基于高速摄像与PIV技术的喷丸丸粒运动特征研究

作     者：范俊锴 孙明阁 赵武 刘伟 FAN JunKai;SUN MingGe;ZHAO Wu;LIU Wei

作者机构：河南理工大学机械与动力工程学院焦作454003 

出 版 物：《机械强度》 (Journal of Mechanical Strength)

年 卷 期：2023年第45卷第4期

页      面：799-804页

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51405136) 河南省科技厅科技攻关项目(212102210004) 河南理工大学青年骨干教师资助计划(2020XQG-01) 河南理工大学机械工程重点学科资助 

主　　题：喷丸 丸粒 PIV 速度场 PIVLab 

摘      要：喷丸作为一种重要的金属表面机械处理工艺,其加工质量与固体丸粒在高速气流作用下的运动规律密切相关。探究一种精确可行的喷丸丸粒速度测量方法,明确喷丸丸粒流的空间散射特征和速度场分布特征,对于优化喷丸工艺参数至关重要。基于高速摄像机,搭建了喷丸丸粒运动高速图像数据采集系统,捕捉喷丸中丸粒的瞬时空间位置变化特征。采用Photoshop图像处理软件对采集的照片进行预处理,获得具有高对比度的丸粒流黑白二值化图片。使用开源的粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)软件PIVLab对丸粒流图像进行数据处理,获得喷丸丸粒流的速度场结果。结果表明,在喷气压力为0.4 MPa,采用0.4 mm铸钢丸粒条件下,丸粒流的散射锥体倾角为10°,丸粒最大运动速度约为46.5 m/s。在不同的空间截面上,丸粒运动速度呈现高斯分布特征,且其标准差随丸粒与喷嘴之间的距离增大而增大。丸粒在离开喷嘴后速度迅速增长至稳定值,速度变化符合Logistic函数特征。与经验公式相比,所得到的丸粒速度场分布公式更加准确,且能体现丸粒的空间分布特征。