考慮熱影響的超聲振動(dòng)珩磨下單空化泡運(yùn)動(dòng)過程分析.pdf

1、超聲振動(dòng)珩磨技術(shù)是一種難加工材料的有效處理方法，磨削液在超聲作用下會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象?？栈莸恼駝?dòng)過程、潰滅瞬間的高溫高壓物理環(huán)境以及隨之產(chǎn)生的微射流和沖擊波都會(huì)對(duì)材料表面產(chǎn)生不可忽略的影響。本論文針對(duì)磨削區(qū)的單空化泡，結(jié)合空化泡動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論，采用理論建模、數(shù)值仿真和試驗(yàn)分析等方式，研究了單空化泡運(yùn)動(dòng)過程中各參量的變化情況，并探究了多種因素對(duì)單空化泡運(yùn)動(dòng)的影響。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1.在前人研究基礎(chǔ)上，考慮煤油蒸氣的冷凝

2、與蒸發(fā)和珩磨加工環(huán)境的特點(diǎn)，建立了超聲振動(dòng)珩磨磨削區(qū)單空化泡的動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)用Matlab軟件對(duì)空化泡運(yùn)動(dòng)過程中的氣泡半徑、泡內(nèi)溫度、泡內(nèi)壓強(qiáng)和煤油蒸氣分子數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明煤油蒸氣的冷凝與蒸發(fā)能夠有助于解釋泡內(nèi)溫度和泡內(nèi)壓強(qiáng)的變化過程。
　　2.通過比較傳統(tǒng)超聲與超聲振動(dòng)珩磨兩種環(huán)境、不同初始半徑下磨削區(qū)空化泡狀態(tài)參量的變化情況，發(fā)現(xiàn)由于珩磨壓力的存在，超聲振動(dòng)珩磨下的空化泡運(yùn)動(dòng)幅值受到較大抑制，但運(yùn)動(dòng)變化頻率卻加快，泡

3、內(nèi)壓強(qiáng)與溫度的最小值較大，同時(shí)泡內(nèi)煤油蒸氣分子數(shù)較少;隨著空化泡初始半徑的增大，氣泡半徑快速膨脹的時(shí)刻提前，最大膨脹倍數(shù)減小，壓縮潰滅時(shí)間也相應(yīng)縮短，泡內(nèi)壓力和溫度的最大值變大，泡內(nèi)煤油蒸氣分子數(shù)增多。
　　3.研究超聲珩磨和外界環(huán)境因素對(duì)空化泡運(yùn)動(dòng)過程的作用，結(jié)果表明珩磨壓力、煤油液粘性和超聲頻率有較大影響，而珩磨頭的回轉(zhuǎn)和往復(fù)速度幾乎沒有影響。珩磨壓力的增大會(huì)顯著減小空化泡的最大半徑，還可能將空化泡直接壓潰;煤油粘性系數(shù)越大，

4、空化泡膨脹的阻力越大，半徑的變化越小;超聲波頻率越高，超聲作用時(shí)間越短，空化泡越難以充分生長，半徑將變小。
　　4.探討不同外界聲場激勵(lì)下空化泡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與單頻激勵(lì)（正弦信號(hào)）相比，發(fā)現(xiàn)多頻激勵(lì)下的空化泡會(huì)經(jīng)歷更為平緩的生長過程，半徑變大;不同的多頻激勵(lì)相位差組合，會(huì)隨機(jī)地改變空化泡的運(yùn)動(dòng)過程;三角波的功率較小，輸入的聲場能量也較少，致使空化泡半徑略小，而方波正好與三角波相反。
　　5.采用水聽器法測量了超聲珩磨磨削區(qū)的空