Ls Dyna聯合hypermesh的磨料水射流模擬仿真

2017-04-15 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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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射流,因其切割破碎作業效率高,作業過程沒有熱反映區,不發生化學反應等優點,被廣泛應用在石油化工,機械加工,采礦,隧道開挖等行業中。尤其在巖石破碎,鉆孔等領域應用較為廣泛。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,對后續機械破巖具有重要的意義。

磨料射流破巖是一個涉及諸多因素的非線性沖擊動力學問題,具有瞬時強值動載荷,大變形及高應變率等特點。受理論研究能力和試驗條件的限制,利用理論方法或試驗手段進一步探索磨料射流沖蝕損傷破巖機理難度非常大,然而,隨著計算機技術和計算理論的發展,可以應用數值模擬手段對上述問題進行分析研究。

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

2.網格模型

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

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模型總體示意圖

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模型各區域示意圖

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,磨料通過體積分數定義量。各部件采用的材料模型及狀態方程如下表所示:

部件	單元算法	材料模型	狀態方程
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