评价材料抗空蚀性能的方法及系统

本发明涉及材料抗空蚀性能评价，具体地，涉及一种评价材料抗空蚀性能的方法及系统。

背景技术：

1、空蚀是螺旋桨、水轮发电机、水轮机等水动力部件中最常见的失效形式，选择抗空蚀性能较好的材料是提高水动力部件寿命的关键。

2、传统技术通常根据累积质量损失、累积体积损失、累积平均侵蚀深度等参数对抗空蚀性能进行定量评价。但这些方法依赖长时间的超声空化实验，浪费的时间过多，甚至长达数十小时。近年来，许多学者也提出可以通过材料的硬度来简单评价材料的抗空蚀性能。该方法虽然减少了测试时间，但也存在相当大的局限性。例如，也有研究表明，硬度相近的材料，其抗空蚀性能差异较大。因此，仅仅依靠硬度来判断材料的抗空蚀性能是不准确的，亟需找到一种新的抗空蚀性能评价方法。

3、在公开号为cn111610143b的中国专利文献中，公开了一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀实验实时检测系统及方法，包括材料空蚀实验装置和空蚀表面检测系统；材料空蚀实验装置包括超声波空蚀发生器和容器，超声波空蚀发生器包括变频器和变幅杆；空蚀表面检测系统包括超声检测系统和自动扫描机构，超声检测系统包括超声波探头阵列、超声波发射/接收装器及数据处理与控制系统，超声波探头阵列设于测试试样下方的空蚀介质内；实验时，先启动材料空蚀实验装置进行空蚀实验，然后启动空蚀表面检测系统，通过自动扫描机构的驱动超声波探头阵列对测试试样扫描，完成在线检测。该专利文献能够在不取样的情况下进行振动空蚀实验空蚀量的测量，提升了整个实验与检测过程的智能程度，但该方法仍旧依赖于长时间的超声空化实验，且测试结果存在波动性，无法提高测试结果的准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种评价材料抗空蚀性能的方法及系统。

2、根据本发明提供的一种评价材料抗空蚀性能的方法，包括：

3、步骤s1：采集并测试材料，得到材料的参数；

4、所述参数包括硬度值；

5、步骤s2：将材料及参数进行处理，根据处理结果评估材料的抗空蚀性能。

6、优选的，所述步骤s1包括以下子步骤：

7、步骤s1.1：对材料进行显微维氏硬度测试，得出材料的硬度值；

8、步骤s1.2：将材料加工为预设的拉伸样，进行拉伸实验直至其拉断，记录相关数据。

9、优选的，所述加工包括将材料切割成一定大小并打磨抛光至镜面；对所述拉伸实验进行三组以上的平行实验。

10、优选的，所述拉伸实验得到材料的力f、位移x、拉伸试样的变形区横截面积s和标距x0、应力σ、应变ε、真应力σt和真应变εt；真应力-真应变数据通过σ＝f/s、ε＝x/x0、σt＝σ(1+ε)、εt＝ln(1+ε)获得。

11、优选的，所述真应力-真应变数据满足：

12、lgσt＝lgk+nlgεt；

13、其中，k为材料的强度系数，n为材料的加工硬化指数；所述加工硬化指数为真应力-真应变对数曲线直线拟合后的斜率。

14、优选的，所述步骤s2包括以下子步骤：

15、步骤s2.1：基于得到的数据，绘制相应的真应力-真应变对数曲线；

16、步骤s2.2：拟合真应力-真应变对数曲线，计算对应的加工硬化指数；

17、所述拟合区域为曲线上的塑性变形区；

18、步骤s2.3：根据硬度值数据和加工硬化指数计算获得材料的空蚀失重量，完成材料的抗空蚀性能评估。

19、优选的，所述步骤s2.3中，使用空蚀失重量计算公式完成材料的抗空蚀性能评估；所述空蚀失重量计算公式为：

20、w＝-0.087v+11.00/(n-0.15)+12.81；

21、其中，w为材料空蚀失重量，v为材料的硬度值，n为材料的加工硬化指数。

22、根据本发明提供的一种评价材料抗空蚀性能的系统，包括：

23、模块m1：采集并测试材料，得到材料的参数；

24、所述参数包括硬度值；

25、模块m2：将材料及参数进行处理，根据处理结果评估材料的抗空蚀性能。

26、优选的，所述模块m1包括以下子模块：

27、模块m1.1：对材料进行显微维氏硬度测试，得出材料的硬度值；

28、模块m1.2：将材料加工为预设的拉伸样，进行拉伸实验直至其拉断，记录相关数据。

29、优选的，所述加工包括将材料切割成一定大小并打磨抛光至镜面；对所述拉伸实验进行三组以上的平行实验。

30、优选的，所述拉伸实验得到材料的力f、位移x、拉伸试样的变形区横截面积s和标距x0、应力σ、应变ε、真应力σt和真应变εt；真应力-真应变数据通过σ＝f/s、ε＝x/x0、σt＝σ(1+ε)、εt＝ln(1+ε)获得。

31、优选的，所述真应力-真应变数据满足：

32、lgσt＝lgk+nlgεt；

33、其中，k为材料的强度系数，n为材料的加工硬化指数；所述加工硬化指数为真应力-真应变对数曲线直线拟合后的斜率。

34、优选的，所述模块m2包括以下子模块：

35、模块m2.1：基于得到的数据，绘制相应的真应力-真应变对数曲线；

36、模块m2.2：拟合真应力-真应变对数曲线，计算对应的加工硬化指数；

37、所述拟合区域为曲线上的塑性变形区；

38、模块m2.3：根据硬度值数据和加工硬化指数计算获得材料的空蚀失重量，完成材料的抗空蚀性能评估。

39、优选的，所述模块m2.3中，使用空蚀失重量计算公式完成材料的抗空蚀性能评估；所述空蚀失重量计算公式为：

40、w＝-0.087v+11.00/(n-0.15)+12.81；

41、其中，w为材料空蚀失重量，v为材料的硬度值，n为材料的加工硬化指数。

42、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

43、1、本发明能够通过简单的拉伸实验及硬度测试评价材料的抗空蚀性能，极大地节省了评价材料抗空蚀性能所需时间，提高了检测效率。

44、2、本发明能够对实际生产中耐空蚀材料进行快速筛选，采用的方法易于实施，具有较高的实用性，可广泛应用于抗空蚀性能检测领域。

45、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

技术特征：

1.一种评价材料抗空蚀性能的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种评价材料抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述步骤s1包括以下子步骤：

3.根据权利要求2所述的一种评价材料抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述加工包括将材料切割成一定大小并打磨抛光至镜面；对所述拉伸实验进行三组以上的平行实验。

4.根据权利要求2所述的一种评价材料抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述拉伸实验得到材料的力f、位移x、拉伸试样的变形区横截面积s和标距x0、应力σ、应变ε、真应力σt和真应变εt；真应力-真应变数据通过σ＝f/s、ε＝x/x0、σt＝σ(1+ε)、εt＝ln(1+ε)获得。

5.根据权利要求4所述的一种评价材料抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述真应力-真应变数据满足：

6.根据权利要求1所述的一种评价材料抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下子步骤：

7.根据权利要求6所述的一种评价材料抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述步骤s2.3中，使用空蚀失重量计算公式完成材料的抗空蚀性能评估；所述空蚀失重量计算公式为：

8.一种评价材料抗空蚀性能的系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种评价材料抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述模块m1包括以下子模块：

10.根据权利要求9所述的一种评价材料抗空蚀性能的系统，其特征在于，所述加工包括将材料切割成一定大小并打磨抛光至镜面；对所述拉伸实验进行三组以上的平行实验。

技术总结
本发明提供了一种评价材料抗空蚀性能的方法及系统，包括步骤S1：采集并测试材料，得到材料的参数；所述参数包括硬度值；步骤S2：将材料及参数进行处理，根据处理结果评估材料的抗空蚀性能。本发明能够通过简单的拉伸实验及硬度测试评价材料的抗空蚀性能，极大地节省了评价材料抗空蚀性能所需时间，提高了检测效率；能够对实际生产中耐空蚀材料进行快速筛选，采用的方法易于实施，具有较高的实用性，可广泛应用于抗空蚀性能检测领域。

技术研发人员：胡文彬,秦真波,吴忠,李煜,夏大海,杜晓阳
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4