Исследование кавитационной устойчивости поверхности алюминиевого поршня на основе трехмерной модели

Рассматривается задача определения оптимального материала для изготовления поверхности подвижного элемента (поршня), которая обладает повышенной стойкостью к кавитационному разрушению, с целью обоснования целесообразности применения конструкционных материалов для изготовления поршней в элементах топливной автоматики. На основе трехмерного численного моделирования уравнений упругости исследуюся условия, при которых кавитационное схлопывание пузырька на поверхности поршня, изготовленной из различных конструкционных материалов, может привести к необратимым деформациям поршня. Давление, действующее на поршень, определялось из модели схлопывания несферического пузырька с образованием кумулятивной струйки. Изучено влияние на поверхность схлопывания как одиночного пузырька, так и пары пузырьков, расположенных на различном расстоянии друг от друга. Расчеты показали, что при специальной обработке поверхность поршня станет более устойчивой к эрозийному разрушению; деформации локализованы вблизи области, к которой приложена сила, на расстоянии порядка двух диаметров пузырька; кавитационное разрушение материала связано с порогом текучести и размером зерен, не зависит от модуля Юнга и обратно пропорционально коэффициенту Пуассона; одновременное схлопывание двух пузырьков на расстоянии порядка одного-двух размеров пузырька увеличивает максимальное давление на поверхность и, следовательно, увеличивает вероятность необратимой деформации поверхности.