能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法

1.一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验件，由待测试材料主体(A)和遮挡屏组成，遮挡屏与待测试材料主体(A)之间形成空腔(C)，遮挡屏上设有供射流穿过并射向待测试材料主体(A)位于空腔(C)内的表面的夹缝或孔洞(B)；
该方法由以下3个步骤组成：
步骤1：将能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验件安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上；
步骤2：根据试验需要的液固撞击角度，调整试验件的安装角度；
步骤3：试验开始，稳态射流(D)冲击在试验件的夹缝或孔洞前的遮挡屏表面(E)上；随着试验件继续前进，射流中心穿过夹缝或孔洞进入空腔(C)；随后，射流冲击在夹缝或孔洞后的遮挡屏表面(F)上，空腔(C)中产生液滴(J)，液滴(J)撞向待测试材料主体位于空腔内的表面(I)，随着液滴内激波的脱体，产生液滴的飞溅。
2.如权利要求1所述的一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：所述待测试材料主体(A)下部设有安装孔(L)。
3.如权利要求1所述的一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：所述遮挡屏采用与待测试材料主体相同或不同的材料制成。
4.如权利要求1或2所述的一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：所述遮挡屏采用耐液体侵蚀陶瓷或司太立合金材料制成。
5.如权利要求1或2所述的一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：所述夹缝或孔洞的短轴尺寸为1μm～50mm。
6.如权利要求1所述的一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：所述步骤1中，试验件通过待测试材料主体(A)下部的安装孔(L)安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上。
7.如权利要求1所述的一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：所述步骤2中，试验件的安装角度为0°～180°。
8.如权利要求1所述的一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：所述步骤2中，根据试验需要的液固撞击角度，调整试验件的安装角度的方法为：
设试验件以绝对速度u运动，射流以绝对速度c运动，射流速度c与试验件运动相反方向的夹角为α，根据余弦定理，计算得到射流与试验件的相对速度w：
射流与试验件的相对速度w与试验件运动相反方向的夹角β由下式求得：
设试验需要的液固撞击角度为θ，则试验件的安装角度γ＝180°-β-θ。

能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种具有新形式的用于测试材料抵抗液体撞击效果的试验件及试验方法，属于材料抵抗液体撞击性能试验技术领域。\n背景技术\n[0002] 目前，广泛采用高速射流来进行旋转试件多次液固撞击试验，来验证材料抵抗液体撞击的效果。在航空航天、发电设备、军事工业等领域，广泛存在着液固之间以500m/s以上速度撞击的情况。采用高速射流撞击旋转试件的试验方法能够一定程度的模拟这些领域发生的高速液固撞击现象。但由于液滴撞击材料表面时会产生水锤力，而稳态高速射流冲击材料时没有水锤力，二者产生材料损伤的物理机理和力学行为不同。\n[0003] 现有技术中，旋转试件多次液固撞击试验中采用的平板、圆柱或者翼型试验件与高速射流撞击时无法模拟液滴撞击材料表面时产生的水锤力，与实际工程中所发生的液固高速撞击现象有所不同，无法模拟高速液滴撞击材料发生侵蚀的现象。\n发明内容\n[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种能够安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上，利用射流产生高速液滴，模拟高速液滴对材料相同位置的重复撞击效果的试验件及试验方法。\n[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验件，其特征在于：由待测试材料主体和遮挡屏组成，遮挡屏与待测试材料主体之间形成空腔，遮挡屏上设有供射流穿过并射向待测试材料主体位于空腔内的表面的夹缝或孔洞。\n[0006] 优选地，所述待测试材料主体下部设有安装孔。\n[0007] 优选地，所述遮挡屏采用与待测试材料主体相同或不同的材料制成。\n[0008] 优选地，所述遮挡屏采用耐液体侵蚀陶瓷或司太立合金材料制成。\n[0009] 优选地，所述夹缝或孔洞的短轴尺寸为1μm～50mm。\n[0010] 本发明还提供了一种能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验方法，其特征在于：采用上述能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验件，该方法由以下3个步骤组成：\n[0011] 步骤1：将试验件安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上；\n[0012] 步骤2：根据试验需要的液固撞击角度，调整试验件的安装角度；\n[0013] 步骤3：试验开始，稳态射流冲击在试验件的夹缝或孔洞前的遮挡屏表面上；随着试验件继续前进，射流中心穿过夹缝或孔洞进入空腔；随后，射流冲击在夹缝或孔洞后的遮挡屏表面上，空腔中产生液滴，液滴撞向待测试材料主体位于空腔内的表面，随着液滴内激波的脱体，产生液滴的飞溅。\n[0014] 优选地，所述步骤1中，试验件通过待测试材料主体下部的安装孔安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上。\n[0015] 优选地，所述步骤2中，试验件的安装角度为0°～180°。\n[0016] 优选地，所述步骤2中，根据试验需要的液固撞击角度，调整试验件的安装角度的方法为：\n[0017] 设试验件以绝对速度u运动，射流以绝对速度c运动，射流速度c与试验件运动相反方向的夹角为α，根据余弦定理，计算得到射流与试验件的相对速度 w：\n[0018]\n[0019] 射流与试验件的相对速度w与试验件运动相反方向的夹角β由下式求得：\n[0020]\n[0021] 设试验需要的液固撞击角度为θ，则试验件的安装角度γ＝180°-β-θ。\n[0022] 本发明提供的试验件的遮挡屏上具有夹缝或孔洞结构，遮挡屏可以与待测材料主体做成整体或分体结构；利用射流通过夹缝或孔洞时产生高速液滴，撞击待测试材料主体表面，产生水锤力和侧向剪切力。相比传统的平板、圆柱或翼型试验件，其模仿液滴撞击的效果符合实际，试验结果能够揭示液固高速撞击产生破坏的机理，且具有结构简单、易于实施的特点，可广泛应用于液固高速撞击的材料性能测试和液体撞击侵蚀机理的研究。\n附图说明\n[0023] 图1为夹缝式空腔结构试验件示意图；\n[0024] 图2为射流通过夹缝前的示意图；\n[0025] 图3为射流通过夹缝时的示意图；\n[0026] 图4为射流通过夹缝后产生液滴的示意图；\n[0027] 图5为液滴撞击待测试材料主体表面的示意图；\n[0028] 图6为液滴撞击待测试材料主体表面发生飞溅的示意图；\n[0029] 图7为孔洞式空腔结构试验件示意图。\n具体实施方式\n[0030] 为使本发明更明显易懂，兹以两个优选实施例，并配合附图作详细说明如下。\n[0031] 实施例1\n[0032] 如图1所示，试验件为某型待测试钢材料试验件，由待测试材料主体A和遮挡屏共同构成。遮挡屏通过在待测试钢材料主体表面堆焊司太立合金而形成，遮挡屏与待测试材料主体A之间形成空腔C，遮挡屏上设有供射流穿过并射向待测试材料主体A位于空腔C内的表面的夹缝B，夹缝短轴尺寸为0.5mm，空腔C、夹缝B及遮挡屏的表面呈口袋形分布。为了便于装夹，待测试材料主体A 下部设计了两个安装孔L。\n[0033] 使用射流撞击模拟液固撞击效果的试验方法，包括如下3个步骤：\n[0034] 步骤1：通过两个安装孔L将本发明提供的能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验件安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上，旋转试验件多次液固撞击试验装置根据美国材料协会标准G73-10设计制造。\n[0035] 步骤2：将试验件以绝对速度u＝342m/s运动，射流D以绝对速度c＝322m/s 运动，射流速度c与试验件运动相反方向的夹角为α＝51°。在初始时刻试验件与射流的位置如图2所示。根据余弦定理，可以计算得到射流相对试验件的速度为\n[0036]\n[0037] 射流与试验件的相对速度w与试验件运动相反方向的夹角β由下式求得[0038]\n[0039] 可以根据计算得到的射流与试验件的相对速度w，及其方向角β，来调整试验件的安装角度γ，从而产生不同的液固撞击角度θ。本实施例中，液固撞击角度θ＝90°，试验件的安装角γ＝90°－β＝65.3°。\n[0040] 步骤3：在图2所示的初始时刻，稳态射流D冲击在试验件的夹缝前的遮挡屏表面E上。随着试验件继续前进，射流中心进入夹缝B，如图3所示。随后，射流冲击在夹缝后的遮挡屏表面F上，空腔C中产生高速液滴J，撞向待测试材料主体位于空腔内的表面，如图4所示。\n当液滴刚刚撞击待测试材料主体表面时，由于液体内的激波附着在待测试材料主体表面，不会发生液滴的飞溅，产生水锤力，如图5所示。随着激波的脱体，如图6所示，液滴撞击待测试材料主体表面产生液滴的飞溅，产生侧向剪切力。\n[0041] 相比传统的只能产生射流与试件的冲击的平板、圆柱或翼型试验件，本发明提供的试验件模仿液滴撞击的效果符合实际，可用于揭示液固高速撞击产生破坏的机理，也可用于测试材料抵抗液滴撞击的性能，具有工程应用价值。\n[0042] 实施例2\n[0043] 如图7所示，试验件为某型待测试钢材料试验件，由待测试材料主体A和遮挡屏共同构成。遮挡屏耐液体侵蚀的陶瓷材料构成，遮挡屏与待测试材料主体 A之间形成空腔C，遮挡屏上设有供射流穿过并射向待测试材料主体A位于空腔 C内的表面的孔洞B，孔洞的短轴尺寸为0.5mm。为了便于装夹，待测试材料主体A下部设计了两个安装孔L。\n[0044] 使用射流撞击模拟液固撞击效果的试验方法，包括如下3个步骤：\n[0045] 步骤1：通过两个安装孔L将本发明提供的能利用射流产生高速液滴的液体撞击试验件安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上，旋转试验件多次液固撞击试验装置根据美国材料协会标准G73-10设计制造。\n[0046] 步骤2：将试验件以绝对速度u＝342m/s运动，射流D以绝对速度c＝322m/s 运动，射流速度c与试验件运动相反方向的夹角为α＝51°。在初始时刻试验件与射流的位置如图2所示。根据余弦定理，可以计算得到射流相对试验件的速度为\n[0047]\n[0048] 射流与试验件的相对速度w与试验件运动相反方向的夹角β由下式求得[0049]\n[0050] 可以根据计算得到的射流与试验件的相对速度w，及其方向角β，来调整试验件的安装角度γ，从而产生不同的液固撞击角度θ。本实施例中，液固撞击角度θ＝90°，试验件的安装角γ＝90°－β＝65.3°。\n[0051] 步骤3：在初始时刻，稳态射流D冲击在试验件的孔洞前的遮挡屏表面E 上。随着试验件继续前进，射流中心进入孔洞B。随后，射流冲击在孔洞后的遮挡屏表面F上，空腔C中产生高速液滴J，撞向待测试材料主体位于空腔内的表面。当液滴刚刚撞击待测试材料主体表面时，由于液体内的激波附着在待测试材料主体表面，不会发生液滴的飞溅，产生水锤力。\n随着激波的脱体，液滴撞击待测试材料主体表面产生液滴的飞溅，产生侧向剪切力。\n[0052] 相比传统的只能产生射流与试件的冲击的平板、圆柱或翼型试验件，本发明提供的试验件模仿液滴撞击的效果符合实际，可用于揭示液固高速撞击产生破坏的机理，也可用于测试材料抵抗液滴撞击的性能，具有工程应用价值。