脆性材料高压水射流无损钻孔的机理研究

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1、脆性材料高压水射流无损钻孔的机理研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：陶辉指导教师：张仕进副教授专业：安全技术及工程学科门类：工学重庆大学资源及环境科学学院二O一五年四月TheMechanismStudyonDelicateMaterialNondestructiveDrillingUsingHigh-PressureWaterJetAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEnginee

2、ringByTaoHuiSupervisedbyProf.ZhangShijinSpecialty:SafetyTechnologyandEngineeringCollegeofResourcesandEnvironmentScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要高压磨料水射流能高效、快速切割脆性材料，被广泛应用于工业领域。然而，由于脆性材料的特殊力学性能，用高压磨料水射流对脆性材料进行钻孔时，脆性材料极易在钻孔初始瞬间及钻孔过程中发生脆性破裂

3、。目前对脆性材料在高压磨料水射流钻孔过程中经常出现脆性破裂问题的根本原因尚不清晰。这一问题的存在大大限制了高压磨料水射流在脆性材料切割中的应用。因此，研究脆性材料在高压磨料水射流钻孔过程中发生脆性破裂的机理具有重要的学术意义和应用价值。本文在前人大量研究的基础上，对高压磨料水射流在脆性材料钻孔过程中出现的脆性破裂问题进行了深入理论研究，通过分析高压磨料水射流的工作原理和观察本课题组前期所做的大量实验，得出钻孔初始瞬间及钻孔过程中水和磨料分别对脆性材料的作用机理。为进一步探索脆性材料高压磨料水射流钻孔过程中发生脆性破裂的机理，本文首先利用有限元

4、分析软件对脆性材料高压水射流钻孔过程进行了三维仿真研究，从仿真的角度得出了脆性材料的破裂主要是由于材料中最大拉应力超过其本身极限强度所致。在此基础上，以玻璃作为典型脆性材料设计了一系列的实验，在高压磨料水射流切割机上对玻璃进行钻孔实验，并对实验结果进行了分析。分析结果为脆性材料高压磨料水射流钻孔破裂机理的进一步研究奠定了基础。关键词：高压磨料水射流，脆性材料，钻孔，最大拉应力，有限元I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTAsanefficient,cost-effectivematerialcuttingmethod,Abrasive

5、WaterJet（AWJ）hasbeenusedextensivelyindelicatematerialmachiningindustriescurrently.However，cracks,whichoftenoccurredduringinitialpiercingprocess,makesthewholecuttingprocessfailed,duetothespecialmechanicalperformanceofbrittlematerial.Sofar,howbrittlematerialisfracturedduringm

6、aterialpiercingprocessbyabrasivewaterjetistheproblemneedstobeexploredsinceitgreatlylimitedtheapplicationofhighpressureabrasivewaterjet.Afterexploringpredecessors'research,atheoreticalanalysisonpiercingprocesshasbeenprovidedfirstlyinthispaper.Basedontheanalysis,a3Dmodelhasbe

7、enbuiltandthepiercingprocesshasbeenanalyzedbyusingFEA.Basedontheanalysis,thereasonforbrittlematerialfracturingduringpiercingprocessisbecausethetensilestressexceedstheultimatetensilestrength.Toprovetheaboveresults,aseriesofexperimentshavebeencarriedout.Theexperimentalresults

8、showsthatthebrittlefracturehasbeencausedbythemaximumtensilestress.Keywords:High-pr