《高壓淹沒水射流強化材料表面機理及尺度效應研究》是依託江蘇大學，由劉海霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高壓淹沒水射流強化材料表面機理及尺度效應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉海霞
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以對流場的研究作為水射流強化材料表面機理研究的切入點，運用平面雷射誘導螢光法和粒子圖像測速技術對200MPa量級高壓淹沒水射流流場中的流動速度、流束脈動、流動結構及演化特徵、剪下層空化形態進行定量測量。進而以TC4鈦合金作為研究對象，改變射流壓力、靶距與淹沒深度，對試樣進行射流強化實驗。對強化過的試樣表面進行顯微組織分析與性能測試，採用三維輪廓掃描技術對材料表面的形貌尺度進行描述與統計，用顯式動力學方法對材料表面的應力和應變的瞬態變化過程進行數值模擬。本研究擬建立與材料表面形貌相關聯的射流流動結構與剪下層空化形態描述方法，獲得不同尺度流動結構和剪下層空化對TC4鈦合金進行強化的數理模型，建立從材料表面特徵識別射流流束衝擊強化和空化強化的方法，獲得高壓淹沒水射流影響TC4鈦合金性能變化的微觀機制。本研究為合金材料的空化強化和射流加工工藝提供有力的支撐，並提升對淹沒射流作用機理的認識。
結題摘要
項目研究過程中，對小尺度淹沒水射流進行了實驗研究與數值模擬研究。通過光學無接觸式流動測量，獲得了1.5 mm流束直徑高壓水射流流束中的速度分布與沿程衰減規律，進而利用水射流對Ti-6Al-4V試樣進行了衝擊實驗，獲得了試樣受水射流衝擊後的表面屬性變化，試樣的測量結果間接反映了淹沒水射流的流體動力學行為。通過X射線測定了被水射流衝擊的試樣表面的殘餘應力，通過三維光學輪廓掃描技術觀測了被衝擊試樣的表面形貌。藉助ANSYS軟體數值研究得到了水射流流場中的空化區形態，證實了空化區的產生是由於水射流流場中射流束與環境介質之間的剪下作用所致。試樣表面的定量形貌特徵也證明了水射流對材料的破壞作用是由於空化泡的潰滅與反覆衝擊作用所致。結合研究結論對已有的淹沒水射流理論進行了完善。項目研究過程中，發表研究論文7篇，其中SCI檢索4篇，出版專著1部，培養研究生3名，其中2人已畢業。
