高压水射流破岩的理论研究滞后于实际应用研究

添加人：admin 发布时间：2014/11/20 14:22:25 来源：中国粉碎机网

　　高压水射流破碎岩石的机理十分复杂，原因在于岩石的动态本构关系、水射流冲击动载荷以及流体与岩石的耦合作用等诸多复杂关系迭加，这也给有关试验研究和理论探讨带来较大困难，同时也导致高压水射流破岩的理论研究滞后于实际应用研究。运用数值计算方法，基于较少假设来模拟实际物理过程是探索复杂事物运动变化规律的一个重要途径。因此，笔者利用非线性动力有限元方法，对高压水射流破岩过程进行探索，以对相关基础理论进行补充和完善。控制方程及其有限元分析：基本物理模型和假设高压水射流破碎岩石的基本物理模型。水射流为理想不可压缩流体，且为无旋运动；岩石为各向同性连续介质，忽略孔隙介质的影响。由于岩石受力变形并不断破碎，水射流与岩石的接触界面是变化的，因而须对式进行修正。这里采用网格重分技术，每一时步对水射流流场剖分一次，岩石的控制方程及其有限元分析：控制方程高压水射流作用下，岩石也存在两类边界条件。面力边界条件S为现时构形边界S的外法向余弦，为面力载荷，水射流与岩石的相互作用是以压力载荷的形式由流固耦合面传递的；位移边界条件表示质点坐标，K给定的位移函数。有限元离散高速冲击接触的动态响应主要表现为波动响应，而应力波的高频模式控制着动力响应的过程。又因在非线性动力分析计算中，非线性积分计算耗时巨大，因而在实际工程计算中，高阶单元虽能准确计算低频的动力响应，但不太适用于涉及应力波传递的动力分析问题。应力波与人工体积粘性控制高速冲击接触在结构内部产生应力波，造成压力、密度、质点加速度和能量跳跃，此外，在计算中，突加载荷引起的强间断及其波传播，会导致数值振荡、计算失稳。处理此类问题较为常用的方法是在压力项中加入人工体积粘性项，使应力波的强间断模糊成在相当狭窄区域内急剧变化，但数学上却是光滑连续变化的，这样使得问题的求解难度降低。