磨料水射流作用下岩石损伤场的数值模拟

›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (3): 935-940.

磨料水射流作用下岩石损伤场的数值模拟

司鹄^{1, 2}，谢延明¹，杨春和²

1. 重庆大学资源及环境科学学院，重庆 400030；2. 重庆大学西南资源开发及灾害控制教育部重点实验室，重庆 400030

收稿日期:2010-01-12 出版日期:2011-03-10 发布日期:2011-03-21
作者简介:司鹄，女，1964年生，博士，教授，主要从事工程力学、流体力学的研究和教学工作。
基金资助:
国家自然科学基金创新团队资助（No. 5062140）；国家973研究计划（No. 2009CB724602）。

Numerical simulation of rock damage field under abrasive water jet

SI Hu ^{1, 2}，XIE Yan-ming¹，YANG Chun-he²

1. College of Resources and Environmental Science, Chongqing University, Chongqing 400030, China; 2. Key Lab. for the Exploitation of Southwestern Resources & Environmental Disaster Control Engineering of Education Ministry, Chongqing University,Chongqing 400030, China

Received:2010-01-12 Online:2011-03-10 Published:2011-03-21

摘要/Abstract

摘要：

磨料水射流（AWJ）破碎岩石的过程是多相流体与结构物体之间非线性碰撞动力耦合问题，其内部的复杂机制涵盖了诸多方面。基于ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）流-固耦合罚函数算法，从连续损伤力学和细观损伤力学角度出发，建立了磨料水射流冲击破碎岩石模型。研究表明：岩石的破坏主要以冲击破坏为主，破坏具有明显的局部效应，破碎过程以漏斗状交替推进；岩石内部的损伤场以阶段性演化，即分为线弹性阶段、非线性失稳破碎阶段，岩石在射流冲击交替应力的作用下50 ?s内完全破坏。计算结果与相关文献基本吻合，研究结果对深入研究磨料水射流破岩理论及应用有着重要的学术和现实意义。

关键词: 磨料水射流, ALE罚函数耦合, 损伤, 冲击载荷

Abstract:

The process of rock breaking under abrasive water jet(AWJ) is concerned with lots of factors; and it is a complicated and nonlinear dynamic coupling problem between multiphase flow and structure. Based on the arbitrary Lagrangian Eulerian(ALE) fluid-solid coupling penalty function method, a model of rock breaking under AWJ is established with continuum damage mechanics and micro damage mechanics.The results show that the body of rock damage and breakage is mainly attributed to impact; the local effect is the main feature; and the evolvement of rock damage shows a funnel trend. The results show that the internal process of breaking rock experienced three stages within 50 microseconds. On the whole, numerical results agree with relevant results; and the numerical simulation is the important aspect for developing and applying abrasive water jet breaking rock technology.

Key words: abrasive water jet, ALE penalty function coupling, damage, impact load

中图分类号:

TD231.62

司鹄，谢延明，杨春和. 磨料水射流作用下岩石损伤场的数值模拟[J]. , 2011, 32(3): 935-940.

SI Hu，XIE Yan-ming，YANG Chun-he. Numerical simulation of rock damage field under abrasive water jet[J]. , 2011, 32(3): 935-940.

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