磨料水射流铣削钛合金深度与表面粗糙度研究

磨料水射流铣削技术柔性大、工艺参数复杂,其加工性能难以有效控制。针对这一问题,本文首先通过响应曲面法研究了磨料水射流铣削钛合金时典型工艺参数对铣削深度和表面粗糙度的影响,并采用传统回归方式建立了经验预测模型;其次在结合磨粒磨损理论、高斯轮廓模型和表面成形分析的基础上,进一步建立了铣削深度和表面粗糙度的半经验预测模型;然后利用实验数据进行了参数标定;最后通过实验验证和对比了两种模型。结果表明,两种预测模型的平均误差均小于15%,相比经验模型,半经验模型既可以解释参数影响和铣削机理,又可以保证预测的准确率和稳定性,对于控制铣削深度和表面质量具有重要价值。

基于压痕理论的超高压射流喷射强化304钢表面特性研究

目的高压纯水射流喷射冲击金属表面可以提高材料的力学性能,延长其使用寿命,研究射流喷射过程中金属表面特性有助于掌握关键影响参数,为工业应用提供支撑。方法基于压痕断裂理论推导纯水射流喷射强化金属表面压痕方程式,采用数值模拟进行验证,并使用扫描电子显微镜、三维轮廓仪、显微硬度计及μsoft analysis软件对射流冲击强化后的304钢进行试验分析,采用单因素法及正交试验法考察超高压水射流压强、靶距和横移速度3个因素对射流冲击强化304钢微观特性及表面质量的影响规律。结果在水射流冲击强化304钢表面的过程中,压痕深度与射流压强及靶距直接相关,射流冲击可以有效改善金属表层微结构及应力分布,其强化层与剥落层的分界不明显,材料表面的微观形貌在射流压强改变时变化最大。结论高压纯水射流对304钢的表面强化效果显著,但过高的射流能量会对材料表面造成严重的剔除效果。3个因素对表面粗糙度影响的主次顺序为:射流压强、靶距、横移速度,对表面硬度影响的主次顺序为:射流压强、靶距、横移速度。

水射流切槽定向聚能爆破模型及数值模拟研究

提出了基于高压水射流切槽的定向聚能护壁爆破新方法,理论上分析了护壁材料对冲击波的削弱作用并推导出其应力波传播公式,分析了射流缝附近冲击波的叠加效应,并结合热激活理论和微裂纹成核理论,得出爆炸初期微裂纹主要分布在射流缝附近及其端部,而在爆炸中后期,爆生气体的准静态压力场对裂纹的持续扩展起主导作用,并在护壁材料、炸药聚能槽和射流缝的激励机制作用下,根据裂纹扩展模型得出射流缝附近及其端部的裂纹扩展最长;最后,应用ANSYS/LS-DYNA软件并采用ALE算法对其进行数值模拟,其效果与理论模型基本相符:损伤区域在射流缝方向上明显大于护壁材料保护方向,裂纹在聚能和射流缝方向发育最长。

磨料水射流切割碳纤维复合材料的表面粗糙度试验

采用超高压磨料水射流技术对碳纤维复合材料进行切割试验,借助μscan激光共聚焦显微镜重构样品切口的三维表面,测得样品切口表面粗糙度;研究了扫描分辨率对表面粗糙度测量的影响,以及切割速度、样品厚度对样品切口表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:扫描分辨率对表面粗糙度的测量无明显的影响;当切割深度较小(0～0.6 mm)时,即在切口入口处,表面粗糙度随切割深度的增大而减小,当切割深度较大(大于0.6 mm)时,表面粗糙度随切割深度的增大而增大;当样品厚度一定时,随着切割速度的增大,切口最大表面粗糙度在整体趋势上是增大的,而样品厚度的大小对表面粗糙度的影响并无明显的规律。

高压水射流螺旋式切槽辅助松动爆破模型

基于水射流独特的切割优势提出了高压水射流螺旋式切槽辅助松动爆破的新方法,实验研究了高压水射流切割煤岩体所形成缝槽的断口形貌并建立了其几何模型.在此基础上,基于断裂力学理论同时结合Westergaard方法,确定了复变函数,进而推导出爆生气体准静态作用下射流螺旋切槽孔的应力场公式,得到了射流螺旋切槽孔缝槽尖端应力强度因子计算公式,并分析了高压水射流切槽辅助松动爆破松动效应.最后,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对该模型进行了验证,结果符合较好.

前混合磨料射流磨料速度测试的新方法

前混合磨料射流超强的打击力主要是由高速磨料群提供的,因此,磨料速度测试是磨料打击力分布规律等研究的基础。针对传统研究方法的不足之处,笔者提出采用PIV技术结合自主编程设计的磨料中心识别程序,实现非接触式测试手段下磨料速度测试实验研究,并利用该方法简要分析了喷嘴结构对磨料速度的影响。结果表明,在一定范围内增加直线段长度有利于提高喷嘴出口处磨料的速度,表明在喷嘴直线段末端磨料依然处于明显的加速状态;增加收敛段长度对提高喷嘴出口处磨料速度有一定的作用,但磨料速度增幅不大;收敛角较大时,液相在收敛段前半段加速缓慢而在后半段过于剧烈,因磨料颗粒加速滞后于液相的原因导致喷嘴出口处磨料速度降低。

非淹没双空化射流流场及冲击特性数值模拟

空化射流具有比同等条件下普通水射流更强的冲击力,被广泛应用于各种领域。为进一步提高空化射流的工作效率,提出了新型的非淹没双空化射流。基于多相流Mixture模型和RNG k-ε输运方程,研究了双空化喷嘴中内外喷嘴径向间距D 0与出口轴向间距L,以及外喷嘴来流压力P 1对射流轴线速度、压力、含气率与比能的影响,并分析了最优D 0,L,P 1组合下射流冲击平板的壁面压力分布特征。研究结果表明,当D 0=1.5 mm,且L=2 mm时射流的流场特性最优,在此结构下的最优靶距为20~25 mm。对该非淹没双空化射流冲击特性分析发现,相比于传统中心体空化喷嘴,其可产生体积更大的空化云和更好的冲击效果。研究结果可为空化射流的高效应用提供理论基础。

超高压水射流拆除钢筋混凝土构筑物的研究现状及前瞻

我国目前有3%的建筑即将达到设计使用年限,建筑垃圾废料每年产生量在15.5~24亿t,约占城市固体垃圾总量的40%,造成建筑废料的原因是由于现阶段常用的机械拆除和爆破拆除技术对建筑物内部结构带来的振动冲击较强,使拆除后的材料和结构在强度和耐久方面无法满足后续的回收利用。因此,将现有建筑物中仍具备再使用价值的材料或者结构整体拆除,作为装配式建筑的有效建筑原料成为目前研究的重点问题,符合可持续发展的需要。为探究现有建筑物优化拆除方案,结合水射流技术的研究现状及技术特点,归纳超高压水射流冲蚀和切割钢筋混凝土材料的冲蚀机理、破坏演变过程、材料去除效率及影响因素,并探究利用超高压水射流技术拆除钢筋混凝土构筑物的技术优势以及超高压水射流制作“再生钢筋混凝土”装配式构件的应用前景。

风琴管喷嘴内表面粗糙度对高压射流特性的影响试验研究

风琴管自振空化喷嘴因兼具空化射流与脉冲射流的优点而被广泛使用。为探究大雷诺数下风琴管喷嘴内表面粗糙度对高压射流特性的影响,从而提高喷嘴作业效率。在理论分析紊流特性与表面粗糙度关系的基础上,通过试验探究了风琴管喷嘴内表面粗糙度对射流轴心压力脉动与扩散角的影响规律。试验结果表明,入口压力越大,粗糙度对射流的扩散角、轴心压力脉动峰值、压力脉动幅度的影响程度越大;对某一入口压力,存在一对应起始粗糙度值使得扩散角快速增大,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值急剧衰减;且入口压力一定时,存在一临界粗糙度值,粗糙度小于此值时,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值随靶距增大而先增大后减小;粗糙度大于此值时,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值随靶距增大而减小。根据试验数据,运用能量守恒定理,建立了射流轴心压力脉动峰值随表面粗糙度、入口压力、靶距变化关系的初步数学模型。

气力提升理论模型建立及验证

气力提升技术已成功应用于深井取水、石油开采及危险介质输送等领域,其系统常规特性已得到较为深入的分析,然而针对于此的理论模型研究却涉猎较少。基于动量定理,并结合压强梯度损失模型建立适用于液体输送的气力提升理论模型,从而数值计算得出液体表观速度随系统结构及运行参数的变化规律,并通过对小型气力提升系统的实验结果分析验证理论模型的可靠性。结果表明,存在一最佳气体表观速度使得液体表观速度达到最高,且峰值位置随浸入深度升高向低气体表观速度偏移。液体表观速度随管径增加在跨过其临界点之后亦出现先升后降之趋势,峰值点随气体体积流量增加表现出右移特征。在临界浸入深度之上,液体表观速度随其升高而上扬,且随气体流量降低曲线凹凸程度显著增加。此外,进气口位置下移有助于气力提升性能的增强。在临界实测结果与计算值吻合度较高,为气力提升系统的设计提供了理论依据。

射流式鱼泵输送草鱼的性能研究

为了分析射流式鱼泵输送草鱼的性能及其损伤因素,文章设计了一台喉管直径为60 mm的射流式鱼泵,开展了草鱼输送实验,并采用高速摄影和计算流体力学方法进行了研究。结果显示,该射流式鱼泵在扬程2.24m时最高草鱼输送能力达918 kg·h^(-1),其所需水功率为2.83 k W。进一步的检测表明,部分实验鱼有鳞片脱落的情况,但未出现游泳异常,解剖后也未发现内脏受损等情况;实验鱼在过泵后呼吸频率及部分血液指标存在明显变化,但在24 h内基本可以恢复。数值模拟和高速摄影方法分析得出,剪切层是造成实验鱼泵内鳞片脱落的主要原因,撞击伤是由内流偏转诱导实验鱼撞击泵内壁面产生的,包含压力梯度在内的水力因素都可能使实验鱼产生应激反应。但由于鱼类在泵内时间极短,上述因素都不会致实验鱼死亡。

磨料射流中高分子聚合物的微量添加对切割性能的影响

从提高射流利用率出发,在后混合磨料水射流切割系统中添加高分子聚合物(PAM),主要通过使用粗糙度轮廓仪考察大理石加工面粗糙度变化特征,进而揭示PAM浓度影响切割质量的机理及规律。结果表明,PAM溶液与纯磨料水射流所对应的加工面粗糙度沿切深方向变化均表现为在初始段略微减小后即显著上升。进一步研究还发现,PAM浓度在c≈400 mg/kg时才具有明显的减阻效果使得加工面粗糙度显著降低,且在c≈600 mg/kg时由于聚合物黏弹性应力与大量小尺度涡旋能级匹配实现最大限度减阻,由此可获得最佳的表面质量。此外,不同PAM浓度对表面粗糙度的影响程度随靶距或切割速度的增加显著提高,利用此特性可优化水刀工作参数以提高其加工效率。切缝宽度测试结果表明,其值沿切深方向在c≈600 mg/kg处收缩最小,这说明合适PAM浓度确能有效改善射流结构特征,达到提高射流切割能力之目的。

新时期下液压传动课程教学改革探索

液压传动课程作为机械专业学生必修的主干课程,在培养机械专业学生实践动手能力方面起着重要的作用。液压课程涉及机械电子、先进制造、自动控制等专业知识,知识点繁多,在教学过程中应该分清主次,科学合理地安排教学重点内容。同时,要改革实验内容和教学方法,根据教学方案来设计实验流程,从基础到综合、从理论到创新,引导学生从基本实践能力入手,逐步提高实验动手能力。

喉管与喷嘴截面积比对射流式鱼泵输送性能及鱼损的影响

为探究喉管与喷嘴截面积比对射流式鱼泵输送性能及鱼损的影响规律,该文设计了喉管与喷嘴截面积比分别为1.75和3的射流式鱼泵,以鲫鱼为试验对象进行鱼类输送试验,获得了不同喉管与喷嘴截面积比射流式鱼泵的输送能力及单位质量能耗,并采用表观损伤统计、解剖和血清指标检测等方法分析了射流式鱼泵喉管与喷嘴截面积比对鲫鱼损伤的影响。研究结果表明:在相同被吸流体流量工况下,喉管与喷嘴截面积比较小的射流式鱼泵输送鱼类能力较强,且单位质量能耗较低。试验中喉管与喷嘴截面积比为1.75的射流式鱼泵输送鱼类能力达到1913kg/h,而单位质量能耗仅为1.51kW.h/t。鱼类损伤的主要类型是局部鳞片少量脱落(轻度损伤),约占所有过泵鱼类的10%。在相同被吸流体流量下,喉管与喷嘴截面积比较小的射流式鱼泵中鱼类轻度损伤率较高,而喉管与喷嘴截面积比对重度损伤率影响较小;喉管与喷嘴截面积比较大的射流式鱼泵在输送过程中对少数鲫鱼肝脏造成的损伤较严重;而不同喉管与喷嘴截面积比射流式鱼泵输送过程均会对鲫鱼肾脏造成影响,但是这种影响在24h内可以恢复到未过泵时的水平。综合考虑输送能力及鱼损情况,喉管与喷嘴截面积比为1.75的射流式鱼泵更适合鱼类输送。研究结果可为射流式鱼泵推广应用提供支持并可作为其优化设计的参考。

双空化射流中心体结构优化及破煤岩特性

水射流割缝造网技术是增加煤层透气性、提高煤层气开采效率的有效途径。与普通水射流相比,空化射流因空泡溃灭产生的强大冲击具有更高的破岩效率。为进一步增强空化射流破煤岩能力以促进煤层气开发,分别利用中心体和高低压射流产生绕流空化与剪切空化来提升空化效应,提出了新型的非淹没双空化射流。基于多相流Mixture模型和RNGk-ε输运方程,对不同嵌入深度与不同形状中心体下的流场进行了数值模拟,分析了射流流场气含率和轴线速度分布特征,得到了双空化射流中心体结构的最优参数。随后,结合群泡溃灭动力学理论,将最优中心体结构下双空化射流的压力与气含率作为边界条件,利用多物质流固耦合算法与ALE(任意拉格朗日-欧拉)算法对双空化射流冲击煤岩进行了耦合求解。探究了煤岩破碎过程中流体与固体的相互作用特征及煤岩的破碎过程,并对比分析了双空化射流与普通水射流的破岩效果。研究结果表明,在中心体嵌入深度l=0.5 mm时,双空化射流的含气区域最大,在距中心体末端10 mm位置处气含率可达0.9,空化效果最好;中心体AB端均为90°锥角时,双空化射流的集束性与空化效果同时最优。由双空化射流破煤岩的流固耦合结果可知,其对煤岩的冲蚀深度和孔径明显大于普通射流,在100μs时双空化射流对煤岩的冲蚀深度和孔径分别为普通水射流的2.4倍和1.3倍。随着时间的延长,冲蚀孔径不再明显增加,而冲蚀深度不断增大,且与冲蚀时间呈线性关系。研究结果证明双空化射流具有更强的空化效果,破煤岩能力更强,因而可在一定程度上促进煤层气的开采。

浅析新形势下认知引导在研究生培养中的重要性

新时期随着研究生招生规模的扩大,缓解本专科就业压力的同时给研究生的培养带来了新的挑战。研究生的群体构成复杂化,信仰多元化而内心脆弱,社会阅历丰富,基础知识薄弱。研究生认知引导教育要指导学生调整学习方法,转变传统的师生关系,学术之间应以诚相待,树立正确学术观,以培养德才兼备的社会主义接班人。

库水位初次升降对卧沙溪滑坡粉质黏土蠕变特性的影响及其变形规律研究

以卧沙溪滑坡为研究对象,通过对该滑坡滑带土的原状土样及干湿循环处理试件进行三轴蠕变试验,分析其蠕变特性,分别建立了Merchant模型、Burgers模型和西原模型并对比分析三种蠕变模型的拟合精度;此外,基于FLAC 3D内置代码简化Burgers模型对卧沙溪滑坡变形及长期稳定性作出预测。结果表明:干湿循环会造成土体承载能力降低,蠕变变形增大,达到稳定的时间变长,且土体衰减蠕变初始阶段的应变速率增大;偏应力水平对蠕变特性的影响体现在低应力下土体经历瞬时变形,衰减蠕变和稳定蠕变阶段,中应力下和高应力下经历瞬时变形,衰减蠕变和等速蠕变阶段;Burgers模型较适用于卧沙溪粉质黏土,且自重影响下的滑坡滑体的蠕变变形主要集中在中上部凸起区域,应加强对该区域的防护。

煤层水力割缝系统过渡过程能量特性与耗散

煤层水力割缝能有效促进瓦斯解析运移,提高瓦斯抽采率,但割缝系统运行中发生的过渡过程会形成瞬时强冲击波作用于煤层,若控制不当易诱发喷孔、抱钻,甚至产生煤与瓦斯突出。针对该问题,采用理论分析和实验测试方法对自主设计研发的不同结构水力割缝系统过渡过程压力-流量特性进行了讨论和测试,分析了过渡过程中系统能量特性与耗散规律。结果表明:系统过渡过程中流体携带能量发生快速激增,能量激增量与水力割缝结构参数相关,激增能量通过高速冲击传递给煤层,改变煤层原始应力,诱导煤层快速卸压,部分激增能量在管路中消耗;结构对系统过渡过程激增能量影响不同,对发生过渡过程,能量随结构面积的增加而增加,但单位能量不变,激增后能量随结构面积的增加而减小,单位面积能量减小,改变结构有效面积是控制过渡过程激增能量的有效方式,可有效降低作业过程中煤与瓦斯突出的危险。

含坡度均方根的节理峰值剪切强度经验公式

节理的剪切强度涉及到岩体工程的安全。通过CSS–342岩体剪切试验机对3组具有不同形貌特征的节理进行直剪试验,研究形貌对剪切强度的影响。试验结果表明:峰值剪切强度随法向应力和粗糙程度的增加而增加;但就相同的形貌而言,剪切应力与法向应力的比值减小,即由形貌产生的剪胀角随法向应力的增加而减小。通过分析剪胀角存在的边界条件,提出双曲线形式的剪胀角演化模型,并采用抗拉强度体现岩石的性质对节理剪切强度的影响。采用坡度均方根表征节理的三维形貌特征并提出相应的峰值剪切强度公式,与经典的Barton公式进行了比较,总体上新公式的计算值更为接近试验值。

煤层水力割缝系统性能瞬变特性研究

煤层水力割缝预抽采技术是防治煤与瓦斯突出这种矿井主要动力灾害的有效手段,但水力割缝系统在工况转换过程中存在瞬变现象,极易诱发煤与瓦斯突出。针对水力割缝系统在工况转换瞬变中瞬变压力和流量控制的问题,采用实验测试方法对自主研制设计的水力割缝关键装置不同喷嘴和阀芯结构参数瞬变压力和流量进行了系统测试,分析了割缝关键装置喷嘴与阀芯结构参数对瞬变压力和流量的影响规律。试验结果表明:喷嘴数量与参数对瞬变压力不产生影响,瞬变压力均为1.1 MPa,净流量呈现线性变化规律,能够利用线性变化预测瞬变压力,预测最大误差9.3%;割缝关键装置阀芯不同参数对瞬变压力影响不同,流量控制主因数为上孔口直径,试验瞬变压力不随阀芯面积改变而改变。