Ls Dyna与Hypermesh联合仿真：磨料水射流模拟新突破

1.引言

磨料水射流是磨料与高速流动的水，或者与高压水互相混合而形成的液固两相介质射流，因其切割破碎作业效率高，作业过程没有热反映区，不发生化学反应等优点，被广泛应用在石油化工，机械加工，采矿，隧道开挖等行业中。尤其在岩石破碎，钻孔等领域应用较为广泛。磨料水射流除了冲蚀去除岩石，也能对周边岩石造成损伤，甚至形成裂纹，对后续机械破岩具有重要的意义。

磨料射流破岩是一个涉及诸多因素的非线性冲击动力学问题，具有瞬时强值动载荷，大变形及高应变率等特点。受理论研究能力和试验条件的限制，利用理论方法或试验手段进一步探索磨料射流冲蚀损伤破岩机理难度非常大，然而，随着计算机技术和计算理论的发展，可以应用数值模拟手段对上述问题进行分析研究。

现如今对水射流的模拟方法不一，查看文献有些是采用sph或sph_fem方法进行模拟，该方法可以克服水大变形的问题，但是确难以持续模拟水射流的状态，对于磨料的模拟也不太方便；有些采用固体lag网格模拟水，采用失效的方法模拟水射流，该中方法模拟偏离实际较远；本文采用ale流固耦合方法对末了水射流进行模拟。

2.网格模型

通过hm建立磨料水射流网格模型，总体网格模型如下图所示，主要包含四部分：空气，磨料，水域，岩石，其中前三者采用ALE多物质单元，岩石为lag网格。

模型总体示意图

模型各区域示意图

3. 材料模型信息

其中炸药，药罩，液体采用ale算法，壳体，射孔弹外壳采用lag算法，磨料通过体积分数定义量。各部件采用的材料模型及状态方程如下表所示：

4. 结果查看

通过后处理体积分数查看某一时刻磨料状态，红色部分为磨料

水不同时刻速度云图

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