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题名微磨粒对超声空化冲击波衰减作用研究
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作者
宫台
祝锡晶
傅迎泽
李婧
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机构
中北大学机械工程学院
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出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期47-52,87,共7页
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基金
国家自然科学基金(51975540)
中北大学先进制造技术山西省重点实验室2022年度开放基金(XJZZ202202)
+1 种基金
山西省研究生教育创新项目(2022Y577)
中北大学第18届研究生科技立项(20221818)。
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文摘
目的研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得到空化泡半径随时间的变化规律,以及空泡内部压强随空化泡半径变化的规律。结果当空泡半径被压缩至1μm左右时,空泡内部压强可达1000 MPa。通过对距离空泡壁1.5R_(0)处的冲击波压力进行求解发现,冲击波的压力仅需0.07μs就可从初始的1000 MPa迅速衰减至80 MPa。通过比较纯水介质与混合介质(SiO_(2)微磨粒与水)中冲击波传播速度的结果发现,加入SiO_(2)微磨粒会使冲击波的最大速度由2976 m/s降至2681 m/s,降低率约为10%。通过钛钽合金的功率超声振动加工实验验证了数值结果。对比分析了加入SiO_(2)微磨粒前后钛钽合金表面结构和三维表面形貌,发现微磨粒的加入导致材料表面空化坑的投影面积下降了12.5%。结论证实微磨粒对冲击波的传播起到了明显的衰减作用,是对材料表面产生作用的主要因素。该研究在超声加工领域具有理论意义和工程价值。
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关键词
微磨粒
冲击波
SiO_(2)
超声空化
空泡动力学
RUNGE-KUTTA
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Keywords
micro-abrasive particle
shock wave
SiO_(2)
ultrasonic cavitation
bubble dynamics
Runge-Kutta
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分类号
TG663
[金属学及工艺—金属切削加工及机床]
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