Определение твердости и стойкости к истиранию стальных образцов ульстраструйным методом

Существует возможность определения физико-механических характеристик поверхностного слоя материала путем оценки результатов воздействия на него высокоскоростной струи жидкости (ультраструи). Однако в настоящее время практически отсутствуют теоретические и экспериментальные исследования, расширяющие научные представления и позволяющие полноценно использовать ультраструйное воздействие в качестве диагностического. В данном исследовании впервые выполнено математическое моделирование методом конечных элементов удара струи воды со скоростью 350 м/с о поверхность преграды из стали 37Х2НВМБР. Теоретические данные проверены экспериментально на образцах, имеющих различную термообработку. Также проведено испытание полученных образцов на сухое трение и выполнено сопоставление теоретических и экспериментальных результатов. Исследование показало, что между глубиной гидрокаверны, образовавшейся в результате ультраструйного воздействия, твердостью образца и уносом массы при сухом трении существует линейная зависимость с высокой степенью корреляции. Это позволяет говорить о возможности применения ультраструйной диагностики как альтернативного метода для ускоренного определения стойкости материала на истирание.

Результаты исследования могут быть полезны для ускоренного определения стойкости материала на истирание.

Литература

[1] АбашинМ.И., Барзов А. А., Галиновский А.Л., Ковалев А.А., Кучкин К.В., Сысоев Н.Н. Физико-технический анализ информационно-диагностичекого потенциала ультраструйных гидротехнологий. Препринт. М., 2010. 33 с. № 10/2010.

[2] Галиновский А.Л., Абашин М.И., Проваторов А.С. Сравнительный анализ ультраструйной диагностики параметров поверхностного слоя материала с другими видами диагностики методом экспертного оценивания/ Молодежь. Техника. Космос: Тр. IV Общероссийской молодежной науч.-техн. конф. Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2012. 11 с.

[3] Babets K., Geskin E.S. Application of Fuzzy Logic for Modeling of Waterjet Depainting // Machining Science and Technology. 2000. Vol. 4. No. 1. P. 81—100.

[4] Guha A. An experimental and numerical study of water jet cleaning process [Электронный ресурс] / A. Guha, R.M. Barron, R. Balachandar (http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/ 1009/1009.0531.pdf). Дата обращения 17.05.2013.

[5] Numerical Simulation of High Speed TurbulentWater Jets in Air// Journal of Hydraulic Research. 2010. No. 48(1). P. 119—124.

[6] Hashish M., duPlessis M.P. Theoretical and Experimental Investigation of Continuous Jet Penetration of Solid // ASME Journal of Engineering for Industry. 1978. No. 100. P. 88—94.

[7] Leu M.C. , Meng P. , Geskin E.S. , Ti smeneskiy L. Mathematical Modeling and Experimental Verification of Stationary Water Jet Cleaning Process / / Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1998. No. 120(3). P. 571—579.

[8] Rajaratnam N., Steffler P.M., Rizvi S.A.H., Smy P.R. Experimental Study of Very High Velocity Circular Water Jets in Air // Journal of Hydraulic Research. 1994. No. 32(3). P. 461—470.

[9] Rajaratnam N., Albers C. Water Distribution in Very High Velocity Water Jets in Air // Journal of Hydraulic Engineering. 1998. No. 124(6). P. 647—650.

[10] Yoon S.S., Hewson J.C., Des Jardin P.E., Glaze D.J., Black A.R., Skaggs R.R. Numerical Modeling and Experimental Measurements of a High Speed Solid-Cone Water Spray for Use in Fire Suppression Applications // International Journal of Multiphase Flow. 2004. No. 30. P. 1369—1388.

[11] Stepanov Y.S., Barsukov G.V., Alushin E.A. Modeling of Stress-strainstatus Target Material and Abrasive Particles Impact at Supersonic // Proceedings of State Engineering University of Armenia. Series mechanics, machine science, machine-building. 2012. No. 2. Р. 29—36.

[12] Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Михеев А.В. Математическое моделирование процессов сверхзвукового удара и проникания тел в металлические преграды. Орел: Издательский дом «Орлик», 2012. 160 c.

[13] Neusen K.F., Gores T.J., Labus T.J. Measurement of Particle and Drop Velocities in a Mixed Abrasive Water Jet Using a Forward-Scatter LDV System // Proceedings of the 11-th Intrnational Conference on Jet Cutting Technology, BHR Group. ST. Andrews. Scotland, Sept. 8—12. 1992. P. 63—73.

[14] Balz R. Ultra-fast X-ray particle velocimetry measurements within an abrasive water jet [Электронный ресурс] / R. Balz, R. Mokso, C. Narayanan, D.A. Weiss, K.C. Heiniger (http://link. springer.com/article/ 10.1007%2Fs00348—013—1476—8). Дата обращения 17.05.2013.

[15] Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. В 2 т. Т. 2. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 656 с.

[16] Бабкин А.В., Колпаков В.И., Охитин В.Н., Селиванов В.В. Численные методы в задачах физики быстропротекающих процессов: В 3 т. Т. 3 / под ред. В.В. Селиванова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 520 с.

[17] Судник Л.В., Галиновский А.Л., Колпаков В.И., ХафизовМ.В., Муляр С.Г., Сайфутдинов Р.Р. Формирование и ультраструйная диагностика спеченного материала из наноразмерного порошка бемита // Наноинженерия. 2013. № 1. С. 26–31.

[18] Атанов Г.А. Гидроимпульсные установки для разрушения горных пород. К.: Вища школа, 1987. 155 с.

[19] Украинский Ю.Д. Фотографическое исследование струи гидропушки // Известия высших учебных заведений СССР. Энергетика. 1978. № 4. C. 143—146.

[20] Атанов Г.А. Оценка эффективности гидропушки по пробиванию стальных пластин [Электронный ресурс] / Г.А. Атанов, Э.С. Гескин, А.В. Ковалев, О.А. Русанова, В. Самарджич, А.Н. Семко. (http://ea.donntu.edu.ua/handle/123456789/6150). Дата обращения 17.05.2013.

[21] Бабкин A.B., Велданов В.А., Грязнов Е.Ф. Средства поражения и боеприпасы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 984 c.

[22] Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 592 с.

[23] Эрозия: Пер. с англ./Под ред. К. Прис. М.: Мир, 1982. 464 с.

[24] Гриб В.В., Лазарев Г.Е. Лабораторные испытания материалов на трение и износ. М.: Наука, 1968. 141 с.