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ウォータージェットは細い噴流であるが、単位面積当たりの加工エネルギーが極めて大きいことから、固体材料の加工などへの応用研究が活発である。様々な基礎・応用研究の進展に伴い材料の切削機構も次第に明らかになりつつあるが、定量的には未解明な点が多く残されている。
ウォータージェット技術をより高度なものにするためには、ウォータージェットやアブレシブジェットの衝突による固体の衝撃的破壊のメカニズムの解明が基本的に重要であり、固体表面に実際に入射する噴流の構造の定量化が緊急の課題となっている。
本研究は、衝突力測定による噴流構造の定量化法を確立するとともに、それらをウォータージェットおよびアブレシブジェットの分析に適用し、ウォータージェットの入射速度とみかけ密度の評価、壊食の噴流速度依存性、送り切削のモデリング、およびアブレシブジェットの流動測定と壊食作用について検討した。得られた結果を要約すると以下のようである。
1)円筒連続水噴流を平滑なターゲットの表面に垂直に衝突させた場合の衝突力を分析し、その時間平均から運動量の法則に従って入射速度を算出すれば、噴流速度に対する飛翔距離の影響および空中衝撃波発生の影響などの検出が可能となる。
2)表面近くの壊食速度はウォータージェットの入射速度の6乗則にに従うことを明らかにした。
3)岩質材料の送り切削深さの予想計算式を、ノズルの口径、吐出圧力、ノズルの送り速度、よどみ圧の減衰特性値および材料定数としての基準壊食圧力の関数として求めた。
4)研磨材添加水噴流の衝突による表面壊食速度は研磨材と被衝突物の破壊機構に強く依存していること明らかにした。
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