Ti6Al4V高能喷丸表面纳米化后粗糙度的分析

高能喷丸(HSP)可在Ti6Al4V表面获得约50μm纳米层,同时也使表面粗糙度值增大,当喷丸10min时粗糙度值达到最大,纳米化效果不明显;喷丸60min后粗糙度值趋于稳定,表层实现完全纳米化.喷丸后表面粗糙度的变化规律主要与表面覆盖率和加工硬化有关.在保证得到纳米化表层的前提下,为了减小喷丸粗糙度对其疲劳性能的影响,最佳喷丸时间应为60min.     

超声辅助等离子体中微细电火花加工技术研究

冷等离子体射流中微细电火花加工在一定程度上获得了比纯气体介质中更好的加工性能。然而由于放电脉冲能量小,造成放电间隙小,使得电蚀产物排出困难,短路、拉弧等不正常放电现象仍然频繁发生,严重影响了加工的质量和稳定性。为此,提出在工件上施加超声振动的方法以改善冷等离子体射流中微细电火花加工过程的稳定性,并探究其加工特性。针对电火花加工的击穿距离、材料去除率、表面粗糙度以及工具电极相对损耗率等工艺指标,进行了工艺试验。试验结果表明:工件施加超声振动以后,熔融的电蚀产物更容易从工件表面剥离;当以冷等离子体和压缩空气混合射流为加工介质时,超声辅助等离子体中微细电火花加工性能得以明显改善,材料去除率提高13%,表面粗糙度降低19%,电极相对损耗率降低13%。     

强化层亚结构对TA2疲劳强度的影响

研究了滚压强化多晶纯钛在疲劳前后的显微组织特征和残余应力的变化。结果发现：疲劳强度的提高主要归于形变组织，同时表面粗糙度的降低也起了良好的作用。滚压试样表层TEM组织中形成高密度位错和单个、分散的变形孪晶，历经10^6以上循环周次后，孪晶－晶界的交互作用是其主要特征。滚压引入的残余压应力和层深均较小，有益贡献也相应降低。     

表面深滚处理对纯镍组织性能及残余应力分布的影响

通过一种新型表面自纳米化方法———表面深滚处理,在纯镍（N4）表面制备出晶粒尺寸小于500nm 的梯度超细晶结构,并对材料次表面微观组织结构、残余应力分布及力学性能进行了研究。结果表明：N4经过表面深滚处理,表面形成织构;由于剧烈塑性变形,位错大量产生,并出现胞状组织和高密度位错墙,这些组织经过演化形成超细晶,并在表面形成具有一定厚度的残余压应力场;与原始材料相比,经过表面深滚处理后表面组织硬度提高近一倍;通过合理选择滚压参数,其细化层厚度、硬度、表面粗糙度及残余应力分布均得到不同程度改善。     

表面机械强化工业纯钛疲劳性能的研究

利用透射显微技术和 X射线衍射分析技术 ,对工业纯钛在喷丸、滚压两种强化方式下的组织和残余应力进行了对比研究。结果表明 :1 ) TEM组织中均可观察到位错和变形孪晶。滚压形成了单个分散的孪晶 ,喷丸表层中形成大量相互交叠的孪晶和变形带 ;疲劳后 ,喷丸组织中产生孪晶 -孪晶的交互作用 ,而滚压组织中是孪晶 -晶界的交互作用。2 )喷丸较滚压强化表层残余应力松弛显著 ,疲劳后两者的表层残余应力相当 ;3)喷丸较滚压粗糙度高一个数量级。并依上述分析对表面机械强化机理进行了解释。     

高速水射流冲击下航空有机玻璃(PMMA)损伤行为

飞行器高速经过雨区时,风挡玻璃等部件容易受到雨滴的冲击侵蚀。为探究飞行器风挡玻璃的雨蚀损伤行为,基于一级轻气炮搭建了单射流冲击试验平台(SIJA),并对航空定向及非定向有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA)进行了不同速度的射流冲击试验。结果表明受高速射流冲击时,定向有机玻璃主要表现为面下分层的银纹损伤,而非定向有机玻璃主要表现为表面损伤。随着冲击速度不断提升,两种有机玻璃试样都出现了表面剥离损伤,且定向有机玻璃的剥离损伤更为严重。通过对试样内部应力波传播及损伤扩展的观察发现,定向有机玻璃面下分层为剪切波主导,且这一损伤模式更容易造成剥离,多次冲击后的试验结果也进一步证明了这一结论。同时根据聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜得到的冲击阶段冲量对损伤进行了评估与预测,发现损伤面积与冲量呈线性关系。     

孪晶界对α铁力学性能影响的模拟研究

采用分子动力学方法研究在单轴拉伸载荷下孪晶界间距和孪晶界与拉伸载荷角度对纳米孪晶铁力学行为的影响。结果表明:纳米孪晶铁的屈服强度随着孪晶界间距的增大而增大,呈现反常的Hall-Petch关系;单晶铁中出现变形孪晶,此时其塑性变形以变形孪晶为主;弹性模量随孪晶界间距增大有轻微的增大;拉伸载荷与孪晶界不垂直时,屈服应力降低,变形方式则以去孪晶为主。     

粗糙度对多级压气机性能影响的数值模拟研究

为了研究粗糙度对多级压气机气动特性的影响,采用三维数值模拟软件CFX,对3.5级压气机进行了研究。结果表明,相比于端壁粗糙度,叶片表面粗糙度对压气机性能影响更大;不同转速下,叶片表面粗糙度的增大会造成压气机压比和效率的降低,并且粗糙度增大越快,性能衰退也越快,其中设计转速下粗糙度对压气机的性能影响更大,当叶片表面粗糙度达到50μm时,峰值效率下降了5.25%,对应压比下降了1.33%。前面级叶片表面粗糙度加剧了后面级角区分离和尾迹损失,在压气机性能下降中所占比重更大;而最后一级粗糙度对分离区的影响很小,主要是增加了尾迹掺混造成的损失。单级粗糙度对压气机稳定工作区间影响很小,而全部级粗糙度增大了压气机的稳定工作区间,这是由于粗糙度造成的近失速点处的流量下降相比于堵塞流量的下降程度更大。     

水导激光加工CFRP深槽微观形貌特性

碳纤维增强塑料(CFRP)中树脂基体和纤维增强相两种异质材料的性能存在巨大差异,使得其在航空航天领域的广泛应用受到现有加工能力的制约。因此,具有热损伤小、加工深度能力强等优势的水导激光加工技术在特种加工领域展现出优越的加工能力。基于有限元法中的单元生死技术,建立了水导激光加工非均质纤维树脂基体的三维瞬态温度场模型。在该模型下,利用双向循环扫描的加工方式对切面的微观形貌进行仿真与实验研究。研究表明：水导激光加工时水射流对材料的强对流换热效果显著,使材料的去除率和排屑率保持在一个较高的水平。在深槽加工时,铺层为90°的表层碳纤维会出现断裂现象,这成为断面损伤的主要来源。通过对切面不同侧边、不同深度的表面形貌进行分析,认为水射流高效的排屑率是实现水导激光高精度加工的关键因素。因此,改变扫描深宽比能有效减少深槽处的纤维损伤,切面可以获得较小的粗糙度和锥度。当扫描深宽比减少一倍时,损伤区域缩小46%。     

沉积温度突变导致金刚石膜中大量黑色缺陷形成的孪晶模型

提出了沉积温度突变时黑色缺陷形成的孪晶机制模型。这一模型提出的基本假设为:沉积温度改变时,金刚石膜的表面上产生贯穿型的孪晶,孪晶以及原来的晶粒的各晶面均将按α2d所规定的生长速率扩张,在生长时相邻晶粒的晶界处形成了一种形如"峡谷"状的、相邻晶面夹角过小的局部环境,后者将导致活性气体扩散的过程难于进行,从而形成黑色缺陷。在此假设的基础上,利用水平集方法对此模型进行了二维的模拟,并通过实验进行了验证。模拟及实验的结果表明,在金刚石膜沉积的过程中,沉积温度的突变将通过在众多金刚石晶粒的表面诱发产生孪晶,显著提高金刚石膜中黑色缺陷的形成几率。     

空化对燃油喷嘴雾化的影响

燃油喷嘴内的液体流动在一定条件下会形成空化,进而影响喷嘴的雾化效果。应用高速摄像仪对圆形喷嘴内的空化以及喷口外的雾化进行了实验研究。实验所用喷嘴直径包括0.5mm,1.0mm,1.5mm和2.0mm,其中直径为1.5mm的喷嘴的长径比从2变化到9,实验工质为纯净水。实验发现,喷嘴内空化的形成是动态的,空化长度出现高频低幅脉动。对于喷嘴的收缩类型研究发现,急收型相比渐收型更易形成空化,并有增强雾化的效果。长径比相同的喷嘴,直径越大,达到超空化的喷射压力越大,雾化锥角也越大;直径相同的喷嘴,随长径比的增加,达到超空化的空化数逐渐减小,但射流的喷雾锥角没有明显的变化趋势,均在10°到20°之间。对比破碎模式规律,除了0.5mm的喷嘴外,所有喷嘴达到超空化后均为雾化模式。     

高速燃油离心泵空化特性分析

为揭示高速燃油离心泵内部空化形态及隔舌区域空化的发生工况,对其进行了非定常数值计算,分析了不同流量下高速燃油泵内空化流场特性及压力瞬态特性。结果表明：在不同流量下,空泡首先在叶片前缘生成;随着空化数降低,空泡在叶片根部及延伸叶片背面产生;在1.2倍设计流量下隔舌区域的空化在低空化数下发生;空化对叶片表面根部的压力载荷影响较大;叶轮流道监测点压力脉动主频为叶轮轴频;隔舌监测点脉动主频为叶频,在1.2倍设计流量下的低空化数下隔舌区域监测点压力脉动频谱上轴频倍频特征增强。     

基于试验方法研究普通舵空化特性

为了探索普通舵在舰船中高航速范围内空化的变化规律,针对舰船普通舵空化问题进行了桨后舵模型的水洞空泡试验,通过分析一系列不同工况下普通舵的空化现象,研究了不同航速、舵角下普通舵空化的变化规律。试验结果表明:普通舵在0.2~0.6倍舵展长区域内最容易发生空化,与实船舵空化剥蚀区域基本吻合;在23kn航速工况下,普通舵发生空泡的起始空泡舵角为0°;另外,结合普通舵发生空化的起始舵角规律以及舰船直航时打舵角范围,可以分析出舰船在21.5kn航速航行时,普通舵不可避免会空化发生。通过普通舵模型空泡试验方法观察了不同航速、舵角下的舵空泡状况,得出了普通舵空化位置、面积与舰船航速、舵角的一般规律,为普通舵的优化设计和解决舵的空化问题提供了重要参考。     

液压泵气蚀机理分析及解决措施

分析了液压系统空化气蚀的产生机理和影响因素,提出了预防或减小空化气蚀破坏的措施。     

某涡喷发动机供油调节系统中的气穴现象

为了解释某涡喷发动机供没调节系统限流器中出现的气穴现象,消除气穴现象对发动机启动加速过程的影响,分析了气穴现象产生的机理及其发生条件,通过与试验数据的对比研究,说明了气穴现象对发动机启动加速过程的影响,在此基础上,提出了消除气穴的具体方法,试验结果表明,所提出的措施实用有效。     

一体式诱导轮与叶轮航空离心泵汽蚀特性研究

为研究一体式诱导轮与叶轮航空燃油离心泵的汽蚀特性,对该型离心泵进行了汽蚀特性研究。首先在泵的设计中进行了汽蚀特性理论计算;进而通过CFD软件Pumplinx对该型号泵进行了汽蚀性能数值模拟,研究了最差汽蚀工况下的汽蚀特性;然后针对不同汽蚀余量值给出离心泵不同状态下的气液两相分布;最后对离心泵的流量-临界汽蚀余量曲线进行预测,并与理论计算值、试验数据进行对比。研究表明,当进口压力为0.013177MPa时,一体式诱导轮与叶轮航空燃油离心泵产生临界汽蚀状态,小于技术要求最小进口压力0.0325MPa,因此该泵在其工作范围内不会产生汽蚀现象。不同流量下离心泵理论计算与数值模拟的汽蚀特性曲线与试验数据吻合,满足高汽蚀特性需求。     

基于替代燃料的航空燃油泵内部空化特性

为了研究以国产大庆RP-3航空煤油为流动介质的航空燃油泵内部空化特性,采用数值模拟的方法研究了高温低压环境下航空燃油泵内部的空化流动.针对航空煤油这种成分复杂的介质,引入替代燃料的概念,选择摩尔分数为74.5%的正十二烷、10%的甲基环已烷、10%的甲苯和5.5%的辛烷构成的四组分替代燃料模拟大庆RP-3航空煤油.计算中采用基于旋转修正的k-ε湍流模型以及Zwart-Gerber-Belamri空化模型,基于实验结果对数值方法进行了验证分析.研究结果表明:基于替代燃料和旋转修正的k-ε湍流模型的数值计算方法能够较准确地预测航空燃油泵的空化特性;忽略大庆RP-3航空煤油空化热力学效应,温度对航空燃油泵空化性能有一定影响,在80℃工况下,航空燃油泵空化性能较差;转速对航空燃油泵空化性能影响较大,航空燃油泵在转速为10000r/min工况下空化比转速最大,空化性能最好.      

诱导轮形状对汽蚀特性的影响

作者通过对两个叶片的平板螺旋形诱导叶轮的汽蚀特性和叶轮内空泡发展进行了测试和可视化观察, 发现随着吸入压力的降低, 两个叶片上原来同样发展的空泡之间有时会失去平衡, 出现一个叶片的空泡急剧缩小, 而另一个叶片空泡随之增大, 这种交错叶片空泡现象, 并有可能导致扬程的急速下降。在此基础上, 作者进一步对叶片数, 叶片长度不同的 4种诱导叶轮进行了测试, 弄清了叶轮几何形状对上述现象发生和汽蚀性能的影响, 并对其原因作了初步的探讨。      

基于正交优化设计的诱导轮空化性能研究

为了研究不同结构因素对诱导轮空化性能的影响及主次顺序,基于正交优化设计,采用数值模拟的方法,通过诱导轮可视化试验进行验证,对某型诱导轮及其改型进行了分析。仿真计算得到的不同空化数下空穴形态与实验结果吻合较好,断裂空化数的计算结果与实验结果误差为0.3%。仿真及实验结果表明,诱导轮发生扬程断裂不仅与空穴区占流道体积的大小有关,还与空穴区在流道中分布的位置有关,空穴区位置越靠后,越容易发生扬程断裂;对诱导轮空化性能及水力效率影响最大的结构因素为入口安放角,其次为入口修圆包角;入口等螺距段长度和变螺距段长度较小时可以提高诱导轮的空化性能。     

螺旋槽对诱导轮气蚀性能影响研究

为了提高诱导轮的气蚀性能,设计了一种带螺旋槽的壳体结构,通过试验获取了诱导轮安装螺旋槽后的水力性能和气蚀性能,采用快速傅里叶变换方法 (FFT)对入口脉动压力进行了分析,并与安装J型槽的诱导轮进行了对比。结果表明:同流量下,带螺旋槽诱导轮扬程升高,同时螺旋槽能改善诱导轮的气蚀性能,并且在设计流量Q_d和1.1Q_d工况下对同步旋转气蚀产生抑制作用,但在0.8Q_d工况下,螺旋槽对同步旋转气蚀的抑制作用弱于J型槽。