超高速水中水噴流によるピ-ニング加工用最適ノズルの開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06555051
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 井小萩 利明 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90091652)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 一教 バブコック日立(株), 呉研究所, 研究員 ; 祖山 均 東北大学, 工学部, 助教授 (90211995)
• Keywords: 高速水中水噴流 / キャビテーション / ピ-ニング加工 / 噴流壊食 / 気泡崩壊衝撃圧 / キャビテーション気泡雲 / 残留応力改善 / 数値シミュレーション

Research Abstract

キャビテーションの壊食エネルギーを有効利用する目的で、超高速水中水噴流による材料加工特性のさらなる向上をめざし、水噴流の非定常挙動、加工能力に及ぼす周囲圧力の影響等に関する研究を行った。本年度の研究成果を以下に示す。
1.高速水中水噴流の壊食挙動に対する周囲圧力の影響を明らかにするため、新たに製作した加圧型密閉試験水槽を用いて0.5気圧から3.5気圧の周囲圧力の範囲で実験を行い、周囲圧の増加とともにキャビテーション噴流長さは減少し壊食ピークは上流側に移行すること、第1ピークよりも第2ピークの壊食量の増加が大きいこと、有効壊食領域が噴流中心部に集中すること、壊食率は周囲圧の3乗に比例することなどを見い出した。
2.前年度に引き続き、水噴流によるピ-ニング効果を定量的に明らかにするため、ステンレス試片の引張残留応力を種々の吐出圧力、スタンドオフ距離、噴射時間に対して測定し、残留応力の空間分布からピ-ニング加工時における残留応力改善割合についての有用なデータを提示した。
3.材料加工面上の微小段差形状の水噴流加工に及ぼす影響は、噴射時間が比較的短い壊食初期段階において顕著に現れることを明らかにした。
4.前年度に開発した高速キャビテーション流れの計算コードを無反射境界条件を用いて改良し、衝撃波を伴うキャビテーション流れの数値シミュレーションを可能にした。

Research Products

• [Publications] 山内 由章: "高速水中水噴流の壊食挙動に及ぼす周囲圧力の顕著な影響" 日本機械学会論文集(B編). 61. 785-792 (1995)
• [Publications] 劉 樹軍: "振動壊食試験におけるキャビテーション・ノイズの挙動(電場の顕著な影響)" 日本機械学会論文集(B編). 61. 3650-3654 (1995)
• [Publications] Y. Yamauchi: "Suitable Region of High-Speed Submerged Water Jets for Cutting and Peening" JSME Int. J., Ser. B,. Vol. 38. 31-38 (1995)
• [Publications] H. Soyama: "High-Speed Observations of the cavitation Cloud around a High-Speed Submerged Water Jet" JSME Int. J., Ser. B,. Vol. 38. 245-251 (1995)
• [Publications] 祖山 均: "高速水中水噴流による顕著なピ-ニング効果(ステンレス鋼の残留応力改善)" 噴流光学. 13. 25-32 (1996)