2a02铝合金近壁面激光空泡溃灭特性及作用机理研究

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1、分类号TV131密级公开UDC621编号10299Z1303040硕士学位论文2A02铝合金近壁面激光空泡溃灭特性及作用机理研究Studyonthecollapsecharacteristicsandmechanismofthelasercavitationnearthesurfaceof2A02AluminumAlloys指导教师任旭东教授作者姓名吴坤申请学位级别专业硕士专业名称机械工程论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席评阅人独创性声明本人郑重声明：所呈交

2、的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本

3、人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生院办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日2A02铝合金近壁面激光空泡溃灭特性及作用机理研究Studyonthecollapsecharacteristicsandmechanismofthelasercavi

4、tationnearthesurfaceof2A02AluminumAlloy专业名称机械工程指导教师任旭东教授姓名吴坤江苏大学二〇一六年四月江苏大学专业学位硕士学位论文摘要空蚀和空化是发生在水利机械的一种无法避免的现象，危害极大。近年来，科学家开始探索利用空泡溃灭的极限条件进行空化强化方面的研究，转换思路，将破坏力转换为加工工具。由于激光空泡因为具有良好的对称性、可操控性，逐渐成为研究空泡射流和冲击波的重要手段，本文以激光空化泡为研究对象，研究激光空化强化机理.利用仿真计算与实验相结合的方法，重点研究了激光空化对于2A02铝合

5、金靶材的作用效果，分析不同条件下，包含液体、泡壁距离以及激光能量等不同参数，对比激光空化对于靶材作用效果的差异，研究空泡溃灭射流和冲击波压力的作用机制，验证激光空化强化的可行性，并得到合理的激光空化强化工艺参数，使激光空化强化技术真正有实用价值。具体的研究内容与结果如下：（1）在FLUENT中建立近壁面激光空泡的模型，采用VOF多相流模型结合空化模型，利用Navier-Stokes方程和激光热效应方程将激光能量合理转化为FLUENT参数，数值模拟了不同液体及不同无量纲常数下中空泡的溃灭特征，结果表明：无量纲常数在过大（=2

6、）和过小（=0.4）时，空泡溃灭时表面均不易形成凹坑，只有当=1.2时，空泡表面发生明显的凹陷。同时液体的粘度有利于维持空泡壁的稳定，而液体的表面张力和饱和蒸气压对于整个空泡溃灭特征没有明显的影响。（2）通过数值模拟不同液体及不同无量纲常数下空泡溃灭的射流速度，分析出造成空泡射流速度差异的原因；利用水锤公式计算由空泡射流产生的射流冲击压力，并将所得到的射流冲击压力与2A02铝合金的屈服强度进行对比，发现射流冲击压力不足以对材料表面产生破坏，验证了射流压力对于靶材表面强化改性的可行性。（3）选择2A02铝合金作为实验靶材，利

7、用激光在水、乙醇、硅油三种不同液体中的靶材附近产生空泡，借助高速摄像机拍摄激光空泡在靶材壁面的整个脉动过程，并将仿真得到的空泡脉动过程与拍摄结果对比，验证仿真模拟的正确性；对比不同液体及泡壁距离H下靶材的表面形貌，分析了空泡溃灭时的射流和冲击I2A02铝合金近壁面激光空泡溃灭特性及作用机理研究波对于靶材表面的作用机制及改善效果；同时在实验中改变激光的能量和空泡与靶材壁面的距离，进一步讨论了不同的激光能量和泡壁距离H对于靶材表面残余应力的影响，结果表明激光能量越大，靶材表面的残余压应力越大，而随着H的增大，靶材表面的残余应力值先增

8、大后减小；对比三种液体中靶材残余应力的大小，可知三种液体中的残余应力均为残余压应力，表明激光空化作用对于靶材表面性能有一定的提升，并将实验得到的残余应力值与仿真得到的射流压力进行对比，发现两者的趋势基本一致，验证了仿真结果的准确性。关键词：激光空化，2A02铝合