基于高速摄像与PIV技术的喷丸丸粒运动特征研究

喷丸作为一种重要的金属表面机械处理工艺,其加工质量与固体丸粒在高速气流作用下的运动规律密切相关。探究一种精确可行的喷丸丸粒速度测量方法,明确喷丸丸粒流的空间散射特征和速度场分布特征,对于优化喷丸工艺参数至关重要。基于高速摄像机,搭建了喷丸丸粒运动高速图像数据采集系统,捕捉喷丸中丸粒的瞬时空间位置变化特征。采用Photoshop图像处理软件对采集的照片进行预处理,获得具有高对比度的丸粒流黑白二值化图片。使用开源的粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)软件PIVLab对丸粒流图像进行数据处理,获得喷丸丸粒流的速度场结果。结果表明,在喷气压力为0.4 MPa,采用0.4 mm铸钢丸粒条件下,丸粒流的散射锥体倾角为10°,丸粒最大运动速度约为46.5 m/s。在不同的空间截面上,丸粒运动速度呈现高斯分布特征,且其标准差随丸粒与喷嘴之间的距离增大而增大。丸粒在离开喷嘴后速度迅速增长至稳定值,速度变化符合Logistic函数特征。与经验公式相比,所得到的丸粒速度场分布公式更加准确,且能体现丸粒的空间分布特征。

基于高速摄像法粉碎机物料颗粒流场分布研究

物料分离过程颇为复杂,分离流道内高速运动物料颗粒流场分布情况的研究也鲜有报道。基于上述现状,使用高速摄像机对新型锤片式饲料粉碎机分离流道内物料颗粒的流场分布情况进行图像采集,并使用PIVlab软件对采集到的图像进行分析比较,找出了物料颗粒在流场中的分布规律,为锤片式粉碎机的进一步优化提供了理论参考。

基于底摩擦试验的硬岩岩质边坡变形过程及破坏机制研究

针对不同倾向、不同倾角条件下,边坡变形破坏特征不同但缺乏相互对比分析研究的现状,在充分考虑硬岩岩质边坡变形破坏特征的基础上,配制硬岩相似材料,采用底摩擦试验方法,分析不同倾向、不同倾角边坡变形破坏模式,并借助PIVlab技术进行分析。结果表明:顺倾和反倾边坡变形破坏模式和破坏范围有明显区别。在45°坡度条件下,当顺倾边坡倾角由30°→45°→60°→80°转换时,变形破坏模式由滑移-拉裂→轻微滑移-弯曲(或滑移-剪切)→未有明显变形(整体稳定)→浅表部倾倒-拉裂逐渐演化。在45°坡度、反倾边坡条件下,变形破坏模式由岩层倾角30°和45°条件下无明显变形,逐渐向60°和80°条件下的倾倒-拉裂演化。当岩层倾角较陡时,反倾边坡破坏范围相对顺倾边坡更大,倾倒弯曲转折端更深。PIVlab结果反映出不同结构边坡条件下,不同位置的速度和位移矢量特征不同,且与宏观观察结果相吻合。研究成果能够为同类边坡的稳定性评价和治理设计提供一定参考。

软硬岩互层反倾高边坡变形破坏过程物理模型试验研究

反倾高边坡是工程界一类易致灾性地质体,为揭示软硬岩组合条件下斜坡倾倒变形内在机理,本研究通过配制相似材料,采用底摩擦实验分析软硬岩不同组合条件下的边坡破坏模式,并使用PIVlab工具箱进行分析。结果表明:软硬岩边坡在变形破坏模式上有较大的差异性,软岩边坡多以变形为主,层间多发生倾倒弯曲,垂直层面的裂隙产生较少,不易形成贯通破裂面;硬岩边坡多以倾覆折断破坏为主,岩层内部拉张裂隙发育并连通,最后产生阶坎状贯通破坏面;软硬互层边坡在倾倒弯曲之后,发生倾覆破坏,直至形成贯通破裂面。在含有硬岩层的反倾边坡中,更易出现“悬臂梁”式结构,这表明硬岩层更易发生折断破坏,所以硬岩层比例较多的反倾边坡,更易发生整体破坏。PIVlab计算结果与试验现象过程吻合性好,计算能正确反映边坡的位移矢量特点,并划分出变形特征范围。