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基于有限元法的陶瓷喷砂嘴冲蚀磨损机理研究

王丽  
【摘要】: 喷砂嘴广泛应用于机械、石油、化工、汽车、船舶和冶金等行业,是进行各种表面强化、表面喷涂、表面清洗、表面改性和喷射切割等机械设备上的关键部件之一,同时也是主要耐磨易损部件。目前在喷砂处理中,陶瓷喷砂嘴应用较为广泛,其主要失效形式为冲蚀磨损。通过研究陶瓷喷砂嘴的冲蚀磨损,为有效地控制和减少冲蚀磨损造成的损耗,提高喷砂嘴的使用寿命具有重要意义。 本文从喷砂处理工艺的具体生产实际出发,通过研究磨料的运动方式,根据碰撞定义与分类,确定了磨料碰撞喷砂嘴属于低速碰撞。根据喷枪和喷砂嘴的具体结构,建立了单粒子冲蚀磨损模型,并进行了喷砂嘴材料受力的理论分析,结合材料磨损性能和冲蚀机理等方面的研究,运用有限元分析软件对喷砂嘴内部磨料颗粒的运动进行模拟,通过分析磨料颗粒与喷砂嘴内壁的碰撞行为,进行喷砂嘴应力分析,并充分考察各因素对冲蚀磨损的影响。 运用有限元软件作为研究手段,对特定结构和材料的喷砂嘴进行了有限元模拟。并且以SiC磨粒冲蚀B4C陶瓷靶板为例,结合脆性材料的冲蚀特性,验证了此类有限元模型的有效性。研究了冲蚀角对冲蚀磨损率的影响,从系统能量的角度分析模型的的局部应力、能量分布情况,再现了陶瓷材料的冲蚀磨损过程。利用有限元法进行仿真试验,以不同的喷砂嘴材料和磨料为模型,通过修改调整有限元模型和材料参数,考察了多种因素对冲蚀磨损的影响,借助仿真得到的数据,为提高喷砂嘴使用寿命提供指导。 本文的创新之处在于:利用有限元法,从磨料碰撞和喷砂嘴应力分析角度研究了喷砂嘴的冲蚀磨损过程,运用仿真数据,计算冲蚀磨损率,研究喷砂嘴材料参数和磨料参数对冲蚀磨损的影响。


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