冪律流體連續(xù)自修復(fù)系統(tǒng)過程研究.pdf

1、材料在加工、使用過程中會受到力和熱的作用，從而在材料內(nèi)部或表面產(chǎn)生裂隙，為避免裂隙發(fā)展影響材料的使用和壽命，需要進行修復(fù)。在許多場合人工修復(fù)成本太高甚至無法進行，需要材料能夠自修復(fù)。目前研究較多的是把修復(fù)劑封裝在膠囊或空心纖維內(nèi)后埋置入材料內(nèi)，屬于一次性完全被動式自修復(fù)方案。采用外部泵驅(qū)動的連續(xù)自修復(fù)方案屬于連續(xù)半被動式自修復(fù)方案。目前對連續(xù)自修復(fù)過程的研究有限，主要局限于牛頓流體，實際使用的修復(fù)劑性質(zhì)復(fù)雜，多為非牛頓流體，本文將對非牛

2、頓流體特別是冪律流體的連續(xù)自修復(fù)過程特性進行深入研究。
　　 首先，作者對正交自修復(fù)網(wǎng)狀流道結(jié)構(gòu)進行了研究。在給定流量下，采用一維層流模型，以流阻為優(yōu)化目標(biāo)，對恒定流道體積下的雙尺度、多尺度流道結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化；以流道體積、流阻為優(yōu)化目標(biāo)，對多尺度流道結(jié)構(gòu)進行了遺傳算法優(yōu)化；同時對典型的雙尺度結(jié)構(gòu)進行了三維數(shù)值模擬和實驗。結(jié)果表明：流量一定時，雙尺度結(jié)構(gòu)降低了流阻，冪律指數(shù)越大，減阻效果越顯著；典型的三維數(shù)值模擬結(jié)果與一維計算結(jié)果

3、一致，實驗結(jié)果也證實了雙尺度結(jié)構(gòu)能夠降低流阻；流量一定時，增加尺度數(shù)能進一步降低流阻；雙目標(biāo)遺傳優(yōu)化結(jié)果表明，冪律指數(shù)不同時，Pareto前沿不同，在設(shè)計流道結(jié)構(gòu)時可以參考遺傳優(yōu)化結(jié)果初選流道體積，然后再進行單目標(biāo)優(yōu)化。
　　 其次，針對帶有備用泵的連續(xù)自修復(fù)系統(tǒng)流道結(jié)構(gòu)進行了雙目標(biāo)遺傳優(yōu)化。結(jié)果表明：系統(tǒng)功耗會隨著系統(tǒng)質(zhì)量的減小而增大；在一定范圍內(nèi)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)能有效降低功耗，當(dāng)自修復(fù)系統(tǒng)質(zhì)量過大或過小時，優(yōu)化結(jié)構(gòu)降低功耗的效果不

4、明顯；流體性質(zhì)(如冪律指數(shù)、稠度系數(shù))，會影響Pareto前沿，多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化結(jié)果不同；自修復(fù)系統(tǒng)質(zhì)量一定時，提高系統(tǒng)可靠性(如增加循環(huán)泵數(shù)量)將導(dǎo)致維管質(zhì)量減小，系統(tǒng)功耗增大，多尺度優(yōu)化結(jié)果發(fā)生變化。
　　 最后，對表面裂隙修復(fù)劑充注及鋪展流動進行了三維數(shù)值模擬，結(jié)果表明，剪切稀化流體在裂隙的壁面及拐角處鋪展較快，相界面梯度較大；冪律指數(shù)、稠度系數(shù)都小的流體充注時有氣泡產(chǎn)生，并且裂隙還未充滿修復(fù)劑，材料表面鋪展過程即進行；