一、圆柱形直孔喷嘴应力分析
1、网络划分
圆柱形直孔喷嘴的网络划分示意图，将喷嘴沿轴线纵铂，在喷嘴壁厚与长度形成矩形中（6mmx30mm）划分6x15的网络。
2、边界条件
采用尺寸为20mm,8mm,30mm的喷嘴，60目碳化硅磨料。碳化硅陶瓷螺旋喷嘴材料的弹性模具。喷嘴的两个端面添加约束；在喷嘴入口端面施加均匀压力载荷，内孔施加坡度压力载荷。载荷大小按速度的不同。圆柱形直孔喷嘴边界条件施加示意图，x轴表示喷嘴轴线所在位置，三角符号表示约束，施加载荷和约束的长方形喷嘴纵剖面图。
3、有限元分析结果
圆柱形直孔喷嘴的应力有限元分析结果。可见，喷嘴入口处所受的应力最大，出口处次之，而中间部分略小，这与喷嘴的实际磨损情况是相当吻合的。在入口处，喷嘴端面受磨料颗粒的近乎垂直的高角冲蚀，入口边缘的内孔部分受磨料颗粒的低角冲蚀，两种冲蚀作用叠加导致喷嘴入口处应力最大；由于出口处磨料颗粒的冲蚀速度最高，喷嘴所受的冲击力比中间区域大，使得喷嘴出口处所受的应力比入口小而比中间部分大。
二、30度入口锥角喷嘴应力分析
1、网络划分
30度入口锥角喷嘴的网络划分示意图，将喷嘴沿轴线纵剖。在喷嘴壁厚与长度所形成的多边形中划分的网络。由于在喷嘴内孔中形成了突变面，网络划分的密度相应增加。
2、边界条件
采用于圆柱喷头直孔喷嘴的边界条件，区别在于入口锥角区域载荷的施加方向所变化，30度入口锥角喷嘴边界条件设定示意图。
4、有限元分析结果
30度入口锥角的应力分布有限元分析结果。可见喷嘴的入口锥角结束的应力最大值，入口和出口次之，而中间部分应力较小。入口锥角的存在，与圆柱形直孔喷嘴相比，喷嘴入口所受的是低角冲蚀且冲蚀速度比锥角结束处小，因此入口端面处应力不在是最大值。结合速度有限元分析结果可以认为，30度入口锥角喷嘴的这种结构形成比圆柱形直孔喷嘴要合理一些。
碳化硅陶瓷喷嘴在69目碳化硅磨料冲蚀下的应力分析结果。可见不同结构形式的三种陶瓷喷嘴的最大和最小应力具有相同的变化规律，氧化铝陶瓷喷嘴所受的应力最大，结合三种陶瓷喷嘴的强度和受冲蚀时应力的大小分析可得，三种陶瓷喷嘴的抗冲蚀能力由强到弱的顺序依次是碳化硼，氧化铝与实验结果是一致的。
对于圆柱形直孔结构形式，三种陶瓷喷嘴的最大应力均出现在入口处，最小应力均出现在中间区域。对于30度入口锥角结构形式，三种陶瓷喷嘴的最大应力均出现在锥角结束处，最大应力值比圆柱形直孔结构的喷嘴都有所下降，这是由于入口冲蚀角的减小造成；最小应力均出现在中间区域，最小应力值虽然有所减小，但减小的幅度很小，表明入口锥角的存在，喷嘴所受的最大与最小应力之间的差值减小，因此，喷嘴的磨损要比圆柱形直孔均匀。
对于15度入口锥角结构形式，三种陶瓷喷嘴的最大应力均出现在锥角结束处和出口处，由于冲蚀角的减小，锥角结束处应力值比30度入口锥角喷嘴下降幅度大，而出口处的应力值没有变化，所以出现了最大应力在两处同时存在的情况。另外，15度入口锥角喷嘴的锥段长度增加，喷嘴所受的最大与最小应力之间的差值进一步缩小，应力分布更均匀，表明15度入口锥角喷嘴结构形式更合理。
四、不同材料陶瓷喷嘴的最佳入口锥角
喷嘴入口锥角的大小，对喷嘴的应力状态有重要影响，而应力的大小直接影响磨损程度。为探求不同陶瓷喷嘴材料的最佳入口锥角，对碳化硅陶瓷喷嘴和氧化铝陶瓷喷嘴等三种他喷嘴在60目碳化硅磨料冲蚀下，进行应力分析，将入口锥角从0度到45度进行离散，每隔1度分析一次，获得的最大应力。
随着锥角的逐渐增大，碳化硅陶瓷喷嘴所受的最大应力逐渐减小，锥角增大到11度时，最大应力达到最小值。锥角超过11度后，最大应力随着锥角增大而继续增大应力达到最小值。因此碳化硅陶瓷喷嘴的最佳入口锥角在11度左右。碳化硅陶瓷喷嘴的最大应力随锥角的变化规律于碳化硅陶瓷喷嘴相同，当锥角为14度时，碳化硅陶瓷喷嘴的最大应力达到最小值，而氧化铝陶瓷喷嘴的最大应力达到最小值时的锥角为16度。 |
