OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 269 MATERIAL SCIENCE явления породило массу экспериментальных работ для разных материалов частиц, материалов поверхности и покрытий, условий натекания, характеристик частиц и т. п. [1–9] Создано, применяется и перманентно уточняется множество эмпирико-аналитических подходов для инженерной оценки скорости эродирования: методы на базе подходов Finnie, Bitter, Oka, Tabakoff и др. В последнее время активно развивались численные методы моделирования как на базе методов CFD (computational fl uid dynamics, вычислительной гидрогазодинамики), применимых для инженерного повседневного анализа, так и на основе FEA (Finite element analysis) и SPH (Smooth particle hydrodynamics) и его производных, позволяющих изучить процессы на микроуровне [1, 9–14]. Ранее был представлен небольшой обзор тенденций в методах моделирования эрозии на примере некоторых работ, применяющих CFD и FEA [8]. Одним из самых популярных тестов для моделирования и верификации служила система из одного и более изогнутых под 90° каналов, где под действием несущей фазы (чаще всего воздуха) частицы разгонялись и эродировали поверхность [2, 3, 15]. В работах с CFD для моделирования движения частиц, как правило, используется подход Эйлера – Лагранжа, представляющий группы частиц математическими точками с заданными массой, материалом и размерами [16–18]. В публикациях авторы сравнивают и рекомендуют разные модели турбулентности (как правило, расчеты проводятся на основе системы осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса) и полуэмпирические модели эрозии в зависимости от задачи. Большую обзорную работу в части применения CFD и эмпирико-аналитических зависимостей провели Shinde и др. [1]. Авторы подтверждают применимость CFD по точности для широкого круга задач и подчеркивают, что все еще требуется разработка новых эмпирикоаналитических зависимостей, а также важность оценки угла падения частиц, который зачастую зависит от несущей фазы. Выводы, полученные при анализе эрозионного износа частицами в потоке несжимаемой жидкости (slurry erosion), применимы и для эродирования в газовой среде. Так, H. Arabnejad [19] и A. Mansouri [20], представители группы E/CRC, разработали и верифицировали эмпирико-аналитические зависимости на основе разделения деформационного и абразивного типа износа, как ранее предлагал Bitter [6, 7]. Эти модели включают большое количество параметров, связанных с формой частиц, условиями натекания и материалом поверхности. В целом указанные зависимости имеют высокий потенциал применения и для моделирования эрозии в газообразной среде. Современный анализ работ с FEA- и SPHмоделированием эрозии частицами также реализовался в ряд обзоров за авторством R. Tarodiya и A. Levy, A. Krella, V. Bonu и H. Barshilia, A. Fardan [9–12]. За счет возможности в явном виде смоделировать столкновение частиц с поверхностью современные работы направлены на уточнение подходящих моделей материалов, описывающих их пластичное поведение и условия разрушения; влияние температуры образца; оценки эффективности покрытий; изучение влияния формы и размера частиц в явном виде, а также условий натекания частиц: скоростей, взаимного столкновения, углов падения, вращения частиц [21–28]. Несмотря на большие усилия по построению методики моделирования эрозии твердыми частицами для групп материалов или условий, к настоящему моменту не только не удалось сформировать обобщенную методику, включающую в себя микро- и макроуровень описания процесса, но продолжаются исследования частных явлений и влияния настроек математических моделей процессов, важных в конкретном случае. Внимание в настоящей работе уделено моделированию эродирования поверхности популярного титанового сплава Ti6Al4V потоком частиц SiO2 в воздушной среде. Такое моделирование в первую очередь требует точного описания течения газа и, в случае применения наиболее распространенного подхода – осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса (RANS), делает необходимым выбор модели турбулентности. Моделирование эрозии с помощью CFD также связано с использованием метода оценки скорости уноса материала поверхности в зависимости от условий падения частиц. В этом качестве, как правило, выступают эмпирико-аналитические методы, которые опираются на эмпирически обоснованные коэффициен-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1