ударная волна в прилегающих к поверхности твердого тела слоях жидкости (пузырек 3 на рисунке 3.16), которая пластически деформирует материал локальных участков твердого тела. Как показали исследования, в реальных условиях развивается давление около 0,5 МПа, что на два порядка ниже необходимого для пластической деформации свинца. Достижение требуемого для пластической деформации или разрушения металлов давления возможно либо при одновременном схлопывании большого количества пузырьков, либо, что менее реально, при уменьшении каверны в 12-18 раз при схлопывании и увеличении в этот момент скорости жидкости до 102— 103 м/с. В действительности Rmкаверны при схлопывании уменьшается в 1,5-3 раза. Таким образом, описанный механизм не может быть определяющим при кави-тационном изнашивании.
Согласно второй модели, кавитационное разрушение происходит вследствие прямых ударов микроструек жидкости, образующихся при схлопывании кавитационных пузырьков, находящихся у поверхности твердого тела. При нахождении пузырька в области высокого статического давления сила поверхностного натяжения жидкости на отдельном участке может оказаться недостаточной для сохранения сплошности пузырька. На этом участке поверхность пузырька продавливается, и в его объем с большой скоростью устремляются молекулы жидкости (4 на рисунке 3.16). Образуется струйка, которая совершает концентрированный удар по близлежащей поверхности. Расчеты показали, что достигаемая при этом скорость микроструи все же недостаточна для пластического деформирования металлов. Более того, неизвестно, каким образом жидкости, обладая высокой текучестью, пластически деформируют металл, оставляя отпечатки, подобные следам от ударов стальных шариков.
Существенным вкладом в развитие второй модели явились исследования С. П. Козырева, который предположил, что кавитационное изнашивание обусловлено кумулятивной природой образования микроструи жидкости при схлопывании пузырьков. Для этого была использована аналогия схлопыва-ния с сосредоточенным в одном направлении взрывом, при котором заряд направлен в сторону разрушаемой поверхности выемкой. Выполненные с помощью высокоскоростной киносъемки (60 тыс. кадров в секунду) эксперименты показали, что если кавитационный пузырек имеет на некотором участке поверхности прогиб (выемку), то при схлопывании происходит образование кумулятивных микроструй жидкости. Их скорость в 2 - 8 раз превышает скорость микроструй при обычном схлопывании и достигает 400 м/с. При расположении кумулятивной выемки на противоположной разрушаемой поверхности стороне пузырька эта поверхность подвергается сосредоточенному удару.
Установлено, что в момент удара жидкость ведет себя подобно твердому телу. Так, при выстреле по струе жидкости (смесь трансформаторного масла и канифоли) движущаяся со скоростью 11 м/с пуля изгибает и растягивает струю. При достижении скорости пули, равной 25 м/с, струя жидкости, подобно твердому телу, хрупко разрушается с образованием осколков. Следовательно, кумулятивная природа схлопывания пузырьков, высокая скорость движения микроструй жидкости и "твердое" ее состояние в момент удара по изнашиваемому телу обеспечивают условия для пластического деформирования его отдельных участков.
Многократное воздействие микроструй описанного характера на один и тот же участок поверхности приводит к локальному разрушению поверхности твердого тела. При воздействии на металл развиваются пластические деформации и появляются линии сдвига по границам зерен, а впоследствии образуются ультрамикротрещины, которые, развиваясь, приводят к выкро-шиванию частиц материала и появлению углублений.
При пластическом деформировании на поверхности изнашиваемого тела появляются углубления, которые увеличиваются, так как каждое из них концентрирует (фокусирует) ударные волны от последующего схлопывания пузырьков. На краях углублений образуются ободки пластически деформированного материала, которые, достигнув критического объема, отделяются от изнашиваемого тела. В результате поверхность твердого тела покрывается углублениями в виде выдавленных кратеров (рисунок 3.17).
Скорость течения жидкости определяет размеры и частоту образования пузырьков и, следовательно, интенсивность кавитационного изнашивания.
Рисунок 3.17 – Наружная поверхность гильзы дизельного двигателя после кавитационного изнашивания
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.