磨料形状对磨料气体射流冲蚀性能的影响研究

为明确磨料形状对高压磨料气体射流冲蚀效果的影响规律,基于LS-DYNA数值分析了磨料冲蚀靶体应力分布,根据横向裂纹和纵向裂纹建立了考虑磨料球形度的磨料射流冲蚀体积计算模型;分析了磨料形状的球形度,通过高压磨料气体射流破岩实验得出了磨料形状对冲蚀体积影响规律;对比分析理论计算结果和实验数据,验证计算模型吻合度较高,模型数学形式简单,且具有较好的工程适用性;结合理论分析和实验结果得出,磨料形状对冲蚀效果具有显著影响,随磨料球形度的增大,冲蚀体积呈指数增加;在相同冲蚀粒子数以及冲击动能情况下,磨料粒子球形度越高,棱角越尖锐,冲蚀体积越大。为高压磨料气体射流的磨料优选提供理论依据,冲蚀性能预测提供简易算法。

基于有限元模拟研究不同形状磨料对高铝砖的冲蚀磨损

以石英砂、棕刚玉、碳化硅为磨料,对III等高铝砖进行常温垂直冲蚀磨损。假定磨料为动能相同的球体、正方体和正四棱锥,建立单粒子冲蚀模型对冲蚀试验进行有限元模拟,采用线弹性材料模型分析不同形状磨料的冲击行为,采用JH-2材料模型计算靶材的冲蚀磨损率和最大等效应力。结果表明:正方体和正四棱锥磨料的接触时间、垂直压入深度、冲击效率均相当,且远大于球体磨料;冲蚀磨损率的模拟结果和试验结果、靶材最大等效应力三者均与磨料圆度成反比,模拟结果略低于试验结果。对靶材冲蚀前后表面进行显微结构分析,钝角磨料(石英砂)的主要冲蚀机制是缺陷部位的断裂和基质的切削,尖角磨料(碳化硅)的主要冲蚀机制是骨料的断裂和基质的犁削。