近壁聲空泡潰滅微射流沖擊流固耦合模型及蝕坑反演分析
摘要：超聲場下液體環境中近壁空泡潰滅會產生強烈的微射流,為探究微射流沖擊壁面流固耦合效應,利用流體力學及沖擊動力學,考慮了率相關的J-C材料本構模型,建立并分析了微射流沖擊壁面流固耦合三維模型,并通過超聲空化試驗和基于球形壓痕試驗理論的反演分析進行了驗證。結果表明:微射流沖擊下材料表面出現微型凹坑,凹坑深度由微射流速度和微射流直徑共同決定且隨其增大而增大,凹坑直徑主要與微射流直徑正相關,而凹坑徑深比則主要與微射流速度負相關;壁面壓強基本呈對稱分布且最大壓強出現在微射流沖擊邊緣;超聲空化試驗驗證了微射流沖擊下材料表面出現的微型凹坑,反演分析方法表明,在16~18的徑深比下,微射流沖擊強度為420~500MPa,對應的微射流速度為310~370m/s。試驗及反演分析結果與理論分析結果相符,驗證了流固耦合模型及反演分析方法的合理性及準確性,為后續工程應用中空化強度、微射流速度等的控制提供了理論參考。
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