[发明专利]一种固体颗粒冲击材料冲蚀损伤演化的预测方法在审

专利信息
申请号: 202310274190.5 申请日: 2023-03-20
公开(公告)号: CN116306145A 公开(公告)日: 2023-06-23
发明(设计)人: 蔡柳溪;侯燕芳;姚佳伟;李云;王顺森 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: G06F30/23 分类号: G06F30/23;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/14
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 李红霖
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 固体 颗粒 冲击 材料 冲蚀 损伤 演化 预测 方法
【说明书】:

发明公开了一种固体颗粒冲击材料冲蚀损伤演化的预测方法,包括:1)构造Model,获取冲蚀材料的冲蚀特性参数;2)在Model中建立靶材Part,再对靶材进行网格划分,确定靶材的分析步;3)在Model中进行若干颗粒的参数化建模,并对所述颗粒进行网格划分;4)基于冲蚀材料的冲蚀特性参数,针对颗粒及靶材设定相互作用、载荷及边界条件,所述冲蚀材料包括颗粒及靶材;5)通过若干颗粒同时随机冲击靶材的表面;6)进行靶材表面的微观力学及形貌分析,该方法能够揭示固体颗粒冲蚀过程中材料的损伤破坏机理。

技术领域

本发明属于计算机辅助设计技术领域,涉及一种固体颗粒冲击材料冲蚀损伤演化的预测方法。

背景技术

固体颗粒冲蚀磨损是指固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击,发生材料损耗的一种现象或过程,广泛存在于机械、冶金、能源、化工、航天等许多工业部门,是引起材料破坏或设备失效的一个重要原因。

颗粒的几何参数(尺寸、形状等)是影响材料冲蚀行为的重要因素。在一定颗粒尺寸范围内塑性材料的冲蚀率随颗粒粒度增加而上升,但当尺寸达到某一临界值时冲蚀率基本不变。尖角粒子冲击靶材产生较多切削和犁削,因而造成的冲蚀失重远大于球状粒子。此外,当颗粒尺寸较小时,靶材表面的亚微观结构,如表面粗糙度、已有的冲蚀沟槽等材料表面结构的变化会改变颗粒的撞击角度、位置以及靶材的局部力学性能,进而对颗粒的冲蚀行为产生显著影响。即便在同样冲击速度、角度等冲蚀条件下,颗粒几何参数的改变也会对材料表面产生完全不同的冲蚀损伤行为。总体而言,材料的冲蚀行为受颗粒几何参数、颗粒及靶材力学特性、冲蚀条件等的综合影响,其机理非常复杂。冲蚀实验常用于分析单一因素对材料冲蚀率的影响,很难对颗粒瞬态冲蚀过程材料损伤演化过程进行分析,因此在揭示冲蚀机理方面仍有欠缺。

随着计算机辅助技术的持续发展,基于有限元方法的非线性动力学数值模拟成为从微观层面研究材料冲蚀机理的主要手段。ElTobgy指出用单一颗粒冲击模拟无法准确计算材料的冲蚀率。Meguid等采用规则排列的球形颗粒建立了多次撞击模型,指出颗粒分离距离的减小导致材料表面残余应力和塑性变形区域分布更加均匀。Mohammadi、Khoddami等分别建立了连续球形颗粒冲击靶材同一位置的三维冲蚀模型,研究了冲击次数等冲击条件对材料冲蚀率的影响。Azimian、Takaffoli等建立了片状四边形颗粒的冲蚀模型,研究了冲击角度、颗粒形状尖角等对靶材冲蚀性能的影响。总结文献发现,当前文献中开展的固体颗粒对材料的冲蚀损伤模拟大多采用尺寸单一、几何形状规则的球形或片状四边形颗粒,而实际工业过程中参与冲蚀的颗粒往往呈现出形状不规则、颗粒尺寸分散度大且随机的特点。另外,当前模拟过程中通常假设多个颗粒冲击材料表面相同的位置,冲击次数为3~5次,这难以体现设备长期服役过程中颗粒冲蚀位置随机和冲击次数频繁的特点,因而无法有效揭示固体颗粒冲蚀过程中材料的损伤破坏机理。此外,研究颗粒几何参数及冲蚀条件等众多因素对靶材冲蚀特性的影响需要进行大量的重复性操作,这对通过有限元数值模拟方法研究颗粒对材料的冲蚀损伤机理提出了更大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种固体颗粒冲击材料冲蚀损伤演化的预测方法,该方法能够揭示固体颗粒冲蚀过程中材料的损伤破坏机理。

为达到上述目的,本发明所述的固体颗粒冲击材料冲蚀损伤演化的预测方法包括:

1)构造Model,获取冲蚀材料的冲蚀特性参数;

2)在Model中建立靶材Part,再对靶材进行网格划分,确定靶材的分析步;

3)在Model中进行若干颗粒的参数化建模,并对所述颗粒进行网格划分;

4)基于冲蚀材料的冲蚀特性参数,针对颗粒及靶材设定相互作用、载荷及边界条件,所述冲蚀材料包括颗粒及靶材;

5)通过若干颗粒同时随机冲击靶材的表面;

6)进行靶材表面的微观力学及形貌分析。

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