基于SPH-FEM耦合算法的磨料水射流破岩特征及影响研究

Study on characteristics and influence of abrasive jet rock breaking based on SPH-FEM coupling algorithm

磨料射流是一种高效、绿色的破岩方式,其辅助机械刀具破碎岩石能显著降低刀具的磨损,提高破岩掘进效率。为揭示磨料射流冲击作用岩石的损伤破碎特征,明确其高效破岩参数,本文基于SPH-FEM耦合算法建立了磨料射流冲击岩石的数值模型,获得了磨料射流冲蚀深度、面积及岩石损伤宽度的变化规律。结果表明:5种不同工况下,冲蚀坑都大致呈“V”型;磨料浓度的增加,对主裂纹的萌生及发育具有促进作用;磨料水射流较纯水射流具备更大的冲击能量,导致更大的冲蚀深度及更大的破碎面积。本研究条件下,磨料最优浓度为23%,该研究成果对磨料射流高效切割及破碎岩石的参数优化选取等具有重要意义。