基于FEM／SPH耦合的高压水射流扩孔效果分析
高压水射流加工技术在精密零件加工中的应用研究
高压水射流加工技术在精密零件加工中的应用研究摘要：高压水射流加工技术是一种非传统的加工方法，在精密零件加工领域具有广泛的应用前景。
本文通过对高压水射流加工技术的原理、特点以及在精密零件加工中的应用进行深入研究，探讨了其在精密零件加工中的优势、局限性以及存在的问题，并提出了进一步研究和发展的方向。
1. 引言随着现代制造技术的不断发展，对精密零件加工精度要求的提高，传统的加工方法已经难以满足需求。
高压水射流加工技术作为一种新型的加工方法，以其无热影响区、无机械应力集中、无表面裂纹等特点，在精密零件加工领域引起了广泛的关注。
本研究旨在探讨高压水射流加工技术在精密零件加工中的应用研究，为提高零件加工质量和效率提供科学依据。
2. 高压水射流加工技术的原理与特点高压水射流加工技术是利用高速注入的水流作为切削工具，通过调节流量和压力来控制切削效果。
其原理主要包括切削力、流态力、热效应和材料去除效应等。
在精密零件加工中，高压水射流加工技术具有以下特点：1) 高效性：高压水射流加工技术可以在短时间内完成零件的加工，提高生产效率；2) 高精度：由于水射流加工过程中无接触切削，避免了机械变形和振动，能够保证零件加工的高精度；3) 环保性：高压水射流加工不产生有害气体和固体废料，对环境友好。
3. 高压水射流加工技术在精密零件加工中的应用3.1 轴类零件加工高压水射流加工技术在轴类零件加工中发挥了重要的作用。
由于轴类零件通常存在几何形状复杂、尺寸精度要求高等特点，传统的加工方法难以满足要求。
通过对高压水射流加工参数进行优化，可以实现对轴类零件的精密加工，提高加工效率和零件质量。
3.2 零件表面处理高压水射流加工技术在零件表面处理中具有独特的优势。
通过调节水射流的压力和流量，可以控制水射流对零件表面的冲击力和切削效果，实现去除表面污垢、清洁锈蚀、增加表面粗糙度等目的。
同时，由于高压水射流加工不产生热影响区，可以避免零件表面的烧伤和变形，保持零件的精密度。
基于SPH算法的高压水射流破岩机理数值模拟
∫ [ A ( r) ] = A ( r′) ·W ( r - r′, h) d r′ Ω
式中 , h 为 SP H 粒子光滑长度 ,m ,是核宽度的一种 度量 ,它决定核函数的区域影响半径 ; d r′为体积 , m3 ; W ( r - r′, h) 为核函数 ,通常使用辅助函数θ( x) 进行定义 ,即
1
-
γo 2
μ-
aμ2 2
1-
( S1 -
1)μ-
μ2 S2 μ+ 1 -
S3
μ3 (μ+ 1) 2
2+
(γo + aμ) E
式中 , E 为单位体积内能 ,J ; C 为冲击波速度2粒子
速度关系式 us2up 曲线截距 , m/ s ; S1 、S2 和 S3 分别
为 us2up 曲线斜率 ;γo 为 Gruneisen 系数 ;α为关于
非线性有限元法和 Hoff man 破碎准则研究了高压 水射流破碎岩石的规律 。但在传统有限元法计算 时 ,采用 Lagrange 方法在处理物体大变形时 ,由于 网格发生畸变将产生负体积导致计算终止 ,同时沙 漏模式的存在也将影响到计算的准确性 ,而 Euler 方法则存在着难以跟踪物质变形和不能识别材料界 面位形的缺点 。近年来兴起的 SP H 算法 (光滑粒子 流体动力学) 则摒弃了有限元网格 ,直接利用离散点 来构造近似函数 ,能方便处理大变形和应力应变局 部化等难题 ,但由于其计算效率不高 ,耗费时间长 , 所以 本 文 将 利 用 AN S YS/ L S2D YNA 软 件 , 采 用 SP H 法和有限元耦合算法模拟高压水射流破岩三 维非线性大变形冲击动力学问题 ,把变形较小区域 建成有限元网格 ,而大变形或网格畸变区域则建成 SP H 粒子 ,既保证计算精度又能提高计算效率 。
【机械专业中文翻译】金属基于FEM和SPH的切口过程的数值仿真和分析
金属基于FEM和SPH的切口过程的数值仿真和分析**********************************摘要——通过使用有限元法和SPH，在金属材料的切削过程模拟和切割机制耦合方法中对其结构进行了分析。
仿真结果表明，切削过程是一个塑性变形的过程，切削层材料由于刀具的挤压产生剪切滑移，产生挤压和摩擦，切割形成的冷却表层材料，是受塑性变形力的结果，形成残余应力;切削力迅速增大后减小，最终变化在一定范围内，最大有效应力在一定范围内处于不同的稳定切削阶段的最前沿。
关键词：金属切削;数值模拟，有限元法; SPH方法.I.导言金属切削过程是一个复杂的加工工艺。
它不仅涉及到弹性，塑性和断裂力学，而且涉及到摩擦学和热力学。
切割质量受许多因素影响，如工具的形状，切削参数，切削热，切削刀具磨损等[1]。
这是个非常不理想的定量分析和研究分析方法的削减机制。
它浪费了实验检错工时，增加生产成本。
作为金属切割新的研究方法，机制，计算机模拟方法更简便，高效。
其中，有限元方法是使用最广泛的金属切削仿真方法，并得到了一些重大的成就[2，3]。
有限元方法是一种网格方法。
分离的标准和断裂准则的芯片要人为地设置在金属切削模拟过程中，或在切削变形区的网格中将被扭曲。
这是不完全符合实际情况的一种方法。
无网格法的发展提供了一个问题的有效解决方案。
光滑粒子流体动力学（型号为SPH）是一种成熟的无网格方法。
仿真模型建立与SPH离散粒子的产生，在这么大金属切削变形过程中可有效解决[4-6]。
在连续介质的机械变形仿真中，有限元法的效率比SPH高，但不如在仿真过程中涉及到大变形，不连续的媒介。
因此，文件模拟金属切削基于LS - DYNA中的软件程序进行有限元方法和SPH耦合。
它补充了单一方法的缺点。
II.基本原则的SPH方法在SPH中，仿真模型建立离散粒子。
粒子的质量在固定的坐标系统中是固定的。
因此SPH方法类似于拉格朗日方法。
它的基本方程，也是能量守恒方程和固体材料本构方程。
一种自适应轴对称FEM-SPH耦合算法及其在高速冲击模拟中的应用
第 ４期
肖毅 华 等 ： 种 自适 应 轴 对 称 Ｆ Ｍ—Ｐ 耦 合算 法及 其 在 高 速 冲击 模 拟 中 的应 用 一 Ｅ ＳＨ
３５ ８
警 Ｎ ｒ ＋ ） ＋兀 ｍ ＋ ） ｊ ２ （ 尝 叩 Ｇ ； ｙ ￣ ， Ｎ
警 警＋Ｎ ＋ ｃ 雾＋Ｎ ＋ ｃ ， 一 兀 （ ） 兀 （ ） 磐＋ 薹 （ ） ＋Ｎ ＋ ｃ ＋ ｃ ； 兀 （ ） ； ㈤
子 ， 用 Ｓ Ｈ 计 算 。该 算 法 采 用 一 种新 的耦 合 算 法 实 现 单 元 与 粒 子 间的 高 精 度 耦 合 ， 应 用 最 小 内角 转 化 准 采 Ｐ 并
则 和单 元 分 组 转 化 方 式 实 现 单 元 向粒 子 的 自动 转 化 。计 算 了几 个 典 型 的 高 速 冲击 问 题 ： 先 ， 过 计 算 应 力 首 通 波 传播 测 试 了新 的单 元 一 子 耦 合 算 法 的 精 度 ； 后 ， 粒 然 通过 计 算 泰 勒 杆 问题 验 证 了 自适 应 耦 合 算 法 及 相 应 程 序 的 正确 性 ； 后 ， 算 了弹 体 侵 彻 铝 板 和 混凝 土板 。结 果 表 明 ： 最 计 自适 应 耦 合 算 法 计 算 精 度 好 且 效 率 高 ， 合 模 适
＊
ｃ ， ，
收 稿 日期 ： ０ １０ — ３ ２ １ － ６２ ；修 回 日期 ： ０ ２ ０ — ６ ２ １ — １ １ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（ ０ ０ ０ ８ １ ９２ ３ ） 作 者 简 介 ：肖毅 华 （ ９ ４ １ ８一 ）男 ， 士 研 究Ｍ－Ｐ 耦 合 算 法 Ｅ ＳＨ 及 其在 高速 冲击模 拟 中的应 用
肖毅华， 胡德安， 旭， 冈 韩 杨 ０
基于SPH-FEM耦合算法的磨料水射流破岩数值模拟
基于SPH-FEM耦合算法的磨料水射流破岩数值模拟林晓东;卢义玉;汤积仁;敖翔;张磊【摘要】磨料水射流破岩是一个涉及诸多因素的非线性冲击动力学问题。
针对磨料水射流破岩过程的复杂性以及有限元分析法在处理超大变形问题时存在的网格畸变问题，基于光滑粒子（SPH）耦合有限元（FEM）的方法模拟了磨料水射流破岩过程，并结合模拟结果分析了在磨料浓度30％不同速度磨料水射流作用下岩石的损伤范围。
其中磨料水射流采用SPH算法模拟，并通过修改关键字文件实现水与磨料两种不同组分，岩石采用H-J-C累计损伤模型。
研究表明：岩石冲蚀坑首先成漏斗状，随着冲蚀坑不断加深，最终形成“V”形剖面和圆形截面组成的“子弹”体；损伤值由冲蚀坑沿径向方向向外急剧减少，岩石的损伤半径与冲蚀坑半径随着射流速度减小而减小，两者之比在1．8-2．2之间。
计算结果与相关文献基本吻合，为研究磨料水射流破岩提供一种研究的方法。
%The process of rock breaking with abrasive water jet (AWJ)is a nonlinear impact dynamic problem involved in lots of factors.Aiming at the complexity of the process and the mesh distortion problem in dealing with large deformation problems using the finite element method (FEM),the process of rock breaking with AWJ was simulated here based on the coupling algorithm of smoothed particle hydrodynamics (SPH)and bined with the simulated results,the scope of rock damage under 30% concentration of AWJ at different speeds was analyzed.In the analysis process,AWJ was simulated with SPH,the two different combinations of water and abrasive were gained by editing a keyword file,the rock was simulated with FEM using HJC cumulative damage model.The results showed that the rockcrushing pit has a funnel shape firstly,with the erosion pit deepened,a "bullet"body is formed with a V-shaped cross-section and a circular cross-section ultimately;during this process,erosion damage decreases sharply from the pit in the radial outward direction;besides,rock erosion damage radius and the erosion pit radius decreases with decrease in jet velocity,and the ratio between them is within 1 .8$2.2.The simulated results were basically consistent with those in the relevant references.The results provided a study method for rock breaking with AWJ.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(000)018【总页数】7页(P170-176)【关键词】磨料水射流;破岩;SPH-FEM耦合;损伤【作者】林晓东;卢义玉;汤积仁;敖翔;张磊【作者单位】重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030; 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030; 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030; 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆400030; 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030; 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400030【正文语种】中文【中图分类】TD311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、作业过程没有热反应区、不发生化学反应等优点，被广泛运用在石油化工、机械加工、采矿、隧道开挖等行业中［1－4］。
基于SPH-FEM耦合法的射流冲击型动量定律实验装置误差特性分析
中心孔与传感器固连，传感器通过螺栓与底座固连，底 座通过粘胶与实验装置基体固连。圆形平板和传感器 是核心组件，圆形平板用于改变射流动量形成射流冲 击力，传感器用于传递、测量射流冲击力的大小。
2 SPH-FEM耦合算法
射流冲击型动量定律实验装置由如下部分组成: ①水箱;②动力装置(泵-电机模块);③流量计量装 置;④射流发生器;⑤圆形平板；⑥底座；⑦检测装置 (传感器和数显表)，具体如图1 ( a)所示。射流冲击过 程所涉及的结构如图1 ( b)所示,其中包含圆形平板、 电阻式应变传感器、底座及若干连接件;圆形平板通过
变形图。结果表明，圆形平板和传感器在非射流冲击方向上的不规则振动能会导致测量误差，依据横向效应理论和位移
响应比构建的测量误差预测方法可行、有效，不规则振动引发测量误差的大小与位移响应比呈线性关系。
关键词：动量定律;射流冲击;SPH-FEM耦合算法;误差分析
中图分类号：TP69;TH703
文献标志码：A
SPH算法的基本逻辑是用一系列任意分布的粒子 来代替连续介质流体，通过粒子集合和插值核函数来
估算N-S方程的空间函数及其导数实现基本方程(计 算公式的转化，将原来同时含有时间和空间导数的偏
微分方程转化成只含有时间导数的方程 。SPH方法的 基础是核函数，通过对核函数的积分场函数近似，其表
达式如式(1)所示,在此基础上应用粒子对核近似方程 进行再近似,通过应用局部区域内相邻粒子对应的值 来叠加和取代函数及其导数积分形式 ,称为粒子近似,
间的作用关系。SPH算法是一种无网格方法，在处理材 料大变形、不连续介质动力学问题上优势明显，广泛应用
基于SPH与FEM的结构入水分析方法
基于SPH与FEM的结构入水分析方法作者：李上明来源：《计算机辅助工程》2018年第05期摘要：建立基于光滑粒子动力学（smoothed particle hydrodynamics， SPH）、有限元法（finite element method， FEM）和无反射边界耦合的结构入水分析方法，将无限水域利用无反射边界条件截断成有限水域，将有限水域分为流体变形大的SPH区域、流体变形小的FEM区域和声学流体FEM区域，结构用FEM离散。
采用通用接触算法模拟SPH与FEM的耦合，采用声固耦合方法处理FEM区域之间的耦合，建立流固耦合的SPH-FEM分析方法。
该方法结合SPH模拟大变形的优点和FEM的高效性，可实现含自由液面变形、液体飞溅和无限水域等特点的流固耦合问题的模拟，为结构入水分析缩小离散区域、降低自由度和SPH粒子数等提供一种有效的分析方法。
关键词：入水；流固耦合；SPH；SPH-FEM耦合中图分类号：O353.4；TB115.1文献标志码：B0 引言飞机水上迫降、返回舱水上回收等问题均可认为是结构入水问题。
结构入水常面临局部损坏、器件失灵、姿态失控等问题。
随着现代军事和航空、航海领域的发展，结构入水受到越来越多的关注。
随着计算机性能的提高和数值计算方法的发展，数值方法已成为模拟结构入水过程的主要手段之一。
张岳青等[1]利用基于有限元网格和ALE算法的流固耦合算法进行飞船返回舱入水分析，杨衡等[2]利用有限元与势流理论分析结构入水过程及其载荷情况。
与有限元网格类方法相比，光滑粒子动力学（smoothed particle hydrodynamics， SPH）方法[3]因其能有效模拟大变形、界面跟踪问题，可避免网格畸变等优点，被广泛应用于结构入水问题中。
OGER等[4]应用弱可压缩SPH方法模拟研究楔形体入水问题，分析结果逼近解析解和试验值。
SHAO[5]应用不可压缩SPH方法模拟结构入水问题。
基于SPH算法的高压水射流破岩机理数值模拟
石油钻杆运移机构起升臂设计及优化
闫成新，贺庆强．尹晓丽
（中国石油大学（华东）机电工程学院，山东东营２５７０６１）
摘要：对石油钻杆运移机构起升臂进行了结构设计，使用ＡＢＡＱＵＳ进行了有限元分析，并根据分
析结果对起升臂结构进行了优化设计。
关键词：钻杆运移；优化设计；有限元
中图分类号：ＴＥ９２１．２０２
文献标识码：Ａ
Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｏｏｎｇｙｉｎｇ ２５７０６１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ３－ｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｉｍｐａｃｔ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｂｙ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｊｅｔ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ＳＰＨ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏｒｙ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｗａｔｅｒ ｊｅｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｗｈｉｃｈ ａｇｒｅｅｓ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｇｏｏｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｎｏｚｚｌｅ ｆｏｒ ｏｉｌ ｗｅｌｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｊｅｔ；ｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ＳＰＨ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａ—
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③将高压水射流假定为理想不可压缩流体。
２ ． １ 模 型的建立 建模 过程 主要应用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ和 Ｌ Ｓ — Ｐ Ｒ Ｅ Ｐ Ｏ Ｓ Ｔ两 种软件 。 如图所示 ， 首先在 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ中用 建立水柱模 型（ Ｐ ａ ｒ ｔ
动荷载、柔性撞击 、大变形 、高应变率等特 点 ，为了合理地描述岩体非线性变形 、 损伤 及 破坏特 ｌ 生，计算 中岩体 采用 专用 于高应 变
率 、 大 变 形 下 的 混 凝 土 及 岩 石 模 拟 的
Ｊ ｏ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ — Ｃ ｏ ｏ ｋ 损伤本构模型。 在Ｊ ｏ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ — Ｃ ｏ ｏ ｋ 模型中， 屈服应力 ． ． 表
１ ） 、 地质体模型 （ Ｐ ａ ｒ ｔ ４ ） 、钻孔实体模型 （ Ｐ ａ ｒ ｔ ２ ） ，并采用布尔运算处理实体模型 ， 再进行网格划分，输
出 Ｋ文件。然后将 Ｋ文件导人 Ｋ Ｓ — Ｐ Ｒ Ｅ Ｐ Ｏ Ｓ Ｔ中，将地质体中心区域 １ ． ５ ｉ ｎ ｘ １ ． ５ ｍ× ５ ０ ｉ ｎ 部分 （ Ｐ ａ ｒ ｔ ３ ） 用
技 术做进一步 的推广 ，具有 重要 站基础处理过程中，需要在断层带上成孔、扩孔 ， 断层带上下为固结灌浆平洞 ，已开挖。但断 层带成份较为复杂 ，在断层裂隙之间夹杂有大量的强风化岩体 ，砂层 ，遇水断层物易软化 、泥化。为满足 工程需要 ，先在断层带上造孔 ， 孔径为 ３ ２ ０ ，孔深 ５ ０ ｍ ，再以 ３ ５ Ｍ Ｐ ａ 高压水射流对孔壁进行冲洗 ， 破碎
，
（ ａ ） 全图
（ ｂ） 上表 面局部 放大 图
图 Ｉ 实 体模 型
示 为
Ｏ＇
ｙ
＝
Ａ ＋ Ｂ ； ） （ １ ＋ Ｃ Ｉ ｎ ） （ １ 一 ）
为等 效塑 性应 变 ，
（ １ ）
＝ ／ 为 无量纲 的等效
一 一
其 中 ，Ａ 、 Ｂ、 、Ｃ和 ｍ均 为材 料 常数 ，由实 验确定 ，
孔 壁岩体 ，以达到扩孔 的作 用 。为 了分 析高压水 射流处理 效果 ，并结合 工程实 际情 况 ，取 断层 所在长 Ｘ宽 ×高＝ １ ７ Ｉ ｎ× ４ ｍ× ５ ０ ｍ作 为主要 研究 区域 。
２ 数值模拟
考虑到高压水射流碎岩过程的复杂性 ，在不影响问题分析的基础上对实际情况作如下简化： ①将半无限大的岩体简化成无反射边界的有限岩体 ；
高压旋转水射流技术作为一 门新技术 ，目 前正越来越广泛地应用于石油 、 化工、冶金 、船舶 、航空 、 交通 、建筑等行业 ，用以清洗 、除垢 、切割、破岩等… 。在一定工作压力下 ，高水射流成孑 Ｌ 与普通钻头成 孔方式相比， 成孔速度快、碎岩效率高 ，可以有效地避免机械钻孔时出现的卡钻 、夹钻等现象。高压旋转 水射 流不但可 以钻孔 ， 还可 以扩孔 割缝 。 高 压水射 流扩孔技 术在 国内研究较 少 ， 主要应用 于煤矿 行业 中但 。
Ｓ Ｐ Ｈ粒子置换 。
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ — １ １ － ２ ０
基金项目：地质灾嵩防治与地质环境保护国家重点实验室 自ｄ ｛ 探索基金 （ Ｓ Ｋ Ｉ ＧＩ ２ ０ ０ ９ Ｚ ０ ０ ９） ｌ ｆ ￣ｇ ＇ ｉ Ｓ ｒ ：覃亮 （１ ９ ８ ８ 一） ，男 ，四川南 充人 ，硕士研 究生 ，主要 从事 地质工程 ，岩 土工程 和环境
第２ ９ 卷第 ３期
２ ０ １ ３ 年 ５月
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｑｉ ｑ ｉ ｈ ａ ｒ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖ ｏ １ ． ２ ９ ， Ｎ ｏ ． ３
Ｍａ ｙ ， ２ ０１ ３
基于 Ｆ Ｅ Ｍ ／ Ｓ Ｐ Ｈ耦合 的高压水射流扩孑 Ｌ 效果分析
方 面 的研究 ，ｑ ｉ ｎ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ １ ９ ８ ８ ． ｇ ｏ ｏ ｔ １ ＠１ ６ ３ ｎ ｌ ¨
第３ 期
基于 Ｆ Ｅ Ｍ／ Ｓ Ｐ Ｈ耦合 的高压水射流扩孑 Ｌ 效果分析
・ ３ ９・
２ ＿ ２ 控 制方 程
（ １ ）岩体 １ ）本构方 程 在高 压水射流作 用 下 ，岩体 具有瞬 时强
覃 亮 ，陈曦 阳 ，王世 军
（ １ ． 成都理工大学 地质灾 害防治与地质环境保护 国家重点实验室 ，成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ； ２ ． 中机三勘岩土工程有限公司 ，武汉 ４ ３ ０ ０ ３ ０ ；３ ． 四川省兴冶岩土工程检测有限责任公 司，成都 ６ １ ０ ０ ８ １ ）
摘要 ：结合工程实 际，运用有限单元法 （ Ｆ Ｅ Ｍ）和无 网格法 中光滑质点动力学方法 （ Ｓ Ｐ Ｈ） 耦合的数值计算方法 ， 对高压水射流扩孔过程进行模拟 ，确定岩体破碎 区半径 ，分析高压水射流扩孔效果 。分析结果 表明高压水射流扩 孔效果明显， 可用来指导高压水射流扩孔技术的进一步研 究及应用。 关键词 ：高压水射流 ；扩孔 ；数值模拟 ；Ｓ Ｐ Ｈ 中图分类号 ：Ｔ Ｐ６ ９ ；Ｔ Ｅ ２ ４ ８ 文献标 志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ７ — ９ ８ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ３ ８ — ０ ４
有 限单元法 （ Ｆ Ｅ Ｍ ）在计算 连续介 质 的力学变形 问题 时 比无 网格法具 有更高 的效率 ；而无 网格法方法
在模拟大变形 、不连续介质动力问题时有较大的优势。为了将两者的优势结合起来 ， 最大限度地发挥两种 方法的优点 ， 在研究区域内的小变形区域或小变形阶段使用有限单元方法 ，而在网格发生畸变或者大变形 的区域使用 Ｓ Ｐ Ｈ法。本文利用 Ｆ Ｅ Ｍ ／ Ｓ Ｐ Ｈ耦合的数值模拟方法 ，分析高压水射流扩孑 Ｌ 效果 ， 对高压水射流