Cavitation erosion characteristics of poly(methyl methacrylate) in a rotating disk device

Experimental results pertaining to the initiation, dynamics and mechanism of cavitation erosion on poly(methyl methacrylate) specimens tested in a rotating disk device are described in detail. Erosion normally starts at the location nearest to the center of rotation (CR). As the exposure time to cavitation increases, additional erosion areas or sites appear away from the CR and secondary erosion (induced by eroded pits) spreads upstream and merges with the main pit. The microcracks increase in density towards the end of the incubation period and transform into macrocracks in most cases. A study of light optical photographs and scanning electron micrographs of the eroded area shows that material particles are removed from the network of cracks because of crack joining and pits indicate particle debris. Optical degradation (loss of transmittance) is observed to be greater on the back of the specimen than on the front.

Estimation of Cavitation Erosion with Incubation Periods and Material Properties

A detailed study of the normalized correlations between the incubation period tc and the properties of various materials tested in a rotating disk device indicates that, at very high intensities, the strength properties influence the duration of tc. The analysis of extensive data from other laboratories for cavitation and liquid impingement erosion also indicates that, while both energy and strength properties influence the duration of tc, the latter ones predominate for a majority of cases. A fatigue-type failure occurs during tc. For estimating the time required to pierce a metallic specimen in a rotating device a relationship tp = 160 tc0.44 is proposed. A detailed study of normalized correlations between erosion resistance (inverse of erosion rate) and tc values of different materials tested in the rotating disk shows that correlations are good. Analysis of data from eight other investigators clearly points out the validity and the usefulness of this type of prediction.

Modélisation statistique de l’érosion de cavitation d’une turbine hydraulique selon les paramètres d’opération

Dans une turbine hydraulique, la rotation des aubes dans l’eau crée une zone de basse pression, amenant l’eau à passer de l’état liquide à l’état gazeux. Ce phénomène de changement de phase est appelé cavitation et est similaire à l’ébullition. Lorsque les cavités de vapeur formées implosent près des parois, il en résulte une érosion sévère des matériaux, accélérant de façon importante la dégradation de la turbine. Un système de détection de l’érosion de cavitation à l’aide de mesures vibratoires, employable sur les turbines en opération, a donc été installé sur quatre groupes turbine-alternateur d’une centrale et permet d’estimer précisément le taux d’érosion en kg/ 10 000 h. Le présent projet vise à répondre à deux objectifs principaux. Premièrement, étudier le comportement de la cavitation sur un groupe turbine-alternateur cible et construire un modèle statistique, dans le but de prédire la variable cavitation en fonction des variables opératoires (tels l’ouverture de vannage, le débit, les niveaux amont et aval, etc.). Deuxièmement, élaborer une méthodologie permettant la reproductibilité de l’étude à d’autres sites. Une étude rétrospective sera effectuée et on se concentrera sur les données disponibles depuis la mise à jour du système en 2010. Des résultats préliminaires ont mis en évidence l’hétérogénéité du comportement de cavitation ainsi que des changements entre la relation entre la cavitation et diverses variables opératoires. Nous nous proposons de développer un modèle probabiliste adapté, en utilisant notamment le regroupement hiérarchique et des modèles de régression linéaire multiple.

Characterization of cast irons for optimum performance by overall rating method

An experimental investigation was carried out to Characterise the performance of four types of cast iron under adhesive wear, erosive wear, cavitation erosion and low frequency thermal cycling. Results indicate that vermicular graphite iron has the best rating among the cast irons investigate,based on the overall performance as well as cost consideration.

Simulation of shock-induced bubble collapse with application to vascular injury in shockwave lithotripsy

Shockwave lithotripsy is a noninvasive medical procedure wherein shockwaves are repeatedly focused at the location of kidney stones in order to pulverize them. Stone comminution is thought to be the product of two mechanisms: the propagation of stress waves within the stone and cavitation erosion. However, the latter mechanism has also been implicated in vascular injury. In the present work, shock-induced bubble collapse is studied in order to understand the role that it might play in inducing vascular injury. A high-order accurate, shock- and interface-capturing numerical scheme is developed to simulate the three-dimensional collapse of the bubble in both the free-field and inside a vessel phantom. The primary contributions of the numerical study are the characterization of the shock-bubble and shock-bubble-vessel interactions across a large parameter space that includes clinical shockwave lithotripsy pressure amplitudes, problem geometry and tissue viscoelasticity, and the subsequent correlation of these interactions to vascular injury. Specifically, measurements of the vessel wall pressures and displacements, as well as the finite strains in the fluid surrounding the bubble, are utilized with available experiments in tissue to evaluate damage potential. Estimates are made of the smallest injurious bubbles in the microvasculature during both the collapse and jetting phases of the bubble's life cycle. The present results suggest that bubbles larger than 1 μm in diameter could rupture blood vessels under clinical SWL conditions.

Análise microestrutural de revestimentos usados no reparo de turbinas hidráulicas danificadas pela cavitação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Recuperação de turbinas hidráulicas danificadas por erosão cavitacional por soldagem com aço inoxidável/cobalto

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Comportamento em desgaste por erosão cavitação, erosão - corrosão e em ensaios de microesclerometria linear instrumentada de um aço inoxidável martensítico AISI 410 nitretado a plasma em baixa temperatura, utilizando a tecnologia de tela ativa.

Amostras de um aço inoxidável martensítico AISI 410 temperado e revenido foram nitretadas a plasma em baixa temperatura usando o tratamento de nitretação plasma DC e a nitretação a plasma com tela ativa. Ambos os tratamentos foram realizados a 400 °C, utilizando mistura gasosa de 75 % de nitrogênio e 25 % de hidrogênio durante 20 horas e 400 Pa de pressão. As amostras de aço AISI 410 temperado e revenido foram caracterizadas antes e depois dos tratamentos termoquímicos, usando as técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, medidas de microdureza, difração de raios X e medidas de teor de nitrogênio em função da distância à superfície por espectrometria WDSX de raios X. A resistência à erosão por cavitação do aço AISI 410 nitretado DC e com tela ativa foi avaliada segundo a norma ASTM G32 (1998). Os ensaios de erosão, de erosão - corrosão e de esclerometria linear instrumentada segundo norma ASTM C1624 (2005) somente foram realizados no aço AISI 410 nitretado com tela ativa. Ensaios de nanoindentação instrumentada forma utilizados para medir a dureza (H) e o módulo de elasticidade reduzido (E*) e calcular as relações H/E* e H3/E*2 e a recuperação elástica (We), utilizando o método proposto por Oliver e Pharr. Ambos os tratamentos produziram camadas nitretadas de espessura homogênea constituídas por martensita expandida supersaturada em nitrogênio e nitretos de ferro com durezas superiores a 1200 HV, porém, a nitretação DC produziu maior quantidade de nitretos de ferro do que o tratamento de tela ativa. Os resultados de erosão por cavitação do aço nitretado DC mostraram que a precipitação de nitretos de ferro é prejudicial para a resistência à cavitação já que reduziu drasticamente o período de incubação e aumentou a taxa de perda de massa nos estágios iniciais do ensaio; entretanto, depois da remoção desses nitretos de ferro, a camada nitretada formada somente por martensita expandida resistiu bem ao dano por cavitação. Já no caso do aço nitretado com tela ativa, a resistência à erosão por cavitação aumentou 27 vezes quando comparada com o aço AISI 410 sem nitretar, fato atribuído à pequena fração volumétrica e ao menor tamanho dos nitretos de ferro presente na camada nitretada, às maiores relações H/E* e H3/E*2 e à alta recuperação elástica da martensita expandida. A remoção de massa ocorreu, principalmente, pela formação de crateras e de destacamento de material da superfície dos grãos por fratura frágil sem evidente deformação plástica. As perdas de massa acumulada mostradas pelo aço nitretado foram menores do que aquelas do aço AISI 410 nos ensaios de erosão e de erosão corrosão. O aço nitretado apresentou uma diminuição nas taxas de desgaste em ambos os ensaios de aproximadamente 50 % quando comparadas com o aço AISI 410. O mecanismo de remoção de material foi predominantemente dúctil, mesmo com o grande aumento na dureza. Os resultados de esclerometria linear instrumentada mostraram que a formação de martensita expandida possibilitou uma diminuição considerável do coeficiente de atrito em relação ao observado no caso do aço AISI 410 sem nitretar. O valor de carga crítica de falha foi de 14 N. O mecanismo de falha operante no aço nitretado foi trincamento por tensão.

Avaliação da influência de aplicação de vibração mecânica na microestrutura e em características mecânicas de juntas do aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo FCAW

O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é utilizado para produzir componentes especiais para turbinas hidráulicas, devido às suas boas propriedades mecânicas combinadas com alta resistência à corrosão e cavitação e uma boa soldabilidade. As turbinas hidráulicas são produzidas por meio de múltiplos passes de solda em peças espessas obtidas por fundição. Durante a operação, estes componentes estão sujeitos à erosão por cavitação e trincas em regiões tensionadas, que são reparados também por meio de soldagem. Após o processo de soldagem, um tratamento térmico pós-soldagem é comumente utilizado para aliviar as tensões residuais. Porém, existem dificuldades significativas para a realização de tratamento térmico nas turbinas hidráulicas, tais como a complexidade da geometria de solda, a possibilidade de distorção no caso de quaisquer cargas mecânicas, dificuldade em aquecer simetricamente, e também o tratamento térmico pode causar degradação das propriedades do material. Assim, existe um grande interesse no desenvolvimento de procedimentos de soldagem que elevem a tenacidade ao impacto e evitem o tratamento térmico pós-soldagem. Neste trabalho, a aplicação de vibrações mecânicas durante e após a soldagem para aliviar tensões residuais foram avaliadas em juntas de aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo Flux Cored Arc Welding (FCAW). A utilização de vibrações mecânicas para reduzir e redistribuir as tensões residuais das estruturas soldadas através da aplicação de carga vibratória pode gerar muitos benefícios. Testes de impacto Charpy (-20 °C), ensaios de tração e dobramento foram realizados conforme ASME IX, e perfis de microdureza nas diferentes regiões da solda foram conduzidos para a caracterização mecânica das juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando difração de raios X, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de propriedades mecânicas das amostras vibradas atenderam as exigências especificadas por norma, na qual o processo com tratamento térmico é recomendado para a soldagem deste tipo de aço, visando atingir os níveis de tenacidade do material original. Com relação à microestrutura não foram observados alterações significativas para as amostras vibradas em comparação com a condição \"como soldado\", porém para a condição com tratamento térmico pós-soldagem foi observado uma pequena quantidade de austenita retida, que são precipitadas após o tratamento térmico e permanecem finamente distribuídas após o resfriamento e auxiliam no ganho de tenacidade das juntas soldadas.

Similarities in Different Experiments of Erosion Caused by Cavitation and Liquid Impingement

Correlations of erosion resistances of materials tested in different equipment are reported. Analysis of the authors' data from rotating disk and venturi equipment indicates that there exists a good correlation between the erosion resistances of materials tested at different intensities. The study indicates that time effects on erosion are important in correlations of this type. The erosion resistances of materials tested in two different devices exhibit good correlations indicating a quantitative similarity between different forms of erosion. The investigations also show that the prediction of erosion resistances of materials in a field device may be made with the data from a laboratory device which may not fully reproduce the flow conditions in the field. These conclusions are also checked with data reported from other laboratories.

Evaluation of Erosion Resistance of Metallic Materials and the Role of Material Properties in Correlations

A study of the correlations between material properties and normalized erosion resistance (inverse of erosion rates) of various materials tested in the rotating disk and the flow venturi at various intensities indicates that different individual properties influence different stages of erosion. At high and low intensities of erosion, energy properties predominate the phenomenon, whereas at intermediate intensities strength and acoustic properties become more significant. However, both strength and energy properties are significant in the correlations for the entire spectrum of erosion when extensive cavitation and liquid impingement data from several laboratories involving different intensities and hydrodynamic conditions are considered. The use of true material properties improved the statistical parameters by 3 to 37%, depending on the intensity of erosion. It is possible to evaluate qualitatively the erosion resistances of materials based on the true stress-true strain curves.

Erosion and cavity characteristics in rotating components

An investigation of the initiation and growth of erosion and of the effect of velocity and pressure on erosion in a rotating disk is presented. Also, the role of an intervening noncavitating period on erosion is studied. The results indicate that at high intensities the peak rate of erosion decreases with increases in pressure. The erosion rate/time curves obtained for metallic materials are explained by the eroded particle distribution and the cavity size. The average size of the eroded particles decreased when pressure and tensile strength of the material were increased. The erosion rate peaked after an intervening noncavitating period. The use of the rate of erosion, defined as an average over the entire test duration, in the equation governing the theory of erosion resulted in reasonably good correlations. The correlations reveal that it is possible to predict the length, width, and area of a cavity when the cavitation parameter σ is known. The normalized width of a cavity may be estimated if its normalized length is known.

The Attack on Political Correctness: Islamophobia and the Erosion of Multiculturalism In Australia Under the Howard Regime

This article reports on civil society in Australia between 1996 and 2007 related to former Prime Minister John Howard. The article discusses Howard's neo-conservative ideology and Liberal-National coalition, noting his views on political correctness. Howard's administration is also discussed in terms of immigration, multiculturalism, indigenous land rights, othering, and Islamaphobia. Information on the effect of Islamaphobia on Australian perceptions and the treatment of Muslims is also provided