基于磨料动能和浓度的后混合磨料水射流全局模拟研究
来源：振动与冲击杂志2025年第7期北京时间：
作者：李震，李斌079，王广，乔志忠，孙恒阳，雷曌
单位：1.内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古 包头014010；2.合肥水泥研究设计院有限公司，合肥230051
摘要：通过SPH-DEM-FEM耦合算法建立了后混合磨料水射流混合加速到切削工件的全局模拟模型。研究采用磨料动能和磨料浓度作为中介变量，分析了AWJ参数对切削深度、混砂管应力以及能量转换率的影响。实验设计涵盖了不同横移速度和磨料流量条件下的切削深度数据，以验证模型的可靠性。结果表明：混合流动过程可以划分为四个阶段；在稳定阶段，水流速度呈现特定的变化趋势，而磨料表现出两种加速规律，水和磨料颗粒从混砂管喷出时速度基本一致。混砂管应力主要集中在过渡段和出口处；在相同粒径条件下，切削深度和出口应力与磨料动能呈非线性正相关；在相同磨料注射角和磨料密度条件下，过渡段应力受磨料浓度和动能的复合影响。此外，研究还确定了使工件切削深度最大化的最优磨料流量、粒径和密度，并对其相关性进行了分析；同时发现，磨料注射角度为90°，混砂管收敛角为20°能够有效减少过渡段应力，同时保证磨料动能不受影响。研究结果为磨料水射流参数优化提供了一定理论支持。<br>
关键词：能量转化率；磨料动能；磨料浓度；混砂管应力；切削深度
