等离子喷涂工艺及热障涂层数值模拟理论及应用
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作者范群波 著
出版社北京理工大学出版社
ISBN9787568236447
出版时间2017-03
版次1
装帧平装
开本16开
纸张胶版纸
页数181页
字数288千字
定价36元
货号SC:9787568236447
上书时间2024-06-27
商品详情
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作者简介:
范群波，男，1974年出生，博士，北京理工大学材料学院副教授，博士生导师，2010年德国DAAD不错访问学者。所在学科是材料科学与工程，主要研究方向为热喷涂工艺模拟及涂层材料设计、钛合金材料设计、陶瓷金属复合材料设计等。SCI、EI收录论文40余篇，申请并授权7项发明专利，获国家技术发明二等奖1项（排名第4）。主持（承担）了国家自然科学基金、国防973、总装预研等多个项目，研究成果在多个型号的关键零部件中得以应用。现任冲击环境材料技术重点实验室仿真与材料设计分室主任、材料成型及控制工程专业教学主任。
精彩内容:
利用等离子喷涂工艺制备热障涂层，并将其应用于发动机热端部件，可显著提高发动机耐高温、抗热冲击、长寿命等服役性能要求，已成为发展新型高性能发动机的一项关键技术，在航空、航天、车辆、船舶等领域有着广泛的应用。但等离子喷涂工艺参数众多，涉及喷枪内部复杂的物理化学反应、带化学反应的湍流射流场、射流场与颗粒群的流固耦合作用、颗粒群在基体表面的沉积及涂层生长过程、熔融颗粒高速碰撞于基体表面的变形机理等，使得长期以来工程技术人员多以经验为主进行相关工艺参数优化。不仅如此，涂层内部的微观结构也十分复杂，包含各种微孔洞、微裂纹等缺陷，且存在大量的片层粒子间界面，将显著影响涂层热导率、结合强度以及服役寿命等重要性能。随着计算机软、硬件技术的发展，利用数值模拟进行等离子喷涂工艺过程及热障涂层性能的有效预测已成为可能，从而有望让研发人员摆脱“经验加试验”的传统思路。通过计算机即可实现涂层虚拟制备和材料设计，跟踪从原始粉体材料到射流场、涂层的全过程演变历程，人们能够对涂层的形成机理、材料的失效本质及其主控因素等有着更为深入的认识。而且，相关工作可以极大地缩短研制周期，节约研制成本。尽管如此，目前国内外仍然缺乏针对此领域的专业教材，一定程度上影响了本学科的发展。本书的撰写，正是在这一背景需求下开展的。作者从国家“十五”计划开始就开展等离子喷涂工艺及热障涂层数值模拟研究，相关内容是作者近20年来的工作积累。全书共分11章，分别介绍了等离子喷涂及热障涂层数值模拟发展现状、等离子喷枪出口关键参数预测方法、等离子体二维射流场数值模拟、等离子体二维射流场中飞行颗粒数值模拟、等离子喷涂三维场数值模拟、热障涂层形成过程数值模拟方法、颗粒与基体相互作用过程数值模拟、基于涂层显微组织的有限元模型生成方法、缺陷及片层粒子间界面对涂层基本属性的影响、涂层拉伸结合强度预测方法、涂层热循环寿命预测方法，并讲述了相应的工程应用实例。全书力求突出新颖性、实用性和优选性，可作为材料加工工程专业研究生以及材料成型及控制工程专业本科生的专业教材，也可以供表面工程专业的有关教学和科研人员参考。本书在撰写过程中得到了恩师王富耻教授的鼓励与支持，王鲁教授、李树奎教授、沈伟博士以及王琳琳硕士也给予了作者极大的帮助，在此一并表示感谢。
内容简介:
本书是面向“材料成型及控制工程”专业本科生及“材料加工工程”专业硕士生而编写的专业教材。等离子喷涂工艺制备热障涂层技术，是延长高性能发动机使用寿命的关键技术之一，在航空、航天、车辆、船舶及军事领域有着广泛的应用。随着新型发动机性能需求不断提高，基于试验进行工艺优化及性能改进的传统方法已不再适用，掌握等离子喷涂工艺及热障涂层数值模拟技术对于高等院校相关专业学生及广大工程技术人员具有重要意义，可以极大地提高研发速度、节约研制成本。本书涉及等离子喷涂工艺制备涂层过程数值模拟理论与方法，以及涂层热物理性能、力学性能及使用寿命数值模拟理论与方法，结合了作者及靠前外大量文献资料，并针对一些具体案例进行了分析。
目录:
第1章等离子喷涂及热障涂层数值模拟发展现状
1.1等离子喷涂数值模拟概述
1.1.1等离子体射流模型
1.1.2等离子体与颗粒的相互作用模型
1.1.3涂层的沉积模型
1.1.4颗粒与基体的相互作用模型
1.2热障涂层性能预测研究现状
1.2.1涂层有限元模型构建
1.2.2涂层基本属性计算
1.2.3涂层结合强度预测
1.2.4涂层热循环失效机理分析
1.2.5涂层热循环寿命预测
参考文献
第2章等离子喷枪出口关键参数预测方法及实例分析
2.1数学模型
2.1.1能量守恒方程与输入功率
2.1.2冷却水带走的热功率
2.1.3气体的受热功率
2.1.4气体电离功率
2.1.5喷枪出口处基本参量的确定
2.2工程应用实例分析
2.2.1基本试验参数
2.2.2电流强度的影响
2.2.3工质气体的影响
2.2.4电流强度与气体流率的综合影响
2.2.5喷枪出口处温度与速度的分布
参考文献
第3章等离子体二维射流场数值模拟及实例分析
3.1数学模型
3.1.1连续性方程
3.1.2动量守恒方程
3.1.3能量守恒方程
3.1.4k-ε双方程
3.1.5化学反应方程
3.2基本物性参数与输运系数
3.3工程应用实例分析
3.3.1几何模型与边界条件
3.3.2典型工况下射流温度场与速度场
3.3.3典型工况下射流场内的组分分布
3.3.4电流强度对射流场的影响
3.3.5Ar流率的影响
3.3.6He流率的影响
参考文献
第4章等离子体二维射
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