淹没磨料水射流中磨料破碎状况分析.pdf

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1、制造技术／工艺装备现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2011年第7期淹没磨料水射流中磨料破碎状况分析侯亚康，毛桂庭，阳宁(长沙矿冶研究院深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，长沙410012)摘要：磨料水射流中的磨料在冲蚀破碎后，颗粒的分布在一定范围内表现出自相似的分形特征。对颗粒分布进行测定并分析，得出磨料水射流中磨料颗粒在喷嘴内有破碎发生，且颗粒愈大破碎愈强烈，分析得出颗粒的分形维度日J作为磨料破碎状态的一个蕈妥指标，应用于对颗粒破碎程度的评定。关键词：磨料水射流；

2、破碎；分形；维度中图分类号：THl6文献标志码：B文章编号：167l—3133(2011)07—0087—04AnalysisofbrokenconditionofabrasiveinabrasivewaterjetHOUYa—kang，MAOGui—ting，YANGNing(ChangshaResearchInstituteofMining&Metallurgy，StateKeyLaboratoryoftheExplorationandUtilizationofDeep—seaMineralResource

3、s，Changsha410012，China)Abstract：Aftertheerosionandfragmentation，thedistributionofparticleshasfractalcharacteristicofself-similarityinabrasivewaterjet．Determinationandanalysisofparticledistributionobtainabrasiveparticlesinabrasivewater．jetnozzlehavebroken，and

4、thelargerparticlesbreakmorestrongly．Thefractaldimensionofparticleswhichcanmeasurethefragmentationstateofabrasiveasanimportantindicatorcanevaluatethelevelofparticlefragmentation．Keywords：abrasivewaterjet；fragmentation；fractal；dimension0引言1磨料分形计算模型磨料水射流是高速水与磨料

5、混合对多种材料进行加工的非传统加工方法，属于非接触加工，且加工中不产生加工热⋯。磨料水射流自从20世纪80年代初被引人到机械加工领域，以其优良的切割特性及由此带来的巨大经济效益，引起了国内外工程界和学术界的普遍鼋视，使得磨料水射流技术和切割机理不断地完善，应用领域也不断拓展【zJ。对于淹没条件下磨料水射流的研究，由于其为多相流，而目前多相流的理论还不能解释磨料水射流的流动特点¨J。影响淹没磨料水射流切割性能的因素众多，如系统压力、围压、喷嘴口径、靶距、横向进给速度、磨料粒径和磨料形貌等，对于系统压力、围压、喷嘴

6、口径、靶距和横向进给速度等因素对磨料水射流切割性能的影响前人已经做了很多相关研究，但是对于磨料粒径和形貌的研究几乎没有，为了填补这方面研究的不足，本文利用分形学对磨料在不同工况下的破碎形貌进行研究，以期得到磨料颗粒在冲蚀过程中的破碎状况。Mandelbrot【41在20世纪70年代为了表征复杂图形和复杂过程首先将分形(fractal)一词引入自然科学领域，1986年Mandelbrot给出了一个广泛而通俗的分形定义：分形是局部和整体之间的自相似性。为了定量描述这种自相似性，分维的概念应运而生，从测度角度把具有分

7、形特性的规则图形的维数D定义为：D=InN(e)／ln(1／8)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)式中：Ⅳ(8)为测度得到的规则图形的测度单元数；占为测量单元的尺寸。由于测度尺寸可以是任意的，所以得到的维数就不再局限于整数，完全超越了欧氏几何的拓扑维数，对维数有了进一步发展。很多材料从微观损伤到宏观粉碎演化的几何特征和力学、物理量演变的数学特征，均具有较好的统计自相似性。实验表明，同种物料在同种粉碎机理下形成的粉体，其粒度分布都表现出分形分布【6J。磨料水射流中磨料是由砂矿在粉碎机中粉碎而得到，具有较好的自相似性，与靶材

8、碰撞粉碎后同样表现出分形872011年第7期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)分布特性。为了对淹没磨料水射流中磨料粒径分布及其流动性进行研究，做以下假设：1)将磨料颗粒作为规则球体看待。2)认为磨料颗粒密度是均匀的，不受尺度影响。3)磨料颗粒破碎后依然作为球体看待。以前对颗粒粒度是以小于等于某一粒径的颗粒的累计数目Ⅳ(≤d)的分布特征来描述。颗粒