Ls Dyna聯(lián)合hypermesh的磨料水射流模擬仿真

2017-04-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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1.引言

磨料水射流是磨料與高速流動的水,或者與高壓水互相混合而形成的液固兩相介質(zhì)射流,因其切割破碎作業(yè)效率高,作業(yè)過程沒有熱反映區(qū),不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在石油化工,機(jī)械加工,采礦,隧道開挖等行業(yè)中。尤其在巖石破碎,鉆孔等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。磨料水射流除了沖蝕去除巖石,也能對周邊巖石造成損傷,甚至形成裂紋,對后續(xù)機(jī)械破巖具有重要的意義。

磨料射流破巖是一個(gè)涉及諸多因素的非線性沖擊動力學(xué)問題,具有瞬時(shí)強(qiáng)值動載荷,大變形及高應(yīng)變率等特點(diǎn)。受理論研究能力和試驗(yàn)條件的限制,利用理論方法或試驗(yàn)手段進(jìn)一步探索磨料射流沖蝕損傷破巖機(jī)理難度非常大,然而,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算理論的發(fā)展,可以應(yīng)用數(shù)值模擬手段對上述問題進(jìn)行分析研究。

現(xiàn)如今對水射流的模擬方法不一,查看文獻(xiàn)有些是采用sph或sph_fem方法進(jìn)行模擬,該方法可以克服水大變形的問題,但是確難以持續(xù)模擬水射流的狀態(tài),對于磨料的模擬也不太方便;有些采用固體lag網(wǎng)格模擬水,采用失效的方法模擬水射流,該中方法模擬偏離實(shí)際較遠(yuǎn);本文采用ale流固耦合方法對末了水射流進(jìn)行模擬。

2.網(wǎng)格模型

通過hm建立磨料水射流網(wǎng)格模型,總體網(wǎng)格模型如下圖所示,主要包含四部分:空氣,磨料,水域,巖石,其中前三者采用ALE多物質(zhì)單元,巖石為lag網(wǎng)格。

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模型總體示意圖

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模型各區(qū)域示意圖

3. 材料模型信息

其中炸藥,藥罩,液體采用ale算法,殼體,射孔彈外殼采用lag算法,磨料通過體積分?jǐn)?shù)定義量。各部件采用的材料模型及狀態(tài)方程如下表所示:

部件	單元算法	材料模型	狀態(tài)方程
水	Ale	9號*MAT_NULL	EOS_JWL
空氣	Ale	9號*MAT_NULL	*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL
磨料	Ale	1號*MAT_ELASTIC	無
巖石	Lag	111號*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE	無