2A02铝合金的激光空化强化机理与羟自由基影响实验研究

发布时间：2017-04-15 21:10

  本文关键词：2A02铝合金的激光空化强化机理与羟自由基影响实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空化是水利机械中的一种特有现象,通常会造成空蚀破坏,严重时甚至引发事故。由于空化中会产生空泡溃灭微射流和冲击波现象,促使研究人员利用空化所产生的极端物理条件进行空化强化方面的研究。激光空化泡具有球对称性好、易控制等优点,正逐渐成为空化领域的研究热点。本文探究了激光空化机理,实验研究了激光能量和离焦量对于2A02靶材机械性能的影响;验证了激光空化与水力空化和超声波空化类似,空化过程中会产生羟自由基,同时分析了激光能量和离焦量对于羟自由基含量的影响,提出将羟自由基浓度作为激光空化强度的特征值用来表征激光空化对于2A02靶材机械性能的影响,并最终确定了激光空化的最佳实验参数以及用于衡量2A02靶材性能强化效果的羟自由基浓度阈值,获得了以下主要结论和研究成果:(1)实验研究不同激光能量和离焦量下,激光空化对于2A02靶材表面残余应力和表面形貌的影响,获得了空泡溃灭过程中空泡微射流、冲击波以及激光冲击对靶材的作用机理,探究了激光空化强化机制。研究发现:激光空化会在靶材表面产生类圆形影响区域,且随着激光能量的增大靶材表面残余应力值和表面影响区的半径都随之变大;靶材性能的强化效果随着H值的增加,先增加后减小。在H=1mm时,靶材表面残余应力值最大,表面形貌最好,达到了最佳的强化效果。(2)对比分析了用于检测羟自由基含量的不同方法,建立了定量检测羟自由基含量的优化方法,确定了捕捉剂及检测液的浓度;通过对比观察吸光度值的变化,证实了激光空化与水力空化一样均会产生羟自由基;实验发现激光等离子体与靶材的相互作用对羟自由基含量也有影响,并进一步研究了不同激光能量和离焦量下,羟自由基含量的变化,进而确定了羟自由基浓度达到最大时的实验参数。研究发现:当H一定时,羟自由基浓度(激光空化强度)随着激光能量的提升而加速增强;当H=1mm时,羟自由基量最多,激光空化强度最强。(3)通过探究羟自由基含量与2A02靶材表面残余应力值之间的关系,验证了激光空化对于靶材机械性能的影响规律;并重点分析了羟自由基含量(化学强化效应)与靶材表面性能强化(机械性能强化)的关系,获得了使2A02靶材表面性能发生明显强化时的羟自由基浓度阈值C·OH1。研究发现:当C·OH?C·OH1时,2A02靶材表面会呈现明显强化效果;当C·OHC·OH1,2A02靶材表面性能提升不明显。
【关键词】：空化泡 激光空化 羟自由基 残余应力 激光能量 离焦量
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21;TN249
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景及现状11-14
• 1.2 空化现象与特点14-19
• 1.2.1 空化产生方式14-17
• 1.2.2 空化过程17-18
• 1.2.3 空化的能量效应18-19
• 1.3 选题意义及研究内容19-22
• 1.3.1 选题意义19-20
• 1.3.2 研究内容20-22
• 第二章 激光空化强化理论基础22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 流体力学运动方程22-25
• 2.3 空化泡理论基础25-31
• 2.3.1 空化泡的脉动过程25-27
• 2.3.2 空化泡的溃灭过程27-31
• 2.4 激光空化化学强化机理31-32
• 2.4.1 热点效应31
• 2.4.2 空化化学效应31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 激光空化对2A02靶材的强化机理研究33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 激光空化强化实验方案设计33-37
• 3.2.1 实验材料制备33-35
• 3.2.2 实验设备和方法35-37
• 3.3 实验方案的选择37-39
• 3.4 激光能量和离焦量对靶材机械性能的影响39-43
• 3.5 总结43-45
• 第四章 激光空化的化学强化效应45-63
• 4.1 引言45
• 4.2 激光空化羟自由基的检测及实验方案45-52
• 4.2.1 羟自由基捕捉剂46-47
• 4.2.2 检测方案47-50
• 4.2.3 羟自由基实验方案50-52
• 4.3 激光能量和离焦量对羟自由基含量的影响52-57
• 4.3.1 激光空化产生羟自由基的验证实验52-53
• 4.3.2 激光能量和离焦量对于羟自由基含量的影响53-57
• 4.4 激光空化强度与靶材性能强化的关系57-61
• 4.4.1 羟自由基含量与2A02靶材表面残余应力间的关系58-60
• 4.4.2 激光空化强度与2A02靶材表面性能强化的关系60-61
• 4.5 总结61-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 攻读研究生期间发表论文与研究成果71

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