好的高性能涂層。本文采用數(shù)值模擬的手段系統(tǒng)的研究了在超音速火焰噴涂過程中,粒子的初始狀態(tài)與基體的狀態(tài)對粒子與基體碰撞過程的影響,研究結(jié)果表明:粒子的變形主要發(fā)生在撞擊過程的初始階段,粒子變形的90%是在前二分之一的時間內(nèi)完成。粒子的直徑對粒子與基體的變形沒有影響,但對粒子與基體撞擊過程的持續(xù)時間有重要的影響。撞擊過程持續(xù)時間與粒子的直徑成正比,粒子的直徑越大,撞擊持續(xù)時間越長。隨著粒子初始速度的增加,粒子的扁平化程度降低;而粒子與基體的接觸面積以及基體對粒子作用力的縱向分量變大,這有利于提高涂層的結(jié)合強度及致密性。升高粒子初始溫度有利于提高粒子的扁平化程度以及粒子與基體的接觸面積,從而提高涂層的結(jié)合強度和致密性,形成性能良好的涂層。基體的狀態(tài)同樣對粒子與基體的撞擊具有重要的影響。提高基體初始溫度有利于增大界面接觸面積,從而提高界面結(jié)合強度,而提高基體強度的效果相反,較高的基體強度將使得粒子與基體的接觸面積降低,減小界面結(jié)合強度。同時應(yīng)該注意到,當(dāng)粒子的初始速度下降到一定程度或基體的強度增加到一定程度時,粒子的濺射部分將與基體接觸,雖然此部分接觸面積不能提高界面接觸強度,卻可以避免或減少飛濺的產(chǎn)生。
【關(guān)鍵詞】：超音速火焰噴涂 沖擊動力學(xué) 粒子 涂層 數(shù)值模擬計算
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 超音速火焰噴涂技術(shù)10-13
• 1.2.1 超音速火焰噴涂原理10-11
• 1.2.2 HVOF噴涂技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展11-12
• 1.2.3 超音速火焰的特點12-13
• 1.3 超音速火焰噴涂的數(shù)值研究進展13-15
• 1.3.1 國外超音速火焰噴涂數(shù)值模擬現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 國內(nèi)超音速火焰噴涂數(shù)值模擬進展14-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 粒子與基體撞擊數(shù)學(xué)模型的建立16-36
• 2.1 ABAQUS有限元軟件簡介16-18
• 2.2 有限元方法對物體運動的描述18-20
• 2.3 采用ABAQUS求解大變形的關(guān)鍵技術(shù)20-23
• 2.3.1 HVOF噴涂中粒子與基體的撞擊特點20
• 2.3.2 沙漏控制（hourglass control）20-21
• 2.3.3 ALE自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)21-22
• 2.3.4 穩(wěn)定性控制及時間增量22-23
• 2.4 材料的本構(gòu)模型23-27
• 2.4.1 數(shù)值模擬計算中常用的材料本構(gòu)模型23-27
• 2.4.2 HVOF中粒子與基體碰撞所采用的材料本構(gòu)模型27
• 2.5 碰撞-接觸算法27-33
• 2.5.1 碰撞-接觸的協(xié)調(diào)條件28-29
• 2.5.2 碰撞-接觸算法之罰函數(shù)法的有限元實現(xiàn)29-33
• 2.6 粒子與基體碰撞中的一些假設(shè)33-34
• 2.7 粒子與基體碰撞的有限元模型建立34-35
• 2.8 本章小結(jié)35-36
• 第三章 粒子狀態(tài)對撞擊過程的影響36-57
• 3.1 有限元模型合理性驗證36-39
• 3.2 粒子尺寸對撞擊過程的影響39-45
• 3.2.1 粒子與基體撞擊的動態(tài)變形行為39-40
• 3.2.2 WC-17Co粒子直徑對撞擊狀態(tài)的影響40-43
• 3.2.3 粒子尺寸對撞擊歷程的影響43-45
• 3.3 粒子初始速度對撞擊過程的影響45-51
• 3.3.1 粒子初始速度對撞擊狀態(tài)的影響46-49
• 3.3.2 粒子初始速度對撞擊歷程的影響49-51
• 3.4 粒子初始溫度對撞擊過程的影響51-55
• 3.4.1 粒子初始溫度對撞擊狀態(tài)的影響51-54
• 3.4.2 粒子初始溫度對撞擊歷程的影響54-55
• 3.5 本章小結(jié)55-57
• 第四章 基體材料特性對撞擊過程的影響57-66
• 4.1 基體初始溫度對撞擊過程的影響57-62
• 4.1.1 基體初始溫度對撞擊狀態(tài)的影響57-60
• 4.1.2 基體初始溫度對撞擊歷程的影響60-62
• 4.2 不同基體材料對撞擊過程的影響62-65
• 4.2.1 不同基體材料對撞擊狀態(tài)的影響62-64
• 4.2.2 不同基體材料對撞擊歷程的影響64-65
• 4.3 本章小結(jié)65-66
• 第五章 結(jié)論66-67
• 參考文獻67-72
• 發(fā)表論文和參加科研活動說明72-73
• 致謝73-74

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