一、水轮机叶片裂纹的压应力防护技术(论文文献综述)
李超永[1](2020)在《多相流环境下选矿设备材料的界面损伤行为与机理研究》文中研究指明多相流下选矿设备的界面损伤现象普遍存在于选矿领域,如冲蚀、空蚀损伤,它们是选矿设备用材料破坏或失效的重要原因之一。每年有巨大数量的钢材被冲蚀、空蚀消耗,造成惊人的经济损失。湿法选矿工艺中,起泡剂的加入使矿浆环境更加复杂,过流部件的冲蚀、空蚀损伤更加严重,故有必要对选矿设备材料进行表面改性,使其具有优异耐磨和耐蚀性能,并对改性后的选矿设备材料的多相流环境下界面损伤行为和机理进行研究,以期降低矿用金属材料界面的破坏速率,延长矿山设备关键零部件的使用寿命。本文以选矿设备中关键过流部件常用材料304奥氏体不锈钢(304 SS)为研究对象。首先,利用表面超声滚压(SURP)技术对304 SS进行表面改性处理,分别对304 SS基体和SURP试样进行微观形貌、力学性能、表面电势、钝化膜状态的表征和电化学性质的测量。结果表明:滚压后试样表面维氏硬度和残余应力增加且部分奥氏体转化成马氏体,维氏硬度和残余应力的增加有助于减少介质流动过程中界面因碰撞而产生的划痕和压痕,奥氏体转变成马氏体的相变可以在空泡作用下吸收冲击能而避免裂纹扩展,故试样具有良好的耐磨性。另外,SURP304SS试样表面有晶粒细化的现象,晶界间表面电势差减小;同时,钝化膜中O、Cr、Ni元素的比例增多,Fe的比例减少,Ni的富集更为明显,钝化膜中高价态金属氧化物(Cr O3、Ni2O3)和致密性氧化物(Fe2O3、Cr2O3、Ni2O3)的含量增多。这些现象使SURP试样的具有较高的开路电位和自腐蚀电位、较大的阻抗曲率半径和较低的自腐蚀电流密度,试样的抗腐蚀性能得以提升;因此,SURP能大大减少试样在多相流环境下304 SS界面损伤的失重量,延长材料的空蚀孕育期和抑制增长期的腐蚀率;可见,SURP 304 SS抗界面损伤性能提升的机理是相变、硬度、残余应力、晶粒细化、表面电势、钝化膜的组成和厚度等共同作用的结果。其次,对SURP试样在不同的滚压工艺和选矿工艺参数下进行空蚀、冲蚀和空蚀-冲蚀耦合试验,揭示了滚压工艺和选矿工艺参数在多相流环境下对304 SS试样界面损伤的影响。试验表明:选矿工艺对SURP 304 SS的界面损伤行为具有显着的影响:浆料浓度的增加会降低试样的抗冲蚀、空蚀-冲蚀性能,其表现在浆料浓度增加时会增加试样表面的磨损损失,但抗电化学腐蚀性能略微增强;随浆料p H的增加,试样的抗电化学腐蚀性能则先增强后减弱;冲蚀速度的增加将加速冲蚀过程中的摩擦磨损从而降低试样的抗冲蚀性能;低冲击角时冲蚀的界面损伤以切削磨损为主,高冲击角时冲蚀的界面损伤受变形磨损和电化学腐蚀共同控制;冲蚀过程中引入空蚀将大大增加试样的失重量,增加腐蚀介质中的气含量将降低设备的使用寿命;粒径的增加在提升抗电化学腐蚀性能的同时减小失重量,试样的抗空蚀-冲蚀性能得以提升;空蚀-冲蚀耦合作用比二者单独作用更严重,其不仅增加试验过程中的磨损腐蚀,也增加腐蚀中的电化学腐蚀速率。不同滚压遍数下304SS界面损伤的表征和试验表明,SURP 5~10遍时304 SS表面维氏硬度和残余应力达到饱和,晶粒细化速度达到最大化而缺陷生成速度处于较低水平,同时晶间的表面电势差有最小值,奥氏体和马氏体之间的相变处于稳定状态。因此,SURP 5~10遍时304 SS有最佳的抗界面损伤性能,并且材料经SURP处理后能大幅减少304 SS在多相流环境下的界面损伤。最后,对多相流和304 SS的界面以分子动力学和流体力学的角度进行了微观和宏观方面的跨尺度模拟,进一步丰富了多相流环境下选矿设备材料的界面损伤的行为和机理。结合能表明,在Cl-环境下,Fe和Cr金属单质的(35)E(结合能的绝对值)均大于其氧化物的(35)E。钝化膜中Fe和Cr与Cl-有较强的相互作用力,吸附紧密,Fe2O3和Cr2O3与Cl-相互作用较弱;费米能级附近的能带和态密度表明,O 2p、Cr 3d、2p和Fe 3d、2p是影响钝化膜中腐蚀电流大小的因素。Fe2O3和Cr2O3中O元素和Fe、Cr元素的s轨道电子形成共价键不能自由运动,产生电流的电子为受到较强的原子核束缚力电子和d轨道电子。而Fe和Cr对应的s轨道电子为可自由运动,易产生电流。在SURP试样表面钝化膜中高价态金属氧化物和致密性氧化物的含量比基体材料的多,因此,SURP试样具有良好的抗腐蚀性能。结合能、能带和态密度表明304 SS试样钝化膜组成的改变是界面损伤性能提升的机理之一。冲蚀率是与冲蚀速度、冲蚀角度和颗粒粒径密切相关,宏观模拟获得的冲蚀速度、冲击角度和颗粒粒径对冲蚀的影响与试验数据相吻合。该论文有图100幅,表30个,参考文献195篇。
邵亦锴[2](2020)在《激光冲击强化2Cr13不锈钢抗气蚀和空化—颗粒侵蚀行为研究》文中研究指明2Cr13不锈钢被广泛应用于汽轮机叶片、水轮机叶轮等过流部件的生产制造。长期以来,过流部件的气蚀问题严重制约着流体机械的平稳运行。此外,液体中的颗粒也会与气蚀发生耦合作用,共同侵蚀过流部件。激光冲击可以诱导残余压应力层并且使晶粒细化,具有减缓2Cr13不锈钢气蚀和空化-颗粒侵蚀行为的潜力。本课题通过理论计算,设计了激光冲击2Cr13不锈钢的试验参数,采用有限元分析模拟了不同层数激光冲击2Cr13不锈钢的应力应变场,研究了激光冲击前后2Cr13不锈钢表面完整性的变化。在气蚀和空化-颗粒侵蚀试验中,通过研究累积质量损失与侵蚀行为演化,揭示了激光冲击对2Cr13不锈钢抗气蚀以及空化-颗粒侵蚀行为的影响机理。主要研究内容如下:(1)通过理论计算,确定了激光冲击的试验参数,采用ABAQUS有限元软件对2Cr13不锈钢试样进行了不同层数激光冲击数值模拟研究并对2Cr13不锈钢进行了激光冲击试验。计算得出的冲击参数为:激光能量为10 J,光斑直径为2 mm。经过1层、2层和3层冲击后,模拟的平均表面残余应力分别为-366 MPa、-385 MPa和-387MPa,残余压应力层深分别为0.75 mm、1 mm和1.1 mm,应变幅值分别为3.5μm、6μm和9μm。模拟结果表明,表面残余压应力幅值、残余压应力层深和表面应变幅值随激光冲击层数的增加而增加,但是2层冲击和3层冲击试样的表面残余压应力分布基本相同,3层冲击的强化提升效果不明显。残余应力测试的结果与有限元分析的结果具有一致性。(2)研究了激光冲击前后试样晶粒大小、显微硬度和粗糙度的变化。研究表明:激光冲击细化了晶粒,诱导了塑性变形层,增加了显微硬度和粗糙度。试样表层晶粒大小从未冲击的20μm,细化为1层冲击的15μm,和2层冲击的10μm。1层和2层冲击试样的塑性变形层分别为80μm和100μm。未冲击、1层冲击和2层冲击试样的显微硬度分别为270 HV、310 HV和330 HV。沿微沟槽方向三种试样的粗糙度分别为Ra 0.139,Ra 1.436和Ra 2.388,垂直微沟槽方向三种试样的粗糙度分别为Ra 0.236,Ra 1.807和Ra 2.465。(3)在蒸馏水中,对未冲击、1层冲击和2层冲击试样进行了气蚀试验,揭示了激光冲击对2Cr13不锈钢气蚀行为的影响。研究表明:激光冲击延长了孕育期,降低了质量损失,增加了2Cr13不锈钢的抗气蚀性能,且2层冲击试样的抗气蚀性能优于1层冲击试样。未冲击、1层冲击和2层冲击试样的孕育期分别为180 min、210 min和240 min。与未冲击试样(7.88 mg)相比,1层冲击和2层冲击分别使质量损失降至7.19 mg和6.84 mg。在孕育期,随激光冲击层数的增加,微沟槽塑性变形减缓;在加速期,随冲击层数的增加,裂纹扩展的方向趋于一致,材料剥落得到缓解。在衰退期,试样的表面完整性随冲击层数的增加而提高。激光冲击后细化的晶粒承受了更多气蚀变形,增加了气蚀裂纹的扩展抗力,残余压应力层能降低气蚀裂纹尖端应力强度因子幅值,使裂纹扩展速率降低。(4)在不同粒径的颗粒-水混合液中,对未冲击、1层冲击和2层冲击试样进行了空化-颗粒侵蚀试验,揭示了激光冲击对2Cr13不锈钢空化-颗粒侵蚀行为的影响。研究表明:激光冲击降低了侵蚀质量损失,提高了2Cr13不锈钢的抗侵蚀性能,且2层冲击试样的抗侵蚀性能优于1层冲击试样。在0.02 mm颗粒混合液中,未冲击、1层冲击和2层冲击试样的质量损失分别为11.28 mg、10.60 mg和9.70 mg。未冲击试样的破坏形式经历了冲蚀磨损、磨粒磨损、塑性变形和气蚀损伤,激光冲击后试样的破坏形式主要经历了冲蚀磨损、磨粒磨损和气蚀损伤。随着冲击层数的增加,表面的微坑数量减少,微坑直径降低,表面完整性提高。在0.08 mm颗粒混合液中,与未冲击试样(14.66 mg)相比,1层冲击和2层冲击后,质量损失分别降至13.54 mg和12.58 mg。三种试样的破坏均比0.02 mm颗粒混合液中的严重,并且出现岛状结构,随着冲击层数的增加,侵蚀裂纹的长度减少。激光冲击后显微硬度的提高有利于抵抗冲蚀磨损和塑性变形,残余压应力层虽然不能降低侵蚀裂纹尖端应力强度因子幅值,但能延缓裂纹的扩展速率。
刘正良[3](2020)在《纳米晶金属陶瓷涂层的结构调控及氧化和空蚀行为研究》文中研究指明金属陶瓷材料复合了金属和陶瓷的某些物理化学特性而具有可调节的独特性能,如其热膨胀系数和机械性能介于金属与陶瓷之间,因此可更好地服役于许多特殊工况条件,比如热稳定和导电性优良的电阻元件或真空管,兼具耐磨和韧性的磨削工具。纳米材料因其晶粒尺寸效应也具有许多奇异的物理化学性质,得到全球科学与工商业的极大重视。本论文研究了纳米晶镍基金属-氮化物复合金属陶瓷涂层的结构调控及其对涂层的高温氧化行为和空蚀行为的影响,旨在深入理解纳米金属陶瓷材料的物理和化学性质,进而为新型金属陶瓷材料的发展和应用提供依据。本文设计了镍基NiCrAlYSiHfN/AlN多层膜和NiCrAlTiN金属陶瓷涂层,研究了磁控溅射和热处理对纳米金属陶瓷材料组织结构的影响机制,以及金属陶瓷材料组织结构对其高温氧化和空泡腐蚀行为的影响机制。得到的主要研究结果如下:1.具有NiCrAlYSiHfN/AlN层交替结构的多层膜涂层在1100℃氧化时,很快转化为β-(Ni,Cr)Al/AlN层交替结构,表面生成单一的α-Al2O3膜,其抛物线常数与β-NiAl合金相当。与β-NiAl合金表面氧化膜不同的是,多层膜表面的氧化铝膜结构具有粗晶/细晶层交替出现的特征,其机制为β-NiAl/AlN层逐层氧化。多层膜涂层在氧化过程中伴随着以下结构演变:1)AlN层连续性逐渐破坏;2)少量γ’-Ni3Al相颗粒和AlN颗粒在β相层中形成。2.在氧化初期多层膜涂层中较高的氮含量能够显着促进θ-Al2O3向α-Al2O3的转变,AlN颗粒的存在改变了氧化膜的生长方式。氮原子在氧化过程中可能掺杂到θ-Al2O3膜中产生更多的氧离子空位,从而促进θ-→α-Al2O3的相变。3.NiCrAlTiN纳米金属陶瓷涂层在1000℃真空退火3 h后由金属母相γ/γ’、沉淀析出的Ti2N/TiN纳米颗粒和AlN亚微米颗粒组成。其氮化物的相组成与氮含量有关。NiCrAlTiN纳米金属陶瓷涂层的抗空蚀性能显着优于奥氏体不锈钢304L、多弧离子镀硬质涂层TiN和等离子喷涂金属陶瓷涂层WC-12Co。但NiCrAlTiN的抗空蚀性能劣于NiCrAlTi金属涂层,而且NiCrAlTiN涂层中N含量越高,抗空蚀性能越差。这可能是因为氮化物的析出使得Y/γ’基体强度下降,抵消了氮化物析出强化的作用。另外,过高的退火温度和氮含量使得氮化物的粗化弱化了陶瓷颗粒/基体界面,也降低了涂层的强度。4.真空退火温度和时间对NiCrAlTi-xN的微观组织结构和抗空蚀性能有显着影响。在800℃下退火3 h的NiCrAlTi-3N涂层具有最佳的耐空蚀性能,优于NiCrAlTi涂层和等原子比NiTi合金试样。该涂层的组织结构展现出了纳米晶强化和第二相纳米颗粒强化对同时提高材料强韧性的有益影响。N掺杂降低了金属相的长大速率,析出的纳米δ’-Ti2N颗粒与金属相有半共格关系,从而提高了涂层的硬度、韧性和弹性回复率。NiCrAlTiN涂层空蚀坑附近基体晶粒出现层错和片层仅为几纳米的机械孪晶的形貌;空蚀坑最外层出现~10 nm厚的晶格扭曲带,扭曲带里的δ’-Ti2N颗粒也发生晶格扭曲;在扭曲带外、距离表面~20 nm处δ’-Ti2N颗粒依然与基体晶粒平行,未受到空蚀冲击的影响。上述变形方式有效地耗散了空蚀能量,协调了空蚀冲击引发的塑性变形。
肖逸奇[4](2019)在《涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价及其应用研究》文中认为热障涂层用于有内冷却结构的航空发动机热端部件上,可以显着地降低部件中金属基底的温度而提高部件寿命或者可提升航空发动机工作温度从而提升发动机性能、降低燃油消耗和污染物排放,已被广泛应用于军民用航空发动机和舰船、工业用燃气轮机当中。然而,由于热障涂层的服役环境极其恶劣,需承受冲蚀、高温氧化和腐蚀等多种载荷,导致涂层服役一定时间后不可避免的发生剥落。涂层一旦剥落,底层承力的金属因直接暴露于高温燃气下而快速失效,事故必然发生,从而影响生命、生产和国防安全。因此,研究其失效机理,预测涂层的服役寿命,防患于未然,则可极大地提升热障涂层的安全应用水平。然而,由于热障涂层本身是多孔的脆性材料,内含大量微孔洞和微裂纹等缺陷,导致其强度及相关参数具有很大的分散性和随机性,同时服役时的载荷也有很大的随机性,最终使得涂层的服役寿命也有很大分散性。基于确定性分析理论的寿命预测法无法考虑这些分散性从而存在根本性的缺陷。工程结构和机械结构的强度和载荷的随机性远没有热障涂层这么大,其安全设计与检验都摒弃基于确定性方法的安全系数法,转为采用基于概率分析的可靠性评价法,即把影响失效的各种量和寿命都看作随机量,以失效概率的大小来评价结构的安全性。由此,非常有必要使用可靠性评价方法来评判热障涂层的服役安全性。基于此,本文的创新性成果如下:(1)建立了考虑材料性能、微结构、环境分散性的热障涂层失效概率评价模型;基于NESSUS可靠性软件和FEM有限元方法,提出了涡轮叶片热障涂层可靠性建模与数值计算方法;采用概率敏感与Π定理理论,建立了可靠性的关键影响因素提炼方法。(2)发展了能模拟夹杂于高温燃气中的固体微粒在叶栅间运动状态的气固两相流数值模拟方法。建立了考虑热障涂层材料和力学以及微观结构等参数、冲蚀粒子速度和冲击角度等参数的冲蚀率模型。基于气固两相流数值模拟方法,模拟了燃气中夹带的大量颗粒在叶栅间的运动状态,并获得了真实情况下大量粒子对整个叶片表面涂层的破坏作用,结果表明由于工作叶片高速旋转,粒子以相对于涂层较大的速度冲击到涂层表面,使得工作叶片比导向叶片冲蚀更严重,且冲蚀严重的区域位于叶背面的前部和叶盆面的尾部。基于局部区域失效准则、冲蚀率模型和气固两相流数值方法建立了全叶面涂层冲蚀失效准则,完成了可靠性评价,并通过灵敏度分析得出涂层的断裂韧性及厚度对热障涂层可靠性影响最大。(3)发展了能模拟涡轮叶片热障涂层局部区域高温氧化失效的相场模型。模拟了失效过程并分析了相关因素对失效的影响。界面不平整时,导致涂层剥落的裂纹萌生于TGO层内的波峰区域。界面粗糙度越大,波峰处TGO生长越快,导致生长应力和热循环应力越大,涂层失效越快。当界面粗糙度A/L>1/4时,裂纹扩展后会穿过TGO与陶瓷层的界面进入陶瓷层,最后与萌生于相邻波峰处的裂纹连结于波谷表层方向的陶瓷层中,导致热障涂层完全剥离。界面粗糙度A/L<1/8时,萌生于TGO层内的裂纹会在TGO内继续扩展或者在TGO与陶瓷层界面处扩展,不会进入陶瓷中。而当界面粗糙度1/8<A/L<1/4时,裂纹扩展至界面附近时有可能出现分叉的现象,某一条支裂纹会往陶瓷层扩展,另一条支裂纹则会沿着界面扩展。评价了高温氧化环境下热障涂层的可靠性及影响因素。结果表明服役环境下,涡轮叶片表面的温度差虽然只有150200 K,但由于温度不均使得TGO生长速率不同,最终导致叶片表面不同部位的涂层失效概率相差达数十倍,如服役500小时后,叶片前缘迎风的局部区失效概率可达70%,而叶背厚部低温区失效概率仅为0.2%。通过概率灵敏度分析得出弹性模量、温度差是影响涂层可靠性的关键因素。(4)基于可靠性评价理论,使用热循环炉或热障涂层服役环境模拟装置对带涂层平板试片和涡轮叶片进行了热障涂层可靠性试验。将试验结果和理论评价结果进行了对比分析,验证了可靠性评价方法的可信度和实用性。另外,为了方便工程应用或从用户角度出发,还建立了热障涂层可靠性和传统寿命之间的转换方法;建立了涡轮叶片不同部位的热障涂层拥有不同重要度时热障涂层的性能评价方法。
盛杰[5](2019)在《激光喷丸强化IN718镍基合金高温疲劳特性及其延寿机理》文中进行了进一步梳理激光喷丸强化(Laser Peening,LP)作为一项新颖的表面改性技术,其利用高能短脉冲激光诱导的高压冲击波力学效应使金属材料表层产生塑性变形,通过形成高幅值的残余压应力和均匀、细密的晶粒结构,从而提高金属材料的疲劳性能。本文选取IN718镍基合金为研究对象,分析激光喷丸诱导残余压应力的高温松弛特性,推导高温疲劳全寿命估算公式和高温氧化环境下的疲劳裂纹扩展模型,通过对高温疲劳断口的宏微观检测,系统研究激光喷丸诱导的微观结构变化对高温疲劳裂纹扩展性能的影响,并结合高温氧化行为,揭示高温氧化膜形成机制及其疲劳性能增益微观机理。主要内容有以下几个方面:(1)研究IN718镍基合金高温疲劳过程中,蠕变-疲劳-氧化损伤交互作用机制,阐述典型试样高温疲劳断裂的宏微观过程;分析激光喷丸诱导的应力强化和组织强化效应,并结合激光喷丸诱导的位错增殖和高温析出,探讨温度和超高应变率交互作用的高温疲劳增益机理;以激活熵、晶粒尺寸、位错密度和析出相为表征量,探索激光喷丸诱导的残余压应力在高温条件下的宏微观松弛机制,在此基础上,推导残余压应力在高温疲劳下松弛估算公式;依据连续损伤力学观点,以IN718镍基合金单联中心孔试样为例,进行激光喷丸处理试样的高温疲劳裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命及高温全寿命估算;探讨激光喷丸强化对IN718镍基合金高温氧化动力学的影响,建立应力与高温氧化耦合条件下疲劳裂纹扩展模型。(2)开展不同激光功率密度下的激光喷丸试验,分析不同激光功率密度(6.05 GW/cm2,6.58 GW/cm2及7.37 GW/cm2)及服役温度(600℃,700℃和800℃)对试样表层显微硬度以及表面形貌的影响;研究不同激光功率密度喷丸处理后,IN718镍基合金试样表面和深度方向的残余压应力分布规律;开展不同服役温度下激光喷丸试样的热暴露试验,研究激光喷丸诱导的残余压应力在高温保持过程中的松弛规律,并获得残余压应力的高温松弛模型。结果表明,激光喷丸可显着提高IN718镍基合金基体材料近表层的显微硬度,但硬化层深度存在阈值,且适当提高激光功率密度可增大塑性变形层深度。激光喷丸诱导形成的近表层残余压应力在深度方向呈梯度分布,而温升导致的位错运动是残余压应力发生松弛的主要原因。(3)开展典型激光喷丸IN718镍基合金单联中心孔拉伸试样的高温疲劳拉伸试验,研究不同激光功率密度和服役温度对试样疲劳寿命的影响;分别从宏观断口形貌和微观断口形貌两个角度,结合疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区及瞬断区的分布、疲劳条带、析出相、韧窝及断裂模式等特征,分析不同激光功率密度和服役温度对IN718镍基合金断裂特性的影响,揭示激光喷丸强化前后试样高温疲劳断裂的本质规律。结果表明,激光喷丸可抑制或消除IN718镍基合金表层疲劳裂纹萌生倾向,显着提高其常温和高温疲劳寿命,激光功率密度和服役温度是影响材料最终疲劳寿命的两个重要因素。(4)分析IN718镍基合金高温疲劳过程中的氧化行为,探索高温交变载荷下氧化膜形成的不同物理阶段和化学反应阶段,揭示高温氧化膜对疲劳裂纹扩展特性的影响规律;研究超高应变率激光喷丸作用下,材料表层强烈塑性形变诱导的晶粒细化和位错增殖等微观组织强化效应,揭示材料内部组织能态在微观尺度内的平衡规律,位错亚结构转变与服役温度以及激光功率密度之间的相互联系;探讨高温疲劳过程中,断口附近强化区内晶粒组织、位错组态和强化相的演变规律及其对裂尖塑性区的损伤模式与裂纹扩展速率的影响,揭示激光喷丸改善高温服役件疲劳性能的微观组织强化机理。结果表明,激光喷丸诱导的位错密度的增大以及细晶结构的生成,有助于提升材料的局部力学性能。同时,生成的新的位错结构,如位错墙、位错胞等与γ’相强化颗粒形成了特有的“位错-析出相”缠结,从而对运动位错产生钉扎效应,最终提高了材料的抗高温疲劳性能。另外,高温过程中的氧化膜,在扩展初期对裂纹的萌生和扩展具有一定的抑制作用。
赵蓉,吴忠,刘磊,沈彬,胡文彬[6](2018)在《喷丸对金属材料耐蚀性能影响的研究进展》文中进行了进一步梳理喷丸作为一种成本低廉、不受工件形状限制的表面处理工艺,被广泛应用于提高工件机械性能、耐蚀性能和抗疲劳性能。本文介绍了常用的喷丸技术种类和喷丸对材料表面状态的作用机理,并综述了喷丸对金属材料耐蚀性能影响的研究进展。
陈欢[7](2019)在《基于导光臂的激光冲击强化柔性光路系统关键技术研究》文中研究说明激光冲击波技术是提高材料表面性能的有效手段之一,在航空航天、重大装备等领域具有广泛的应用前景。目前激光冲击装备多采用光路系统固定,通过工件相对运动实现冲击点位置的变化、冲击角度(空间姿态)的调整与冲击轨迹,其工件夹持系统多采用机械手结构,很难适应于大型复杂结构零件的冲击强化。针对这一问题,本文提出了基于导光臂的激光冲击强化柔性光路技术方案,并进行关键技术研究,主要研究工作如下:首先,在阐述激光冲击波原理与技术现状的基础上,开展基于导光臂的激光冲击强化柔性光路系统方案设计与优化,并进行关键技术问题分析。提出了针对大型复杂零部件的激光冲击强化柔性光路系统技术方案,该方案采用工件作宏观平面运动,实现冲击区域的调整,通过基于导光臂的柔性光路传输系统实现激光束冲击点位置及空间姿态的在线调控,形成激光冲击强化轨迹和冲击方向,完成对大型复杂结构零件的冲击强化。在此基础上分析了其中的关键技术问题:导光臂的柔性光路传输系统、工件夹持系统、冲击轨迹和冲击方向优化、随动约束层系统、吸收层系统、控制系统、检测监控系统等。其次,系统的开展基于导光臂方案的柔性光路传输系统研发。根据大型复杂零件的结构特点和强化需求,提出了三种导光臂方案,并进行了具体的导光臂结构研发及优化,重点结构在于导光臂关节运动部位、镜片的冷却以及安全防护部位。再次,进行了约束层及吸收层系统的方案探索。对比分析研究了现有约束层、吸收层系统技术方案,提出了针对激光束与冲击作用点变化,实现约束层随动的随动约束层系统方案,以及能够满足连续冲击需求的吸收层系统方案。最后,以变桨轴承为对象,进行了基于导光臂的激光冲击强化柔性光路系统的实践。针对变桨轴承的服役工况和冲击强化需求,重点开展了变桨轴承专用夹持系统研发,并进行了导光臂和工件的运动规划,优化出变桨轴承冲击轨迹和方向,实现了基于导光臂柔性光路传输系统的冲击轨迹优化和激光束空间姿态与作用点的调控。
宋凤明[8](2017)在《钢在固液混合浆体中的磨蚀失效行为及疏浚用耐磨蚀钢研制》文中提出磨蚀广泛存在于矿山机械、水轮机及矿浆、砂浆、粉煤灰等输送管道中,其破坏既有空蚀痕迹又有磨损痕迹,破坏程度比单纯的磨损或空蚀严重得多。在吹填造陆过程中,输送管道承受严重的磨蚀破坏,Q235B材质制作的疏浚管一般3年即报废。本文以海水浆体疏浚工况下钢铁材料的磨蚀失效为研究目标,建立了钢铁材料实验室磨蚀性能评价体系,系统对比分析了材料特性、工况条件对钢铁材料磨蚀性能的影响及材料磨蚀失效的方式、机理,为耐磨蚀材料的研制及选材提供了依据。论文的主要研究工作及创新性成果如下:设计了新的磨蚀试验装置,形成疏浚工况条件下的磨蚀评价方法,建立了钢铁材料磨蚀性能的实验室评价体系。新设计的磨蚀试验装置具有良好的数据重现性,并能够测量磨蚀过程中的各磨蚀分量,试验结果与实际工况相吻合。该体系的建立为钢铁材料磨蚀机理的研究及耐磨蚀钢种的研制奠定了基础。磨蚀失重 W(mg/km)与温度 T(℃)基本呈线性关系,可以总结为W=k×T+a。其中a为常数,k为温度的系数。温度低于20℃时,k值约为0.5;20~40℃范围内,k值则约为3。研究了试验钢成分、力学性能对耐磨蚀性能的影响。耐候钢中较多的耐蚀元素促进了表面保护性锈层的形成,这些锈层在磨损作用下极易被反复去除从而促进材料表面的磨蚀失重。少量的Cr有利于试验钢腐蚀电位的提高,从而抑制腐蚀的发生,有助于耐磨蚀性能的改善;C易在钢中形成大量的导体碳化物,这些碳化物在基体中充作阴极促进腐蚀的发生从而增加材料的磨蚀失重、降低耐磨蚀性能。钢的磨蚀失重与强度呈线性关系,磨蚀失重(mg/km)W=-0.0086Rm+24.02,抗拉强度提高到约1500 MPa时有望实现普碳钢两倍的耐磨蚀性能。不同类型组织的耐磨蚀性能基本为:F<F+P<F+M+γ<M。在兼顾耐蚀性能的基础上提高强度有望实现耐磨蚀性能的大幅度提高。研制了具有良好耐磨蚀性能的超高强BMS-1钢,其抗拉强度超过 1400 MPa,耐磨蚀性能约为Q235B的2倍。磨蚀失重与速度呈近似指数关系:W=KVn。在模拟混凝土的碱性浆体中,速度从2.2 m/s提高到3.3 m/s后,几种试验钢的n值从1.01~1.30上升到1.55~1.83;而在海水浆体中,由于腐蚀失重占有较高的比例,n值相应有所降低,除了 BW300TP外,n值降低幅度随着强度的提高而增加,这也反映了磨蚀失重中磨损失重占有主要地位。磨蚀试样表面几乎均存在数量不等的磨蚀坑,磨蚀坑在十数秒内形成。其中普碳钢表面的磨蚀坑数量较少,高强钢表面存在较多的磨蚀坑,局部甚至出现磨蚀坑相互接触连成一片,磨蚀表面还可以观察到有较多的犁沟及片层存在;试样背面在腐蚀作用下形成条状磨蚀沟槽。普碳钢的犁沟深且宽,而高强钢的犁沟则浅而窄。普碳钢的磨蚀失效方式包括犁沟、片层和磨蚀坑的形成,其中固体颗粒的嵌入及片层剥落是磨蚀坑形成的两个原因;高强度钢的磨蚀失效方式主要是磨蚀坑和片层的形成。此外,普碳钢试样表面有明显的变形层存在,这些变形层在后续颗粒的冲击下出现裂纹并形成磨蚀坑,导致材料的流失。所以普碳钢具有更高的磨蚀失重。以Q235B、Q345B两种普碳钢和BW300TP、BMS-1两种高强钢为研究对象,对比研究了模拟海水浆体中试验钢磨蚀分量的变化规律及腐蚀与磨损的交互作用。海水浆体疏浚环境下材料的磨蚀失重以磨损失重为主,纯磨损失重占磨蚀总失重的比例均超过57%;纯腐蚀失重所占比例很小,BMS-1的交互作用失重占总磨蚀失重的30.6%。速度降低到1.1 m/s后,纯腐蚀失重占总磨蚀失重的比例显着提高,而BW300TP和BMS-1中纯磨损失重只占总磨蚀失重的10.6%和39.5%,而交互作用失重比例分别提高到79.62%和42.3%。模拟混凝土浆体的碱性介质中,磨损失重在磨蚀失重中的比例更高。因此在碱性浆体中,材料的磨损性能提高对磨蚀性能的改善更为重要。纯腐蚀或纯磨损速率的提高均促进磨蚀过程中腐蚀与磨损交互作用的提高,其中腐蚀起到主导性的作用。磨蚀性能的改善除了提高强度外,还应适当抑制腐蚀,从而降低腐蚀与磨损的交互作用。研究了 BMS-1高强钢的制管加工及焊接工艺。根据对卷管过程中设备的受力分析,计算了 BMS-1制管时设备的受力载荷及功率,提出了基于钢板回弹量计算卷板时上工作辊位移量的方法;采用弱搭配焊接工艺,在满足疏浚要求的同时实现了 BMS-1钢的高质量制管。疏浚现场的磨蚀性能对比试验表明,样管的磨蚀性能与实验室结果一致,耐磨蚀性能达到现有普碳钢的2倍。
徐用良[9](2017)在《混流式水泵水轮机转轮应力测试模型试验研究》文中研究表明为了提高电网的可靠性和安全性,需要提高抽水蓄能机组的装机容量,目前在我国抽水蓄能电站的建设处于快速发展的阶段。水泵水轮机作为抽水蓄能电站的最重要的部件之一,为了提高水泵水轮机的经济效益,水泵水轮机的发展趋势是高水头大容量。这将导致机组的尺寸逐步增大,转轮叶片越来越长。同时水泵水轮机工况转换频发,载荷复杂多变,如果设计不当,其疲劳强度很难得到保证。本文通过对水轮机转轮叶片应力测量的方法的研究,并结合最新的遥测技术,研发了一套32通道的混流式模型水泵水轮机转轮叶片应力测量系统。对于传感器的安装方法,本文比较了3种不同布线方法的优缺点并进行了防冲刷试验,最终确定了本课题采用的表面布线及防护方案。根据经验本文在水泵水轮机9个叶片10个最危险的位置布置了32应力测量传感器。模型试验研究的工况包括水轮机工况、水泵工况、驼峰区以及“S”区。在进行转轮叶片应力测量时,同时进行水泵水轮机整个流道的压力脉动的测量,以研究旋转部件与固定部件的相互作用。试验完成后,对测得的试验数据进行了详细的分析,应力的分析包括动应力和静应力的分析,动应力与压力脉动的关系,动应力与静应力的关系。重点分析了在水轮机工况、水泵工况、水泵驼峰区和“S”区各测点应力在空间上的分布,找出转轮叶片动、静态应力最大和最危险的区域。并且在上述工况下进行了应力随负荷的分布规律,获得了同一测点位置,最大应力出现的负荷条件。大型抽水蓄能机组的应力测试技术研究是水电站安全保障的关键技术研究的重要内容,对于分析机组的安全稳定运行具有重要意义。本文基于500m水头段水泵水轮机转轮叶片应力测量,给该水头段水泵水轮机的设计开发提供了技术支持。
刘玉成[10](2016)在《低温气体多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo性能及抗空蚀能力的影响》文中提出我国水力发电设备的设计制造能力已经达到世界先进水平,但水轮机转轮的磨蚀和裂纹问题始终未得到有效解决。本研究通过对ZG04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢进行低温气体多元共渗处理,研究处理后的材料与未处理材料的拉伸性能、疲劳性能、磨损性能、抗腐蚀性能以及抗气蚀能力方面的差异,结果表明:ZG04Cr13Ni5Mo经低温气体多元共渗后,表面获得约70μm的硬化层,心部组织没有变化,仍然保持低碳板条马氏体和少量δ铁素体。渗层由表面的氧化层、弥散分布含碳ε-Fe2-3 (N, C)化合物层和扩散层组成。渗层中的化合物层具有最高的硬度,为1250HV0.1,约为心部硬度的5倍;ZG04Cr13Ni5Mo样品经低温气体多元共渗后,材料的抗拉强度、塑性几乎没有改变,冲击功有一定下降,主要是由于渗层组织降低了冲击试样的裂纹形成和扩展功;经低温气体多元共渗后,疲劳性能和耐磨性有显着提高,主要是由于渗层具有极高的硬度并使材料表面处于压应力状态,提高了材料的抗疲劳和抗磨损能力;多元共渗处理的样品,耐腐蚀性能有所下降,主要是由于渗入的C、N元素与基体中的Cr生成化合物,降低了钢中的有效Cr含量,同时破坏了不锈钢表面钝化膜,降低了抗腐蚀能力。由于空蚀机理的复杂性,目前还很难把材料的某一物理、化学特性与抗空蚀能力对应起来,但从空蚀的机械作用理论分析,对于同一材料,提高材料的硬度的疲劳性能对提高材料的空蚀能力是有利的。本次试验很好的证明了这一点,ZG04Cr13Ni5Mo经低温气体多元共渗后,经超声波空蚀试验表明其耐空蚀能力比未经共渗处理的试样有有大幅提高。
二、水轮机叶片裂纹的压应力防护技术(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、水轮机叶片裂纹的压应力防护技术(论文提纲范文)
(1)多相流环境下选矿设备材料的界面损伤行为与机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 冲蚀与空蚀的防护 |
1.3 表面自纳米化的发展 |
1.4 多相流界面仿真模拟 |
1.5 本文研究内容 |
1.6 本文技术路线 |
2 试验和方法 |
2.1 试验原料 |
2.2 试验药剂与仪器 |
2.3 试验方法与试样表征 |
3 304 SS的 SURP表面改性 |
3.1 改性试样的微观形貌和力学性能 |
3.2 改性试样的表面钝化膜 |
3.3 改性试样的静态电化学腐蚀性能 |
3.4 改性试样的性能评价 |
3.5 SURP提升304 SS表面性能的机理 |
3.6 本章小结 |
4 SURP试样抗空蚀性能研究 |
4.1 SURP滚压遍数对试样抗空蚀性能的影响 |
4.2 浆料浓度对SURP试样抗空蚀性能的影响 |
4.3 矿浆p H值对SURP试样抗空蚀性能的影响 |
4.4 章节小结 |
5 SURP试样抗冲蚀性能研究 |
5.1 SURP滚压遍数对试样抗冲蚀性能的影响 |
5.2 冲蚀速度对SURP试样抗冲蚀性能的影响 |
5.3 冲击角度对试样抗冲蚀性能的影响 |
5.4 章节小结 |
6 SURP试样抗空蚀-冲蚀耦合性能研究 |
6.1 SURP滚压遍数对试样抗空蚀-冲蚀耦合性能的影响 |
6.2 气含量对试样抗空蚀-冲蚀耦合性能的影响 |
6.3 颗粒粒径对试样抗空蚀-冲蚀耦合性能的影响 |
6.4 浆料浓度对试样抗空蚀-冲蚀耦合性能的影响 |
6.5 本章小结 |
7 多相流环境下界面损伤的多尺度模拟 |
7.1 腐蚀介质在钝化膜表面的第一性原理研究 |
7.2 腐蚀介质在多相流界面的冲蚀率及影响因素 |
7.3 本章小结 |
8 结论和展望 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(2)激光冲击强化2Cr13不锈钢抗气蚀和空化—颗粒侵蚀行为研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 气蚀的物理过程与研究现状 |
1.2.1 气蚀的成因 |
1.2.2 金属的气蚀阶段、失效形式与影响因素 |
1.2.3 国内外抗气蚀方法的研究现状 |
1.3 空化-颗粒侵蚀的物理过程与研究现状 |
1.3.1 空化-颗粒侵蚀与气蚀的关系以及作用机制 |
1.3.2 空化-颗粒侵蚀的影响因素 |
1.3.3 颗粒特性对空化-颗粒侵蚀影响的研究现状 |
1.4 表面完整性对金属气蚀和空化-颗粒侵蚀行为的影响 |
1.5 激光冲击强化及研究现状 |
1.5.1 激光冲击强化的原理 |
1.5.2 数值模拟在激光冲击强化研究中的研究现状 |
1.5.3 激光冲击层数对金属表面完整性的影响 |
1.5.4 激光冲击强化抗气蚀研究现状 |
1.6 本课题主要研究内容和研究意义 |
第二章 激光冲击2Cr13 不锈钢有限元分析与试验 |
2.1 引言 |
2.2 激光冲击试验参数计算 |
2.3 数值模拟模型搭建 |
2.3.1 激光冲击波的压强加载 |
2.3.2 求解时间设置及网格划分 |
2.4 模拟结果与分析 |
2.4.1 激光冲击2Cr13 不锈钢表面残余应力分析 |
2.4.2 激光冲击2Cr13 不锈钢表面残余应力释放分析 |
2.4.3 激光冲击2Cr13 不锈钢深度方向残余应力分析 |
2.4.4 激光冲击2Cr13 不锈钢形变应变分析 |
2.5 激光冲击试验以及残余应力分析 |
2.5.1 试样制备 |
2.5.2 激光冲击试验 |
2.5.3 激光冲击2Cr13 不锈钢残余应力测试 |
2.5.4 激光冲击2Cr13 不锈钢残余应力分析 |
2.6 本章小结 |
第三章 不同层数激光冲击2Cr13 不锈钢表面完整性研究 |
3.1 引言 |
3.2 试验方法 |
3.2.1 微观组织观测 |
3.2.2 表面形貌与粗糙度检测 |
3.2.3 显微硬度测量 |
3.3 表面完整性表征结果 |
3.3.1 激光冲击2Cr13 不锈钢微观组织分析 |
3.3.2 激光冲击2Cr13 不锈钢显微硬度分析 |
3.3.3 激光冲击2Cr13 不锈钢表面形貌与粗糙度分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 不同层数激光冲击2Cr13 不锈钢抗气蚀行为研究 |
4.1 引言 |
4.2 试样准备与试验方法 |
4.3 试验结果及分析 |
4.3.1 气蚀累积质量损失和质量损失率分析 |
4.3.2 激光冲击对气蚀表面粗糙度的影响 |
4.3.3 激光冲击对气蚀孕育期微沟槽形貌的影响 |
4.3.4 激光冲击对气蚀加速期裂纹扩展的影响 |
4.3.5 激光冲击对气蚀衰退期破坏形貌的影响 |
4.4 不同层数激光冲击2Cr13 不锈钢抗气蚀机理 |
4.5 本章小结 |
第五章 不同层数激光冲击2Cr13 不锈钢抗空化-颗粒侵蚀行为研究 |
5.1 引言 |
5.2 试样准备与试验方法 |
5.3 试验结果及分析 |
5.3.1 空化-颗粒侵蚀累积质量损失和质量损失率分析 |
5.3.2 激光冲击对空化-颗粒侵蚀表面粗糙度的影响 |
5.3.3 0.02mm颗粒混合液下侵蚀行为研究 |
5.3.4 0.08mm颗粒混合液下侵蚀行为研究 |
5.4 不同层数激光冲击2Cr13 抗空化-颗粒侵蚀机理 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间的研究成果 |
(3)纳米晶金属陶瓷涂层的结构调控及氧化和空蚀行为研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 金属陶瓷涂层和纳米晶涂层制备 |
1.2.1 热喷涂 |
1.2.2 激光熔覆 |
1.2.3 电镀 |
1.2.4 物理气相沉积 |
1.3 金属高温氧化 |
1.3.1 金属高温氧化理论 |
1.3.2 典型的高温防护涂层及其氧化行为 |
1.3.3 金属陶瓷涂层的氧化 |
1.4 金属和陶瓷空蚀 |
1.4.1 空泡腐蚀背景及机制 |
1.4.2 空蚀破坏的影响因素 |
1.4.3 常见材料的空蚀行为和抗空蚀涂层的研究现状 |
1.5 本论文研究的目的和内容 |
1.5.1 研究目的 |
1.5.2 研究内容 |
第2章 实验材料及方法 |
2.1 基体材料 |
2.2 涂层制备 |
2.2.1 抗氧化NiCrAlYSiHfN/AlN多层膜涂层 |
2.2.2 抗空蚀NiCrAlTiN涂层 |
2.2.3 真空退火 |
2.3 测试手段 |
2.3.1 高温氧化实验 |
2.3.2 超声振动空蚀 |
2.4 结构及成分表征 |
2.4.1 扫描电子显微镜 |
2.4.2 X射线能谱仪 |
2.4.3 透射电子显微镜 |
2.4.4 X射线衍射分析 |
2.4.5 显微硬计 |
2.4.6 纳米压痕仪 |
2.4.7 电子探针分析仪 |
2.4.8 光激发荧光谱技术 |
第3章 镍基NiCrAlYSiHfN/AlN多层膜涂层的高温氧化机制 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.3 实验结果 |
3.3.1 沉积态涂层微观结构 |
3.3.2 高温氧化行为 |
3.3.3 互扩散行为 |
3.4 讨论 |
3.4.1 氧化机制 |
3.4.2 互扩散 |
3.4.3 涂层退化机制 |
3.5 小结 |
第4章 氮含量对NiCrAlYSiHfN/AlN涂层表面氧化铝膜相变的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.3 实验结果 |
4.3.1 三种NiCrAlYSiHfN/AlN多层膜涂层沉积态的形貌特征 |
4.3.2 三种涂层氧化后形貌及氧化膜组成 |
4.4 讨论 |
4.5 小结 |
第5章 NiCrAlTi(N)涂层的氮含量调控与空蚀行为 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.3 实验结果 |
5.3.1 NiCrAlTi(N)涂层沉积态微观组织 |
5.3.2 1000℃退火NiCrAlTi(N)涂层的微观结构 |
5.3.3 1000℃退火NiCrAlTi(N)涂层及对比材料的显微硬度 |
5.3.4 1000℃退火NiCrAlTi(N)涂层及对比材料的空蚀行为 |
5.4 讨论 |
5.5 退火时间对NiCrAlTi-8N涂层结构和空蚀性能的影响 |
5.6 小结 |
第6章 800℃退火NiCrAlTi与NiCrAlTi-3N涂层的组织与空蚀行为 |
6.1 引言 |
6.2 实验方法 |
6.3 实验结果 |
6.3.1 退火温度对NiCrAlTi(N)涂层耐空蚀性能的影响 |
6.3.2 NiCrAlTi,NiCrAlTi-3N和NiTi合金的微观结构 |
6.3.3 纳米压痕测试 |
6.3.4 空蚀行为 |
6.4 讨论 |
6.4.1 两种涂层微观结构演化规律 |
6.4.2 空蚀机制分析 |
6.5 小结 |
第7章 总结论 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(4)涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价及其应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 热障涂层的重大需求与发展瓶颈 |
1.1.1 航空发动机对热障涂层的重大需求 |
1.1.2 热障涂层及其典型结构特征 |
1.1.3 热障涂层的剥落瓶颈 |
1.2 剥落失效的研究现状与困境 |
1.2.1 诱导热障涂层剥落的关键因素 |
1.2.2 基于寿命理念的关键破坏模式预测 |
1.2.3 剥落寿命研究面临的困境 |
1.3 热障涂层可靠性理念的优势与研究挑战 |
1.3.1 结构可靠性的基本概念 |
1.3.2 热障涂层服役可靠性评价的优势 |
1.3.3 热障涂层可靠性评价的研究现状与挑战 |
1.4 本文的选题依据与研究内容 |
1.4.1 本文的选题依据 |
1.4.2 本文的主要内容 |
第2章 涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价的总体思路与关键技术 |
2.1 涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价的总体思路 |
2.2 典型破坏模式及其准则 |
2.3 材料、结构与环境参数的随机性及其分布规律 |
2.4 可靠性理论 |
2.4.1 Monte-Carlo抽样方法 |
2.4.2 均值法与改进均值法 |
2.5 基于NESSUS和有限元软件的涡轮叶片可靠性计算方法 |
2.6 灵敏度分析与关键影响因素提炼方法 |
2.7 基于П定理的参数优化 |
2.8 本章小结 |
第3章 高温气流下涡轮叶片热障涂层的冲蚀服役可靠性评价 |
3.1 热障涂层冲蚀率模型 |
3.2 高温气流下涡轮叶片热障涂层冲蚀破坏的数值模拟与分析 |
3.2.1 冲蚀失效数值模拟基本理论 |
3.2.2 涡轮叶片热障涂层冲蚀的有限元建模 |
3.2.3 冲蚀破坏模拟及机制分析 |
3.3 涡轮叶片热障涂层冲蚀失效准则 |
3.4 影响冲蚀失效各参数的统计特征分析 |
3.5 冲蚀服役可靠性评价 |
3.6 冲蚀失效关键影响因素分析 |
3.6.1 基于可靠性灵敏度的关键影响因素分析 |
3.6.2 基于П定理的影响因素分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 涡轮叶片热障涂层界面氧化的可靠性评价 |
4.1 基于相场理论的热障涂层界面氧化破坏机制分析 |
4.1.1 氧化诱导涂层开裂的相场模型 |
4.1.2 界面断裂相场模型的经典案例验证 |
4.1.3 热循环条件下氧化诱导裂纹扩展的相场模拟 |
4.2 热障涂层界面氧化失效准则的建立 |
4.2.1 基于相场法的热障涂层界面氧化失效准则 |
4.2.2 基于临界能量释放率的热障涂层界面氧化失效准则 |
4.3 氧化影响参数的统计特征分析 |
4.4 热障涂层界面氧化失效可靠性评价 |
4.5 界面氧化关键因素分析 |
4.5.1 基于可靠性灵敏度的影响因素分析 |
4.5.2 基于П定理的影响因素分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 涡轮叶片热障涂层可靠性评价的应用研究 |
5.1 可靠性理论在涡轮叶片热障涂层热震性能评价中的应用 |
5.2 可靠性理论在涡轮叶片热障涂层燃气热冲击性能评价中的应用 |
5.3 服役环境下涡轮叶片热障涂层氧化失效的可靠性评价 |
5.4 服役可靠性与寿命预测的转换 |
5.5 涡轮叶片热障涂层失效权重的分析 |
5.6 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
个人简历和在校期间取得的学术成果 |
(5)激光喷丸强化IN718镍基合金高温疲劳特性及其延寿机理(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
注释清单 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 IN718 镍基合金研究现状及存在问题 |
1.2.1 IN718 镍基合金简介及其工业应用 |
1.2.2 IN718 镍基合金高温疲劳性能研究现状及不足 |
1.2.3 IN718 镍基合金抗疲劳制造工艺研究 |
1.3 激光喷丸强化抗疲劳制造技术 |
1.3.1 激光喷丸强化技术简介 |
1.3.2 激光喷丸强化抗疲劳制造的工业应用 |
1.4 激光喷丸强化抗高温疲劳性能研究 |
1.4.1 激光喷丸诱导残余压应力的高温松弛 |
1.4.2 激光喷丸诱导的微观组织高温演变 |
1.4.3 激光喷丸高温疲劳性能研究存在的问题 |
1.5 本课题研究意义和主要内容 |
1.5.1 研究意义 |
1.5.2 研究内容 |
第二章 激光喷丸强化IN718 镍基合金高温疲劳延寿理论 |
2.1 IN718 镍基合金的高温疲劳失效理论 |
2.1.1 高温疲劳损伤机理 |
2.1.2 高温疲劳断裂过程 |
2.2 激光喷丸抗高温疲劳的应力强化机制 |
2.2.1 激光喷丸诱导的表层残余压应力形成过程 |
2.2.2 激光喷丸诱导的残余压应力疲劳增益机制 |
2.3 激光喷丸抗高温疲劳的组织强化机制 |
2.3.1 激光喷丸试样抗高温疲劳细晶强化 |
2.3.2 激光喷丸试样抗高温疲劳位错强化 |
2.3.3 激光喷丸试样抗高温疲劳动态析出强化 |
2.4 激光喷丸强化的高温疲劳寿命估算 |
2.4.1 高温疲劳载荷下残余压应力计算 |
2.4.2 高温疲劳裂纹萌生寿命估算 |
2.4.3 高温疲劳裂纹扩展寿命估算 |
2.4.4 高温疲劳全寿命估算 |
2.5 激光喷丸强化材料的高温氧化行为 |
2.5.1 激光喷丸强化对高温氧化动力学的影响 |
2.5.2 高温环境下应力与氧化行为的耦合模型 |
2.5.3 高温氧化环境下的疲劳裂纹扩展模型 |
2.6 本章小结 |
第三章 激光喷丸IN718 镍基合金表面完整性及高温残余应力松弛 |
3.1 试验材料及试样尺寸 |
3.2 激光喷丸强化试验系统 |
3.2.1 激光器及控制系统 |
3.2.2 激光喷丸试验方案 |
3.3 显微硬度测试 |
3.3.1 显微硬度测试设备及方法 |
3.3.2 显微硬度分析 |
3.4 表面形貌测试 |
3.4.1 表面形貌测试设备及方法 |
3.4.2 不同激光功率密度下的表面形貌分析 |
3.5 残余应力测试 |
3.5.1 残余应力测试设备及方法 |
3.5.2 不同激光功率密度下的表面残余应力分布 |
3.5.3 不同激光功率密度下深度方向残余应力分布 |
3.5.4 残余压应力的高温松弛规律 |
3.5.5 残余压应力的高温松弛模型 |
3.6 本章小结 |
第四章 激光喷丸强化IN718 镍基合金的高温疲劳性能 |
4.1 高温疲劳试验与方法 |
4.1.1 试验设备 |
4.1.2 试样装夹方法 |
4.1.3 疲劳试验参数 |
4.2 激光喷丸强化后的高温疲劳寿命 |
4.2.1 激光功率密度对疲劳寿命的影响 |
4.2.2 服役温度对疲劳寿命的影响 |
4.3 高温疲劳断裂不同阶段的断口特征 |
4.3.1 激光功率密度对疲劳断口的影响 |
4.3.2 服役温度对疲劳断口的影响 |
4.4 高温疲劳微观开裂机制 |
4.5 本章小结 |
第五章 激光喷丸强化IN718 镍基合金的高温氧化及疲劳性能增益微观机制 |
5.1 激光喷丸试样热暴露及高温疲劳拉伸后的显微组织演变 |
5.1.1 激光喷丸IN718 镍基合金试样热暴露前后的显微组织 |
5.1.2 IN718 镍基合金高温疲劳拉伸后的显微组织 |
5.2 激光喷丸试样高温疲劳拉伸前后的微观结构特征 |
5.2.1 激光喷丸前后的位错组态分析 |
5.2.2 不同激光功率密度下高温疲劳试样的微观结构 |
5.2.3 不同服役温度下高温疲劳样的微结构特征 |
5.3 激光喷丸与高温氧化交互作用对高温疲劳的影响 |
5.3.1 镍基合金高温氧化过程分析 |
5.3.2 镍基合金高温氧化动力学分析 |
5.3.3 激光喷丸诱导的微观组织演变与高温氧化的交互作用 |
5.3.4 高温氧化膜形成对高温疲劳性能的影响 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 尚未解决的问题及前景展望 |
参考文献 |
攻读学位期间学术论文发表与研究成果目录 |
致谢 |
(6)喷丸对金属材料耐蚀性能影响的研究进展(论文提纲范文)
1 常用喷丸技术及作用机理 |
1.1 常用的喷丸技术 |
1.1.1 传统颗粒喷丸 |
1.1.2 超声喷丸 |
1.1.3 激光喷丸 |
1.1.4 高压水射流喷丸 |
1.2 喷丸的作用机理 |
2 喷丸对耐蚀性能的影响 |
2.1 静态腐蚀 |
2.2 应力腐蚀 |
2.3 腐蚀疲劳 |
2.4 磨损腐蚀 |
3 结语 |
(7)基于导光臂的激光冲击强化柔性光路系统关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 激光冲击强化技术与装备技术的发展现状 |
1.2.1 激光冲击强化技术的发展现状 |
1.2.2 激光冲击强化装备技术的发展现状 |
1.3 论文主要研究内容 |
第2章 激光冲击强化柔性光路系统方案设计 |
2.1 激光冲击强化技术原理及技术现状 |
2.1.1 激光冲击强化技术原理 |
2.1.2 激光冲击强化技术现状 |
2.2 激光冲击强化柔性光路系统方案设计 |
2.2.1 导光臂柔性光路传输系统及工件夹持系统 |
2.2.2 随动约束层及吸收层系统 |
2.2.3 机械手及激光器系统 |
2.2.4 软件系统 |
2.3 关键技术问题分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 导光臂柔性光路传输系统研发 |
3.1 引言 |
3.2 导光臂柔性光路传输系统方案研发 |
3.2.1 球形关节式导光臂方案 |
3.2.2 关节串联式导光臂方案 |
3.2.3 关节差动式导光臂方案 |
3.3 导光臂关节部位研发 |
3.3.1 球形导光臂关节 |
3.3.2 串联式导光臂关节 |
3.3.3 差动式导光臂关节 |
3.4 导光臂结构研发 |
3.4.1 球形关节式导光臂 |
3.4.2 关节串联式导光臂 |
3.4.3 关节差动式导光臂 |
3.5 导光臂方案对比分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 随动约束层及吸收层系统研发 |
4.1 引言 |
4.2 约束层吸收层系统研究现状分析 |
4.2.1 约束层系统研究现状 |
4.2.2 吸收层系统研究现状 |
4.3 随动约束层系统研发 |
4.4 吸收层系统研发 |
4.5 本章小结 |
第5章 变桨轴承专用夹持系统设计及其冲击轨迹优化 |
5.1 引言 |
5.2 变桨轴承服役工况及强化需求分析 |
5.2.1 变桨轴承服役工况和强化位置 |
5.2.2 变桨轴承材料冲击强化实验研究 |
5.3 变桨轴承专用夹持系统研发 |
5.3.1 夹持装置 |
5.3.2 运动装置 |
5.3.3 变桨轴承专用夹持系统 |
5.4 变桨轴承激光冲击强化轨迹优化 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术成果 |
(8)钢在固液混合浆体中的磨蚀失效行为及疏浚用耐磨蚀钢研制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 材料在固液浆体中的磨蚀 |
1.3 磨蚀性能的评价方法及设备 |
1.4 钢铁材料的磨蚀失效研究 |
1.4.1 含沙水流中的磨蚀研究 |
1.4.2 矿山机械的磨蚀研究 |
1.4.3 浆体输送管道中的磨蚀研究 |
1.4.4 腐蚀与磨损的交互作用研究 |
1.5 耐磨蚀用钢的研制现状 |
1.5.1 改善磨蚀性能的主要途径 |
1.5.2 耐磨蚀钢的研制 |
1.6 疏浚行业对耐磨蚀浆体输送管用钢的需求 |
1.7 本课题的研究基础 |
1.8 本课题的目的和研究内容 |
1.8.1 研究目的 |
1.8.2 研究内容 |
第2章 实验室磨蚀性能评价体系的建立 |
2.1 前言 |
2.2 技术要求 |
2.3 实验室磨蚀性能评价体系的建立 |
2.3.1 现有试验装置存在的问题 |
2.3.2 试验装置结构设计改进 |
2.3.3 试样夹持盘设计 |
2.3.4 试验速度、温度的控制 |
2.3.5 其它设计改进及参数控制 |
2.3.6 试验方法 |
2.4 实验室磨蚀试验装置的运行评价 |
2.4.1 设备可靠性分析 |
2.4.2 试验数据重现性分析 |
2.4.3 电化学保护效果检验 |
2.5 本章小结 |
第3章 试验条件对耐磨蚀性能的影响 |
3.1 前言 |
3.2 浆体中颗粒含量对耐磨蚀性能的影响 |
3.2.1 试验介质及参数 |
3.2.2 试验结果及分析 |
3.3 固体颗粒尺寸对耐磨蚀性能的影响 |
3.3.1 试验浆体及参数 |
3.3.2 试验结果及讨论 |
3.4 浆体PH值对耐磨蚀性能的影响 |
3.5 试验温度对耐磨蚀性能的影响 |
3.5.1 试验1 |
3.5.2 试验2 |
3.6 试验速度对耐磨蚀性能的影响 |
3.7 试验行程对耐磨蚀性能的影响 |
3.8 本章小结 |
第4章 材料特性对耐磨蚀性能的影响 |
4.1 前言 |
4.2 试验方案 |
4.3 试验结果及讨论 |
4.3.1 试样宏观磨蚀形貌 |
4.3.2 成分对耐磨蚀性能的影响 |
4.3.3 力学性能对耐磨蚀性能的影响 |
4.3.4 组织对耐磨蚀性能的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 耐磨蚀钢的研制及磨蚀性能研究 |
5.1 前言 |
5.2 耐磨蚀钢的研制 |
5.2.1 第一轮实验室研究 |
5.2.2 第二轮试验 |
5.2.3 BMS-1最终成分设计及力学性能 |
5.3 BMS-1钢的磨蚀性能分析 |
5.3.1 试验钢在海水浆体中的耐磨蚀性能 |
5.3.2 试验钢在碱性浆体中的耐磨蚀性能 |
5.3.3 海水浆体与碱性浆体的磨蚀失重对比 |
5.3.4 海水浆体中试验钢的腐蚀电位 |
5.4 磨蚀的微观形貌及失效机理分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 磨蚀中腐蚀与磨损的交互作用研究 |
6.1 前言 |
6.2 海水浆体中的交互作用分析 |
6.2.1 试验钢的磨蚀分量 |
6.2.2 流速对交互作用的影响 |
6.3 碱性浆体中的交互作用 |
6.3.1 试验钢的磨蚀分量 |
6.3.2 速度对交互作用的影响 |
6.4 浆体介质对交互作用的影响 |
6.4.1 低速下介质对交互作用的影响 |
6.4.2 高速下介质对交互作用的影响 |
6.5 温度及粒径对交互作用的影响 |
6.6 本章小结 |
第7章 疏浚现场的磨蚀性能对比 |
7.1 前言 |
7.2 试验现场的磨蚀工况 |
7.3 试验样管制管方式的选择 |
7.4 试验数据的测量和处理 |
7.4.1 试验数据的测量 |
7.4.2 试验数据的处理 |
7.5 耐腐蚀钢的耐磨蚀性能对比试验 |
7.5.1 耐腐蚀钢的成分及性能 |
7.5.2 试验过程及结果 |
7.6 高强钢的耐磨蚀性能对比试验 |
7.6.1 高强钢B900MS成分及性能 |
7.6.2 B900MS的制管加工 |
7.6.3 试验过程及结果 |
7.7 BMS-1钢的耐磨蚀性能对比试验 |
7.7.1 成分及性能 |
7.7.2 BMS-1制管加工 |
7.7.3 磨蚀对比试验过程及结果 |
7.8 本章小结 |
第8章 结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的学术成果 |
致谢 |
(9)混流式水泵水轮机转轮应力测试模型试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国外研究现状分析 |
1.2.2 国内研究现状分析 |
1.3 本文的主要研究内容 |
第2章 转轮应力测量方法研究 |
2.1 电测法在水轮机转轮应力测量的应用 |
2.2 电阻应变仪桥路的选择 |
2.3 电阻应变仪的供电方式 |
2.4 应变片、布线及防护 |
2.5 应力测点的布置 |
2.6 应力试验工况的选择 |
2.7 本章小结 |
第3章 遥测技术在水泵水轮机转轮应力测量的应用 |
3.1 概述 |
3.2 遥测数据发射系统的研究和执行情况 |
3.2.1 基带编码器 |
3.2.2 信道调制器 |
3.2.3 发射机系统的低功耗优化设计 |
3.3 遥测数据接收系统的研究和执行情况 |
3.3.1 信道解调器 |
3.3.2 基带解码器 |
3.4 感应供电系统的研究和执行情况 |
3.4.1 工作原理 |
3.4.2 感应供电变压器设计和分析 |
3.4.3 感应供电系统参数设计 |
3.5 本章小结 |
第4章 水泵水轮机转轮叶片静应力分析 |
4.1 转轮旋转引起的静应力 |
4.2 静应力随工况变化的总趋势及误差分析 |
4.2.1 静应力在叶片空间的分布 |
4.2.2 水轮机工况静应力与负荷的关系 |
4.2.3 水泵工况静应力与流量的关系 |
4.2.4 水泵工况(驼峰区)静应力与流量系数的关系 |
4.2.5 过渡工况静应力与单位流量的关系 |
4.3 本章小结 |
第5章 水泵水轮机转轮叶片动应力分析 |
5.1 水泵水轮机动应力概述 |
5.2 不同工况下的动应力的总趋势及误差分析 |
5.2.1 动应力在叶片空间的分布 |
5.2.2 水泵工况(驼峰区)动应力与流量系数的关系 |
5.2.3 过渡工况下动应力与单位流量的关系 |
5.2.4 水轮工况动应力与负荷的关系 |
5.2.5 水泵工况动应力与流量的关系 |
5.3 动应力与水压脉动的相关性分析 |
5.3.1 水轮机变负荷频率分析 |
5.3.2 水泵变流量频率分析 |
5.4 动、静应力对比 |
5.4.1 水轮机工况动静应力对比 |
5.4.2 水泵工况动静应力对比 |
5.4.3 静应力与动应力的比值 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(10)低温气体多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo性能及抗空蚀能力的影响(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 转轮材料的性能要求 |
1.2.1 较高的强度和抗疲劳性能 |
1.2.2 抗空蚀和泥沙磨损性能 |
1.2.3 铸造和焊接性能 |
1.3 转轮的空蚀破坏 |
1.3.1 空蚀机理 |
1.3.2 空蚀与磨损的关系 |
1.4 转轮材料的发展历程 |
1.5 抗空蚀技术的研究进展 |
1.5.1 开发新的抗空蚀材料 |
1.5.2 表面改性技术提高材料抗空蚀能力 |
1.6 本课题研究的主要内容、方法和意义 |
第二章 试验装置及试验方 |
2.1 试验材料 |
2.1.1 样材 |
2.1.2 试样加工和多元共渗处理 |
2.2 拉伸试验 |
2.3 冲击试验 |
2.4 疲劳试验 |
2.5 磨损试验 |
2.6 中性盐雾腐蚀试验 |
2.7 金相检验 |
2.8 空蚀试验 |
第三章 多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo性能及抗空蚀能力的影响 |
3.1 ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢成分、组织和性能特点 |
3.2 ZG04Cr13Ni5Mo多元共渗的组织和显微硬度 |
3.2.1 金相组织 |
3.2.2 显微硬度分析 |
3.3 多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo强度和塑性性能影响 |
3.4 多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo冲击韧性性能影响 |
3.5 多元多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo疲劳性能影响 |
3.6 多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo抗磨性能影响 |
3.7 多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo抗腐蚀性能影响 |
3.8 多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo抗空蚀性能影响 |
3.8.1 超声波空蚀试验结果 |
3.8.2 空蚀性能与材料其它性能的关系 |
结论 |
致谢 |
参考文献 |
四、水轮机叶片裂纹的压应力防护技术(论文参考文献)
- [1]多相流环境下选矿设备材料的界面损伤行为与机理研究[D]. 李超永. 中国矿业大学, 2020(03)
- [2]激光冲击强化2Cr13不锈钢抗气蚀和空化—颗粒侵蚀行为研究[D]. 邵亦锴. 江苏大学, 2020(02)
- [3]纳米晶金属陶瓷涂层的结构调控及氧化和空蚀行为研究[D]. 刘正良. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [4]涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价及其应用研究[D]. 肖逸奇. 湘潭大学, 2019(12)
- [5]激光喷丸强化IN718镍基合金高温疲劳特性及其延寿机理[D]. 盛杰. 江苏大学, 2019(02)
- [6]喷丸对金属材料耐蚀性能影响的研究进展[J]. 赵蓉,吴忠,刘磊,沈彬,胡文彬. 金属热处理, 2018(12)
- [7]基于导光臂的激光冲击强化柔性光路系统关键技术研究[D]. 陈欢. 温州大学, 2019(01)
- [8]钢在固液混合浆体中的磨蚀失效行为及疏浚用耐磨蚀钢研制[D]. 宋凤明. 东北大学, 2017(01)
- [9]混流式水泵水轮机转轮应力测试模型试验研究[D]. 徐用良. 哈尔滨工业大学, 2017(01)
- [10]低温气体多元共渗对ZG04Cr13Ni5Mo性能及抗空蚀能力的影响[D]. 刘玉成. 西南交通大学, 2016(01)