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水射流的液滴与材料的相互作用

日期:2014年09月04日来源:(www.shlionstek.com)
 

 

  水射流液滴接触到物体表面时,速度发生了变化,从而导致液滴状态内部压力及接触点材料内部应力场均发生突变。在液一固接触面上存在一个极高的压应力区域,它对材料的破坏过程起着重要的作用。射流液滴与材料的相互作用过程。当液滴作用于物体表面时,仅仅在冲击的第一阶段射流才能保持平坦,液一固边缘的液体能够自由径向运动。在高速液滴冲击下,材料表面受冲击区中心产生微变形,从而形成一突增的局部压力,又称水锤压力。

  水射流的内涵意义有很多,之前我们还提过水射流破坏的基本物理模型。其实射流作用于材料,在其始阶段必须最具破坏力。射流打击下材料表面中心部位产生的高压应力是材料失效的首要原因。射流作用材料表面时,一极大的力随着压力增加而增加,而最大压力点在射流边界上。因此,在这一区域内形成的剪切应力最大,当剪切应力达到临界值时,裂纹伴随切削在材料的表面扩展,进一步增加作用载荷,导致趋于材料的实效值的应力集中在所限制的范围内,这一过程的特征是由于射流的冲击使微粒迅速自材料本体分离出来。

  液滴的中心则在强大的水锤作用下处于受压状态。随着液一固边缘的径向流动,流体压力得到释放。同时,压缩波由液一固接触面边缘向中心传播。当其达到中心后,物体表面的压力全部从最高压力降至冲击液滴的滞止压力,液滴内部的受压状态消失。上述作用过程维持的时间极短,仅是微妙量级。它取决于液滴的大小及不同时间段的变化。液滴与材料相互作用过程的最高压力维持的时间很短,它同射流压力、射流速度、射流结构及压缩波速度有关,最大压力持续时间也是压缩波扩展至冲击中心所需时间的函数。射流破坏时,材料的破坏首先从表面开始,具有动能的水射流打击的破坏材料,并将其能量传递给材料,这种能量足够克服微粒间的结合,裂缝扩展可以看做是机械应力和液力作用破坏材料内分子结合力的结果。破坏过程中由于射流压力增加,水力冲击相应增加,裂纹扩展亦家快,这就是说增加压力能够显著提高破坏材料的效率。

 
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