基于SPH-FEM耦合算法的磨料水射流破岩数值模拟

摘要：

磨料水射流破岩是一个涉及诸多因素的非线性冲击动力学问题。针对磨料水射流破岩过程的复杂性以及有限元分析法在处理超大变形问题时存在的网格畸变问题，基于光滑粒子（SPH）耦合有限元（FEM）的方法模拟了磨料水射流破岩过程，并结合模拟结果分析了在磨料浓度30％不同速度磨料水射流作用下岩石的损伤范围。其中磨料水射流采用SPH算法模拟，并通过修改关键字文件实现水与磨料两种不同组分，岩石采用H-J-C累计损伤模型。研究表明：岩石冲蚀坑首先成漏斗状，随着冲蚀坑不断加深，最终形成“V”形剖面和圆形截面组成的“子弹”体；损伤值由冲蚀坑沿径向方向向外急剧减少，岩石的损伤半径与冲蚀坑半径随着射流速度减小而减小，两者之比在1．8-2．2之间。计算结果与相关文献基本吻合，为研究磨料水射流破岩提供一种研究的方法。

关键词：磨料水射流、破岩、SPH-FEM耦合、损伤

分类号：TD311(矿山压力与支护)

资助基金：国家重点基础研究发展计划资助2014CB239206；中央高校自然科学类基金重大项目CDJZR12248801；国家科技重大专项2011ZX05065-3；国家自然科学基金项目51104191

在线出版日期：2014-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：170-176