功率超聲珩磨區(qū)單空泡運動特性分析.pdf

1、功率超聲珩磨以濕式加工為主，在加工過程中珩磨區(qū)會產(chǎn)生空化效應(yīng)?？栈?yīng)產(chǎn)生的大量空化泡在崩潰時會產(chǎn)生壓力沖擊波和微射流，將對工件加工精度以及材料去除產(chǎn)生一定的影響。本論文以功率超聲珩磨磨削區(qū)單空化泡為研究對象，從空泡動力學(xué)、超聲珩磨加工的角度出發(fā)，應(yīng)用空泡動力學(xué)、流體力學(xué)、振動理論等方法，利用理論分析、數(shù)值模擬以及實驗驗證等手段，對珩磨磨削區(qū)的空泡動力學(xué)，空泡潰滅時的形態(tài)以及空泡潰滅形成的高速微射流和沖擊波進(jìn)行了研究，這為進(jìn)一步研究功率

2、超聲珩磨機(jī)理提供了一定的理論和試驗基礎(chǔ)，并為進(jìn)一步提高超聲珩磨的加工精度提供了可能。
　　本論文的主要研究工作和結(jié)論如下：
　　1.以功率超聲珩磨磨削區(qū)單空泡為研究對象，從空泡動力學(xué)、超聲珩磨加工的角度出發(fā)，應(yīng)用空泡動力學(xué)、流體力學(xué)、振動力學(xué)等方法，引入范德瓦爾斯方程的體積常數(shù)以及分子間的引力參數(shù)建立了功率超聲珩磨磨削區(qū)實際氣體的單空泡動力學(xué)方程。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了共振頻率方程以及空泡潰滅時的最大壓強(qiáng)方程。
　　2.利

3、用Matlab軟件，分析了超聲頻率、空泡初始半徑、聲壓幅值、初相位等因素對空化泡的動力學(xué)規(guī)律的影響。仿真分析得出：隨著超聲頻率的增加，空化效應(yīng)減弱，當(dāng)超聲頻率過大時不再發(fā)生空化效應(yīng)；空泡初始半徑在10-1~101數(shù)量級時空化效應(yīng)顯著；隨著聲壓幅值的減小，空化效應(yīng)減弱，當(dāng)小于空化閾值時，空化效應(yīng)不再發(fā)生；初相位影響著空泡的初始受壓情況，從而對空化效應(yīng)也產(chǎn)生較大影響。
　　3.利用Fluent軟件VOF模型對無限遠(yuǎn)場中的單空泡進(jìn)行了數(shù)

4、值模擬。模擬得：空泡在無限遠(yuǎn)場中由于壓差的存在先收縮、膨脹、振蕩最后崩潰；空泡在潰滅的過程中存在一個較大的速度脈沖和壓力脈沖，分別為102m/s和101MPa數(shù)量級，且總是先達(dá)到最大速度，然后達(dá)到最大壓力；空泡在初始半徑R0在10-1~101μm數(shù)量級時，空泡的速度脈沖和壓力脈沖都較大，空化效應(yīng)明顯，且在此數(shù)量級時，空泡相對體積的極小值為0.2~0.3之間，達(dá)到極小值時的時間在tT0=0.04附近。
　　4.利用Fluent軟件

5、VOF模型對固壁附近的單空泡進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬得：由于空泡內(nèi)外壓差及剛性壁面的存在，空泡潰滅時空泡向剛性壁面凹陷并貫穿，形成兩個較小的空泡并形成一股微射流射向壁面?？张轁鐣r間為1μs級別，速度為102m/s數(shù)量級，壓強(qiáng)為107 Pa數(shù)量級。射流速度在液體中迅速減小，只有當(dāng)空泡與剛性壁面的距離在一倍空泡半徑內(nèi)時形成的射流才可能造成材料的破壞；空泡潰滅時在極短的時間內(nèi)形成10MPa數(shù)量級的高壓脈動，可直接造成材料的破壞。
　　5.