淹没磨料水射流对花岗岩的冲蚀研究

邵飞等　磨料水射流抛光技术及其发展磨料水射流抛光技术及其发展邵飞,刘洪军,马颖(兰州理工大学有色金属新材料重点实验室,甘肃兰州730050) [摘　要]　磨料水射流抛光技术是应用于表面抛光加工的新技术。

利用含有细小磨料粒子的抛光液在高压作用下,与工件表面发生冲击、冲蚀而微去除材料,以达到抛光目的。

论述了磨料水射流抛光技术的基本原理和特点,以及影响抛光效果的主要工艺参数,并对其发展趋势进行了展望。

[关键词]　磨料水射流;表面抛光;磨料;工艺参数[中图分类号]TG175;TP69 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2007)03-0064-03Polish i n g Techn i ques and D evelop m en t of Abra si ve W a ter JetSHAO F ei,L I U H ong 2jun,M A Ying(Key lab .of Advanced Non 2ferr ousMaterials,Lanzhou University of Science and Technol ogy,Lanzhou 730050,China )[Abstract]　Polishing technique of abrasive water jet (AWJ )is an advance p r ocess which can be app lied t o sur 2face polishing .It makes use of high p ressure liquid which has tiny abrasive t o for m an effect of i m pact and er osi on on work 2p iece for polishing pur pose .The postulate and s pecialty of AWJ were summarized .The mostly technique para meters were illum inated .The tenydency of AWJ was vie wed .[Key words]　Abrasive water jet;Surface polishing;Abrasive;Pr ogress para meter0　引　言[收稿日期]2006-11-31[作者简介]邵飞(1976-),男,江苏宜兴人,在读硕士,主要从事S LA 原型表面处理的相关技术研究。

水射流技术的研究现状作者：李长航来源：《硅谷》2010年第12期摘要: 水射流加工技术近年来得到迅速的发展。

它具有无热影响,加工力小,多功能等特点,已被越来越多地应用于清洗和切削加工中。

综述水射流技术的发展现状,以及在工业中的应用。

关键词: 水射流;发展;应用中图分类号:TG5文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0620027-010 前言很久之前人们就知道了“水滴石穿”的威力,慢慢对水能加以利用。

而高压水射流是近几十年来得以迅速发展的一项新技术,作为清洗、切割、破碎工具,水射流具有其独特的优越性。

高压水射流是以水为工作介质,通过增压设备和特定形状的喷嘴产生高速射流束,具有极高的能级密度。

而随着一些新型射流如脉冲射流、空化射流和磨料射流的相继出现,大大提高了其切割、剥离、破碎能力,更进一步拓宽了水射流技术的应用范围,可用于清洗、清理、切割、注水钻孔、喷雾、破碎、研磨等作业,具有清洁、无热效应、能量集中、易于控制、效率高、成本低、操作安全方便等特点,广泛应用在轻工、机械、建筑、采矿、石油、化工、核能、军工、航天、航空、汽车、铁道、船舶、海洋、冶金、市政工程以及医学等部门。

特别适宜于自然环境恶劣、工作危险等场合作业,能大大减轻劳动强度、改善劳动环境、降低和防止危险事故的发生。

1 水射流技术的发展自十九世纪中叶人们第一次采用高压水射流采矿以来,人们开始对水射流技术产生了浓厚的兴趣,高压纯水射流的研究和应用得到很大的发展。

高压纯水射流利用高速水束的动能,主要应用于各种清洗作业中,而其切割加工能力有限,只适用较软的材料,如纸、食品、布、橡胶、木版、皮革、泡沫塑料、碳纤维织物等材料的切割。

近年来,国际上出现的超高压(主泵压力280mPa,功率149～224kW)纯水自动爬壁除锈设备已成功进入船舶及大型罐槽作业的商业化应用,以真空吸去锈渣和水分,即除即干,除锈速度高且质量好。

20世纪80年代后,为提高射流的总体冲击效果,相继出现了以脉冲射流、空化射流和磨料射流等为代表的高效射流。

第２６卷第１期２０１９年２月工程设计学报C h i n e s e J o u r n a l o fE n g i n e e r i n gD e s i gn V o l ．２６N o ．１F e b ．２０１９收稿日期:２０１８Ｇ０１Ｇ２３本刊网址 在线期刊:h t t p ://w w w．z j u j o u r n a l s ．c o m /g c s jx b 基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１５７５２３７);装备预研教育部联合基金资助项目(６２５０１０３６０３５)作者简介:王志敏(１９９２ ),男,安徽宿州人,硕士生,从事射流加工技术研究,E Ｇm a i l :w a n g z m ７９０６＠１６３．c o m ,h t t ps ://o r c i d ．o r g//００００Ｇ０００１Ｇ６３０８Ｇ７７０３通信联系人:武美萍(１９７０ ),女,山西太原人,教授,博士,从事复杂装备智能化设计与制造研究,E Ｇm a i l :８０４８５０４８＠q q．c o m d o i :１０．３７８５/j．i s s n ．１００６Ｇ７５４X．２０１９．０１．０１１磨料水射流对脆性材料的冲蚀研究王志敏１,武美萍１,２,魏晶晶１(１．江南大学机械工程学院,江苏无锡２１４１２２;２．江苏省食品先进制造装备技术重点实验室,江苏无锡２１４１２２)摘㊀要:磨料水射流技术作为一种特种加工技术,具有无刀具接触㊁无热影响区和加工范围广等优势,在众多领域得到应用.为了探究磨料水射流对脆性材料的冲蚀效果,构建和设计了磨料水射流外流场冲蚀仿真模型与磨料水射流冲蚀实验.以３０mmˑ５０mm 的喷嘴外流场域为计算域,建立磨料水射流冲蚀仿真模型,并分析射流冲蚀过程中压力分布㊁水与磨料的速度分布及它们在射流中心线上的衰减规律.通过对氧化铝陶瓷材料的冲蚀实验,分析工艺参数对冲蚀孔径的影响,并结合仿真结果对比分析了射流束宽度与冲蚀孔径的关系.结果表明:水的速度随着喷嘴距离的增大而减小且分布范围变宽,射流宽度呈线性增大,磨料速度随喷嘴距离的增大而减小且分布范围基本不变;射流中心线上水的速度与磨料速度呈三段式衰减,水的第１段速度衰减段长度比磨料的长,但水的第２段速度衰减段长度比磨料的短;射流束能量的有效利用部分逐渐减小,但在１５~２５mm 的靶距范围内其有效利用部分较稳定,为４０％;冲蚀孔径随喷嘴距离增大呈线性增大.研究结果为磨料水射流切割㊁铣削及抛光加工的参数选择提供实验依据,同时为磨料水射流加工过程仿真提供参考.关键词:磨料水射流;冲蚀性能;速度分布;衰减;冲蚀孔径中图分类号:T H１６㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:１００６Ｇ７５４X (２０１９)０１Ｇ００７９Ｇ０８S t u d y o n e r o s i o no f a b r a s i v ew a t e r je t o nb r i t t l em a t e r i a l s WA N GZ h i Ｇm i n １,WU M e i Ｇp i n g １,２,W E I J i n g Ｇj i n g１(１．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,J i a n g n a nU n i v e r s i t y,W u x i ２１４１２２,C h i n a ;２．J i a n g s uK e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e dF o o d M a n u f a c t u r i n g E q u i p m e n t&T e c h n o l o g y,W u x i ２１４１２２,C h i n a )A b s t r a c t :A b r a s i v ew a t e r j e t t e c h n i q u e i s a s p e c i a l p r o c e s s p o p u l a r i z e d a n d a p p l i e d i nm a n y fi e l d s d u e t o i t s a d v a n t a g e s l i k en o t o o l c o n t a c t ,n oh e a t Ｇa f f e c t e dz o n ea n dh i g h m a c h i n i n g v e r s a t i l i t y,e t c ．I no r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e e r o s i o n e f f e c t o nb r i t t l em a t e r i a l s ,t h e e r o s i o n s i m u l a t i o nm o d e l o f a b r a s i v ew a t e r j e ta to u t e r f l o wf i e l da n da b r a s i v ew a t e r j e te r o s i o ne x p e r i m e n tw e r ed e s i gn e d ．T h e a b r a s i v ew a t e r j e t e r o s i o ns i m u l a t i o n m o d e lw a s s e tu p ba s e do nt h e３０mmˑ５０mm o u t e r f l o wf i e l do f t h en o z z l e ．T h e d i s t r ib u t i o no f p r e s s u r e ,v e l oc i t y o fw a t e r a nd a b r a s i ve a n d t h e i r a t Ｇt e n u a t i o n l a wo n t h e c e n t e r l i n e of j e t i n t h e e r o s i o n p r o c e s sw e r e f u l l y a n a l y z e d ．T h r o u gh t h e e r o Ｇs i o n t e s t o f a l u m i n a c e r a m i cm a t e r i a l ,t h e i n f l u e n c e o f p r o c e s s p a r a m e t e r s o n t h e e r o s i o nh o l e d i Ｇa m e t e rw a s a n a l y z e d a sw e l l ．C o m b i n i n g w i t h t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s ,t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n j e t b e a m w i d t ha n d e r o s i o nh o l e d i a m e t e rw a s c o m p a r e d a n d a n a l yz e d ．T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e w a t e r v e l o c i t y d e c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s e o f n o z z l e d i s t a n c e a n d t h e d i s t r i b u t i o n r a n ge b e c a m ew i Ｇd e r ,a n d t h ew i d t hof j e t i n c r e a s e d l i n e a r l y ．T h e a b r a s i v ev e l o c i t y d e c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo f n o z z l e d i s t a n c ew h i l e t h e d i s t r i b u t i o nw i d t hw a s a l m o s t u n c h a ng e d ．Th e v e l o ci t y ofw a t e r a n d a b Ｇr a s i v e o n t h e c e n t e r Ｇl i n e o f j e t s h o w e d t h r e e Ｇs t a g e a t t e n u a t i o n ．D u r i n g t h e f i r s t s t a g e ,t h e l e n gt h o f t h e v e l o c i t y a t t e n u a t i o n s e c t i o no fw a t e rw a s l o n g e r t h a n t h a t o f a b r a s i v e ,b u t d u r i n g th e s e c Ｇo n do n e ,t h e l e n g t ho f t h e v e l o c i t y at t e n u a t i o n s e c t i o no fw a t e rw a s s h o r t e r t h a n t h a t o f a b r a s i v e ．I na d d i t i o n ,t h ee f f e c t i v eu t i l i z a t i o no f j e te n e r g y d e c r e a s e d g r a d u a l l y ．H o w e v e r ,i nt h et a r g e t r a n g e o f １５~２５mm ,t h e e f f e c t i v eu t i l i z a t i o n p a r tw a sm o r e s t a b l e a t a r o u n d４０％,a n d t h e e r o Ｇs i o nh o l e d i a m e t e r i n c r e a s e d l i n e a r l y w i t h t h e n o z z l e d i s t a n c e i n c r e a s i n g．T h e r e s e a r c h r e s u l t s c a n p r o v i d e e x p e r i m e n t a l b a s i s f o r t h e p a r a m e t e r s e l e c t i o no f a b r a s i v ew a t e r j e t c u t t i n g ,m i l l i n g a n d p o l i s h i n g ,a n d p r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e s i m u l a t i o no f a b r a s i v ew a t e r j e tm a c h i n i n g．K e y w o r d s :a b r a s i v ew a t e r j e t ;e r o s i o n p e r f o r m a n c e ;v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n ;a t t e n u a t i o n ;e r o s i o n h o l e d i a m e t e r㊀㊀影响磨料水射流(a b r a s i v ew a t e r je t ,AW J )加工质量㊁加工效率及其经济性的因素很多,总的来说可以分为５类,分别为磨料参数㊁切削参数㊁流体参数㊁混合与加速参数以及工件参数[１Ｇ２],具体如图１所示.但是在实际加工过程中,受到设备㊁工件和磨料等确定参数的限制,不会涉及这５类参数中所有因素的改变.因此,磨料水射流的加工质量取决于泵压㊁移动速度㊁靶距和磨料流量等主要参数影响下的射流冲蚀性能.图１㊀磨料水射流加工性能的影响因素F i g ．１㊀I n f l u e n c i n g f a c t o r so f a b r a s i v ew a t e r j e tm a c h i n i n gpe r Ｇf o r m a n c e国内外许多学者在磨料水射流流场仿真方面进行了研究,如:J u n k a r ㊁K u m a r 和A h m e d 等[３Ｇ５]分别利用有限元法分析了磨料水射流加工中单颗粒与多颗粒冲蚀过程及颗粒的冲蚀特性;W a n g ㊁F e n g等[６Ｇ７]运用S P H (s m o o t h e d p a r t i c l e h y d r o d y n a m i c s ,光滑粒子流体动力学)法数值模拟了磨料水射流冲蚀过程与颗粒的加速过程;N i e 等[８]对前混合喷嘴流场进行了数值模拟;孙艳斌等[９]利用神经网络建立了硬质合金的切割深度模型;刘力红等[１０]数值模拟了前混合磨料水射流的运动情况;D e a m 等[１１]建立了磨料水射流的切割模型并进行了实验,将材料加工过程可视化,模拟结果与实验结果的吻合性较好.也有学者对磨料水射流抛光喷嘴的流场进行了仿真分析,并对比了不同结构喷嘴的射流特性,如:龙新平等[１２]分析了喷嘴内部流场与颗粒运动情况;左伟芹等[１３]利用迭代算法对喷嘴内磨料颗粒的加速情况作了探讨;D e e pa k 等[１４]数值模拟了不同形状喷嘴对射流参数的影响.在磨料水射流加工中,磨料与水的混合及两者之间的碰撞磨损使喷嘴内磨料的加速机制及磨料与水的混合过程变得复杂,通过实验对单颗粒与多颗粒冲蚀过程进行定性或定量分析难度大,因此应该关注喷出后射流束的冲蚀性能,即不同喷嘴距离下射流束的冲蚀性能及其中心线上的压力与速度的衰减规律.本文基于F l u e n t 对磨料水射流外流场的冲蚀过程进行仿真,分析射流的压力分布㊁速度分布及射流束中心线上压力与速度的衰减规律,并结合冲蚀实验分析工艺参数对冲蚀孔径的影响规律,最后联合仿真与实验结果综合分析磨料水射流的冲蚀性能及其衰减规律,以期为磨料水射流切割㊁铣削及抛光加工的参数选择提供实验依据,同时为磨料水射流加工过程的仿真提供参考.１㊀磨料水射流冲蚀性能仿真分析１．１㊀水和磨料的控制方程磨料水射流冲蚀过程中水与磨料的速度均为超音速,考虑到颗粒之间存在相互碰撞作用,因此选择E u l e r 模型,连续性方程与动量方程为其控制方程[１５].冲蚀过程的数值模拟涉及水和磨料颗粒两相,因此第i 相的连续方程为[１６]:∂(αi ρi )∂t ＋Ñ (αi ρi v i )＝ð２j ＝１m j i ㊀(i ＝１,２)(１)式中:αi 为第i 相的体积分数;ρi 为第i 相的密度;v i 为第i 相的速度;m j i 为水和磨料颗粒两相间的质量传递,满足m j i ＝－m i j 和ð２j ＝１m j j ＝０.第i 相的动量方程为:∂∂t (αi ρi v i )＋Ñ (αi ρi v i )＝－αi Ñp ＋Ñ τi ＋F ＋ ０８ 工㊀程㊀设㊀计㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀第２６卷αi ρi (F i ＋F l i f t ,i ＋F V m ,i )(２)式中:τi 为第i 相的压力应变张量,τi ＝αi v i (Ñv i ＋v Ti )＋v i (λi －２/３μi )Ñ v i I ;μi ㊁λi 为第i 相的剪切黏度㊁体积黏度;p 为两相共享的压强;F 为水和磨料两相间的作用力,F i 为第i 相的受力,F l i f t ,i 为第i 相的升力,F V m ,i 为第i 相的虚拟质量力.为了使动量方程封闭,水和磨料颗粒两相间的作用力F 为:F ＝ð２i ＝１F i j ＋ð２i ＝１m i j v i j ()(３)ð２i ＝１F ij ＝ð２i ＝１K i j (v i －v j )(４)式中:K i j ＝K ji ,为相间动量交换系数,F j i 为第j 相对第i 相的作用力,F i j ＝－F j i ,F i i ＝０;v i j 是相间速度,且有:当ð２i ＝１m i j ＞０时,v i j ＝v i ;当ð２i ＝１m i j ＜０时,v i j ＝v j 和v i j ＝v ji .可实现的k Ｇε模型的湍流动能及其耗散率方程[１７]为:ρd k d t ＝∂∂x j μ＋μt σk æèçöø÷∂k ∂x j éëêêùûúú＋G k ＋G b －ρε－Y M (５)ρd εd t ＝∂∂x jμ＋μt σεæèçöø÷∂ε∂x j éëêêùûúú＋ρC １S ε－ρC ２ε２k ＋v ε＋C １εkC ３G b (６)式中:C １＝m a x ０．４３,ηη＋５éëêêùûúú,η＝S k ε;G k 为平均速度梯度导致的湍动能;μ为流体的黏度;μt 为湍动流黏度;ρ为流体的密度;v 为流体的速度;k 为湍动能;ε为湍动能耗散率;S 为源相;G b 为浮力导致的湍动能;Y M 为可压缩湍流脉动扩张对总耗散率的影响;C ２㊁C ３为常数;σk ㊁σε分别为湍流动能和湍流普朗特数(耗散率).在F l u e n t 中,取推荐值:C ３＝１．４４,C ２＝１．９,σk ＝１．０,σε＝１．２.对于混合相,其连续方程为:∂∂t ρm ＋Ñ(ρmv m )＝ð２i ＝１m (７)式中:ρm 为混合相密度;ð２i ＝１m 为单位长度相间质量交换率;v m 为混合相速度,v m ＝ð２i ＝１αiρi v i ρm,ρm ＝ð２i ＝１αi ρi.综合水相和颗粒相的动量方程可以得到混合相的动量方程:∂(ρmv m )∂t＋Ñ (ρmv m )＝－Ñp m ＋Ñμm (Ñv m ＋Ñv Tm)[]＋ρm g ＋T ＋Ñð２i ＝１αi ρi v d r ,i ()(８)式中:T 为体积力;μm 为混合相黏度;p m 为混合相压强;v d r ,i 为第i 相的飘逸速度.１．２㊀磨料水射流冲蚀模型与参数设置以射流出口处为基准,计算流体域是３０mmˑ５０mm 的喷嘴外流场域,磨料水射流冲蚀计算域模型如图２所示,沿射流方向设置了距射流出口分别为１０,１５,２０,２５和３０m m 的横截面,以探究射流束在不同喷嘴距离下的冲蚀性能.划分网格并检查网格质量,网格质量柱形图如图３所示,以单元网格纵横比为０．９５~１的高质量网格为主,因此,模型的网格质量能够满足仿真计算要求.图２㊀磨料水射流冲蚀计算域模型F i g ．２㊀M o d e l o f a b r a s i v ew a t e r j e t e r o s i o nc o m pu Ｇt a t i o nd o ma i n图３㊀冲蚀模型网格质量柱形图F i g ．３㊀M e s h q u a l i t y h i s t o gr a mo f e r o s i o nm o d e l 仿真时,F l u e n t 求解器选择基于压力求解器,计算模型选择E u l e r 多相流模型,选择液相为水㊁固相为磨料颗粒的二相流,设置水为主相㊁磨料颗粒为次相.系统压力为２００M P a 时喷嘴出口处水的速度为４４４．６１９５m /s ,磨料速度为４０３．３８５９m /s,水的密度为９９８k g/m ３;喷嘴直径即为冲蚀模型的入１８ ㊀第１期㊀㊀㊀㊀王志敏,等:磨料水射流对脆性材料的冲蚀研究口直径,为０．７mm ;磨料为８０目的石榴石,磨料体积比为０．１,密度为２８８０k g/m ３,粒径为０．１８mm ;左右两边与上边的边界设置为外流场域出口,底边设置为壁面,入口处的左右两边为喷嘴的边界,设置为入口壁面,选择标准壁面函数进行计算;入口类型设置为速度入口,出口类型设置为压力出口.其他参数选择系统默认值.１．３㊀冲蚀模拟结果与分析磨料水射流冲蚀过程中射流沿程上的压力分布和不同喷嘴距离横截面上的压力分布如图４所示.由图４(a )可知,在射流沿程上,其压力呈现出不同程度的衰减.由图４(b )可知,中心线上的最大压力衰减较快,压力分布范围逐渐变宽;在喷嘴距离为３０mm 的横截面上出现了压力反向变化的趋势,其射流压力均明显高于２５mm 处,这是因为３０mm 处横截面靠近工件表面,射流冲击到工件表面后反射形成的对流使该处的压力升高.图４㊀磨料水射流冲蚀过程中的压力分布F i g．４㊀P r e s s u r e d i s t r i b u t i o n i n t h e e r o s i o n p r o c e s s o f a b Ｇr a s i v ew a t e r je t 磨料水射流冲蚀过程中水与磨料的速度分布如图５所示.在磨料水射流冲蚀过程中,水与磨料的速度变化及其分布形态不尽相同.水的速度衰减明显,形态呈三角形,射流起始段呈倒三角形且长度较短,射流基本段呈 V 形,射流基本段长度比起始段稍长.磨料颗粒速度保持性较好,以较高的速度对工件材料表面进行冲蚀,然后磨料颗粒向四周扩散与反射,磨料的速度分布形态呈 玻璃温度计 形.图５㊀磨料水射流冲蚀过程中水与磨料的速度分布F i g ．５㊀V e l o c i t y di s t r i b u t i o n o fw a t e r a n d a b r a s i v e i n t h e e Ｇr o s i o n p r o c e s s o f a b r a s i v ew a t e r je t 磨料水射流冲蚀过程中不同喷嘴距离横截面上水和磨料的速度分布如图６所示.在不同喷嘴距离横截面上,水与磨料的速度衰减各异.水的速度衰减是随着喷嘴距离的增大而减缓,但分布范围增大,这致使射流中水的能量分散,削弱了水的冲蚀能力;磨料速度衰减是随着喷嘴距离的增大而减缓,速度分布范围基本不变,可见磨料对工件材料有较强的冲蚀能力.至磨料水射流稳定后,射流压力在中心轴线上呈线性衰减,且衰减速度较快,在距射流出口１０m m 处衰减至常压,如图７所示.对于混合相中的水,其速度衰减过程大致分为３个阶段:快速衰减段㊁缓慢衰减段和急剧衰减段,快速衰减段长度约为１３mm ㊁２８ 工㊀程㊀设㊀计㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀第２６卷图６㊀磨料水射流冲蚀过程中不同喷嘴距离横截面上水和磨料的速度分布F i g ．６㊀V e l o c i t y di s t r i b u t i o n o fw a t e r a n d a b r a s i v e o n c r o s s s e c t i o n w i t h d i f f e r e n t n o z z l e d i s t a n c e s i n t h e e r o s i o n p r o c e s s o f a b r a s i v ew a t e r je t 速度衰减约一半,缓慢衰减段长度约为２５mm ,急剧衰减段长度约为７mm ㊁速度衰减至０m /s .对于混合相中的磨料,其速度衰减过程大致可以分为３个阶段:初始衰减段㊁快速衰减段和急剧衰减段,在初始衰减段上磨料速度保持着射出时的高速,初始阶段长度约为３m m ,第２段为快速衰减段,呈直线式衰减,长度约为３６m m ,第３段为急剧衰减段,长度约为６m m ,在壁面位置处磨料速度衰减至０m /s.射流中心线上水和磨料的速度分布如图８所示.图７㊀磨料水射流在射流中心线上的压力分布F i g．７㊀P r e s s u r ed i s t r i b u t i o no fa b r a s i v ew a t e r j e to nt h e c e n t e r l i n e o f jet 图８㊀射流中心线上水和磨料的速度分布F i g ．８㊀V e l o c i t y di s t r i b u t i o no fw a t e ra n da b r a s i v eo nt h e c e n t e r l i n e o f je t ㊀㊀分析仿真结果可知,在射流压力为２００M P a 的冲蚀条件下,射流束在不同喷嘴距离处的宽度呈线性变化,如图９所示,回归方程为y ＝０．８１４０＋０．３９１９x (x 为喷嘴距离,y 为射流束宽度),拟合度为０．９９９６,当喷嘴距离为０mm 时,射流宽度为０．８１４０mm ,实验使用的喷嘴直径为０．７mm ,表明模型分析结果具有参考意义.图９㊀射流压力为２００M P a 时射流束宽度变化曲线F i g ．９㊀C h a n g e c u r v e o f je t b e a m w i d t hw i t h j e t p r e s Ｇs u r e of ２００M P a２㊀磨料水射流冲蚀性能实验研究２．１㊀实验设备采用型号为DW J ３０２０ＧB B ＧX ５的五轴数控水射３８ ㊀第１期㊀㊀㊀㊀王志敏,等:磨料水射流对脆性材料的冲蚀研究流加工机床进行冲蚀实验,如图１０所示,其中:高压系统为从美国KMT 公司全套原装进口的S T R E ＧAM L I N E T M S L ＧV５０P L U S 超高压系统,工作压力为５~４２０M P a ;供砂系统由美国KMT 公司设计制造,可自动控制砂的供应,保障磨料水射流加工过程的稳定性.图１０㊀D W J ３０２０ＧB B ＧX ５五轴数控水射流加工机床F i g ．１０㊀F i v e Ｇa x i sn u m e r i c a lc o n t r o lw a t e r j e t m a c h i n i n gm a c h i n e o fDW J ３０２０ＧB B ＧX ５２．２㊀实验材料与工艺参数设置磨料颗粒对磨料水射流的加工质量和加工效率等都有非常大的影响,因此,用于水射流加工的磨料需要有非常优良的特性.石榴石磨料具有硬度大㊁熔点高㊁耐酸碱㊁不吸水㊁环保无害以及性价比较高等特点,在国内外被广泛使用[１８].因此,本文实验选择８０目石榴石为磨料,氧化铝陶瓷材料(板状)为冲蚀目标工件,其主要性能参数如表１至表３所示.表１㊀石榴石磨料主要参数T a b l e １㊀M a i n p a r a m e t e r s o f g a r n e t a b r a s i v e 参数密度/(g /c m ３)莫氏硬度弹性模量/G P a 泊松比数值３．９６~４．１０７．４９~９．００２４８０．２７表２㊀氧化铝陶瓷材料成分及其质量分数T a b l e２㊀C o m po s i t i o n a n dm a s s f r a c t i o n o f a l u m i n a c e r a m i cm a Ｇt e r i a l 成分A l ２O ３F e ２O ３S i O ２N a ２OK ２O其他质量分数/％９９．７０．０２８０．０３０．０３５０．００２０．２０５实验中冲蚀倾角为０ʎ,即工件水平放置时,射流束与工件平面法向量平行;考虑到氧化铝陶瓷板的硬度较高,冲蚀实验的工艺参数设置如表４所示.对于各项的单因素冲蚀实验,选取各因素的中间工艺参数水平值为基准,即射流压力为２００M P a ㊁靶距为２０mm 和磨料流量为１２０g /m i n 为实验基准.表３㊀氧化铝陶瓷材料机械性能参数T a b l e３㊀M e c h a n i c a l p r o p e r t y pa r a m e t e r s o f a l u m i n a c e r a m i cm a Ｇt e r i a l 参数密度/(g/c m ３)维氏硬度/G P a 弹性模量/G P a 泊松比弯曲强度/M P a 抗压强度/M P a 数值３．８５１２３５００．２２４００２５００表４㊀磨料水射流冲蚀工艺参数设置T a b l e ４㊀A b r a s i v ew a t e r je t e r o s i o n p r o c e s s p a r a m e t e r s s e t Ｇt i n g 工艺参数参数水平冲蚀倾角θ/(ʎ)０射流压力p /M P a １００,１５０,２００,２５０,３００靶距S /mm１０,１５,２０,２５,３０磨料流量M /(g/m i n )４０,８０,１２０,１６０,２００２．３㊀实验结果与分析图１１为不同冲蚀工艺参数下磨料水射流的冲蚀孔径变化曲线.由图可知,冲蚀孔径随着靶距的增大呈现先近似线性增大后稳定的趋势,以靶距S ＝２５mm 为分界点,小于２５mm 时冲蚀孔径呈线性增大,大于２５mm 后呈稳定趋势,即磨料水射流束冲蚀工件时,其能量半径随着靶距的增大而增大,当靶距达到分界点时,射流束的能量半径趋于稳定.射流压力的变化对冲蚀孔径影响不大,不同射流压力下冲蚀孔径基本保持在３．２５mm ,这表明此时磨料水射流束的能量比较集中,在较大范围内能够保持冲蚀能力.磨料流量的变化对磨料水射流冲蚀孔径的影响也不显著,不同磨料流量下冲蚀孔径也基本保持在３．２５mm .３㊀磨料水射流冲蚀性能分析图１２为射流压力p ＝２００M P a㊁磨料流量M ＝１２０g /m i n 时磨料水射流冲蚀孔径与射流束宽度的比值随喷嘴距离的变化曲线.由图１１(a )可知:该冲蚀条件下,冲蚀孔径先增大后趋于稳定,这是因为喷出后的射流呈锥形,喷嘴距离越远,射流能量保持性越差,能量衰减越多,导致射流束的冲蚀能力越弱.但由图１２的冲蚀孔径与射流束宽度的比值的变化规律发现,该比值在喷嘴距离为１０mm 时较大,说明此处射流束能量的有效利用部分较高,为５０％;在喷嘴距离为３０mm 时较小,说明此处射流束能量的有效利用部分较低,为３０％;在喷嘴距离为１５~２５mm 时,其比值基本保持不变,说明该范围内射流束能量的有效利用部分较稳定,为４０％. ４８ 工㊀程㊀设㊀计㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀第２６卷图１１㊀不同工艺参数下磨料水射流的冲蚀性能F i g．１１㊀E r o s i o n p e r f o r m a n c e o f a b r a s i v ew a t e r j e t u n d e rd i f fe r e n t p r o c e s s p a r a m e t e r s研究结果为磨料水射流的切割㊁铣削及抛光等加工提供了参考.４㊀结㊀论为了探究磨料水射流对脆性材料的冲蚀效果,以氧化铝陶瓷材料为目标工件,进行了磨料水射流外流场冲蚀仿真与磨料水射流冲蚀氧化铝陶瓷实验,得到的结论如下:１)由冲蚀过程仿真结果可知射流束中水与磨料的速度分布规律不同,水的速度随着喷嘴距离的增大而减小且分布范围变宽,射流宽度呈线性增大,磨料速度随喷嘴距离的增大而减小且分布范围基本图１２㊀磨料水射流冲蚀孔径与射流束宽度的比值(p＝２００M P a,M＝１２０g/m i n)F i g．１２㊀R a t i o o f a b r a s i v ew a t e r j e t e r o s i o nd i a m e t e r t o j e tb e a m w i d t h(p＝２００M P a,M＝１２０g/m i n)不变.２)射流中心线上,射流压力在距喷嘴１０mm处衰减至常压,水和磨料的速度均呈三段式衰减,水的第１段速度衰减段长度比磨料的长,水的第２段速度衰减段长度比磨料的短.３)冲蚀孔径随喷嘴距离的增大呈线性增大;射流束能量的有效利用部分随着喷嘴距离的增大而逐渐减小,在喷嘴距离为１５~２５mm范围内其有效利用部分较稳定,为４０％.参考文献:[１]P A R I K HP J,L A MSS．P a r a m e t e r e s t i m a t i o n f o r a b r a s i v e w a t e r j e tm a c h i n i n gp r o c e s su s i n g n e u r a l n e t w o r k s[J]．T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f A d v a n c e d M a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２００９,４０(５):４９７Ｇ５０２．[２]K E C HA G I A S J,P E T R O P O U L O SG,V A X E V A N I D I S N．A p p l i c a t i o no fT a g u c h i d e s i g nf o r q u a l i t y c h a r a c t e rＧi z a t i o no fa b r a s i v e w a t e r j e t m a c h i n i n g o fT R I Ps h e e t s t e e l s[J]．T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fA d v a n c e d M a n uＧf a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２０１２,６２(５/８):６３５Ｇ６４３．[３]J U N K A R M,J U R I S E V I C B,F A J D I G A M,e t a l．F i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s o f s i n g l eＧp a r t i c l e i m p a c t i na b r aＧs i v ew a t e r j e tm a c h i n i n g[J]．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I mＧp a c tE n g i n e e r i n g,２００６,３２(７):１０９５Ｇ１１１２．[４]K UM A R N,S H U K L A M．F i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s o f m u l t iＧp a r t i c l e i m p a c t o n e r o s i o n i n a b r a s i v ew a t e r j e tm a c h iＧn i n g o f t i t a n i u ma l l o y[J]．J o u r n a l o f C o m p u t a t i o n a l a n dA pＧp l i e dM a t h e m a t i c s,２０１２,２３６(１８):４６００Ｇ４６１０．[５]A HM E DD H,N A S E RJ,D E AM RT．P a r t i c l e s i m p a c t c h a r a c t e r i s t i c s o n c u t t i n g s u r f a c e d u r i n g t h e a b r a s i v ew aＧt e r j e tm a c h i n i n g:n u m e r i c a l s t u d y[J]．J o u r n a l o fM a t eＧr i a l sP r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,２０１６,２３２(１):１１６Ｇ１３０．[６]WA N GJ,N A G,G O N G W．A b r a s i v ew a t e r j e tm a c h iＧn i n g s i m u l a t i o n b y S P H m e t h o d[J]．I n t e r n a t i o n a l５８㊀第１期㊀㊀㊀㊀王志敏,等:磨料水射流对脆性材料的冲蚀研究J o u r n a l o fA d v a n c e d M a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２０１０,５０(１/４):２２７Ｇ２３４．[７]F E N G Y,WA N GJ,L I U F．N u m e r i c a ls i m u l a t i o no f s i n g l e p a r t i c l e a c c e l e r a t i o n p r o c e s s b y S P Hc o u p l e dF E M f o r a b r a s i v ew a t e r j e t c u t t i n g[J]．J o u r n a l o f S h a n d o n g UＧn i v e r s i t y,２０１２,５９(１/４):１９３Ｇ２００．[８]N I EB,M E N GJ,J IZ．N u m e r i c a l s i m u l a t i o no nf l o w f i e l do f p r eＧm i x e da b r a s i v ew a t e r j e tn o z z l e[C]//２００８A s i aS i m u l a t i o nC o n f e r e n c eＧ７t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n S y s t e m S i m u l a t i o n a n d S c i e n t i f i c C o m p u t i n g, B e i j i n g,O c t．１０Ｇ１２,２００８．[９]孙艳斌,关砚聪,宋金来,等．磨料水射流切割YW１硬质合金深度预测模型[J]．硬质合金,２０１６,３３(４):２２３Ｇ２２９．S U N Y a nＧb i n,G U A N Y a nＧc o n g,S O N GJ i nＧl a i,e t a l．R eＧs e a r c ho nd e p t h p r e d i c t i o nm o d e l o fA W Jc u t t i n g h a r d a l l o y Y W１[J]．C e m e n t e dC a r b i d e,２０１６,３３(４):２２３Ｇ２２９．[１０]刘力红,曹寒冰．基于F l u e n t的前混合磨料水射流高压管道流场的数值模拟[J]．长春理工大学学报(自然科学版),２０１４,３７(５):７７Ｇ８０．L I U L iＧh o n g,C A O H a nＧb i n g．N u m e r i c a l s i m u l a t i o no f h i g h p r e s s u r e p i p e l i n e f l o wf i e l d i n p r eＧm i x e da b r a s i v ew a t e r j e tw i t h f l u e n t[J]．J o u r n a l o f C h a n g c h u nU n i v e rＧs i t y o fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y(N a t u r a lS c i e n c eE d iＧt i o n),２０１４,３７(５):７７Ｇ８０．[１１]D E AM RT,L E MMAE,A HM E DD H．M o d e l l i n g o f t h e a b r a s i v ew a t e r j e t c u t t i n gp r o c e s s[J]．W e a r,２００４,２５７(９):８７７Ｇ８９１．[１２]龙新平,刘琦,阮晓峰,等．后混式磨料射流喷嘴内部流场模拟及分析[J]．排灌机械工程学报,２０１６,３４(８):６８６Ｇ６９２．L O N G X i nＧp i n g,L I U Q i,R U A N X i a oＧf e n g,e ta l．N u m e r i c a l a n a l y s i so f t h e i n t e r n a l f l o wo f a b r a s i v ee nＧt r a i n e dw a t e r j e t n o z z l e[J]．J o u r n a l o f D r a i n a g e a n d I r r iＧg a t i o n M a c h i n e r y E n g i n e e r i n g,２０１６,３４(８):６８６Ｇ６９２．[１３]左伟芹,王晓川,郝富昌,等．基于迭代算法的磨料颗粒加速机制研究[J]．中国石油大学学报(自然科学版),２０１６,４０(４):１０４Ｇ１０９．Z U O W e iＧq i n,WA N G X i a oＧc h u a n,HA O F uＧc h a n g, e t a l．R e s e a r c h o n a c c e l e r a t i o nm e c h a n i s mo f a b r a s i v e i n p r eＧm i x e d a b r a s i v e w a t e rＧj e t b a s e d o n i t e r a t i v e a l g o r i t h m[J]．J o u r n a l o f C h i n aU n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m(E d i t i o no fN a t u r a l S c i e n c e),２０１６,４０(４):１０４Ｇ１０９．[１４]D E E P A K D,C O R N E L I OJA Q,A B R A HAM M M, e t a l．N u m e r i c a l a n a l y s i s o f t h e e f f e c t o f n o z z l e g e o m e t r y o n f l o w p a r a m e t e r s i na b r a s i v ew a t e r j e tm aＧc h i n e s[J]．P e r t a n i k a J o u r n a l o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y,２０１７,２５(２):４９７Ｇ５０６．[１５]王志阳,王凯．基于F L U E N T的磨料水射流抛光喷嘴的流场仿真[J]．中国设备工程,２０１７(９):１０１Ｇ１０３．WA N GZ h iＧy a n g,WA N GK a i．A b r a s i v ew a t e r j e t f l o w f i e l ds i m u l a t i o n o f p o l i s h i n g n o z z l e s b a s e d o nF L U E N T[J]．C h i n aP l a n tE n g i n e e r i n g,２０１７(９):１０１Ｇ１０３．[１６]王福军．计算流体动力学[M]．北京:清华大学出版社,２００４:５４Ｇ５７．WA N G F uＧj u n．C o m p u t a t i o n a lf l u i d d y n a m i c s[M]．B e i j i n g:T s i n g h u aU n i v e r s i t y P r e s s,２００４:５４Ｇ５７．[１７]唐家鹏．F L U E N T１４．０超级学习手册[M]．北京:人民邮电出版社,２０１３:３０Ｇ３９．T A N G J i aＧp e n g．F L U E N T１４．０s u p e rs t u d y m a n u a l [M]．B e i j i n g:P e o p l eP o s tP r e s s,２０１３:３０Ｇ３９．[１８]P R I S C O U,D O N O F R I O M C．T h r e eＧd i m e n s i o n a lC F Ds i m u l a t i o no f t w oＧp h a s e f l o wi n s i d e t h ea b r a s i v ew a t e r j e tc u t t i n g h e a d[J]．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lf o rC o m p u t a t i o n a l M e t h o d si n E n g i n e e r i n g S c i e n c e a n dM e c h a n i c s,２００８,９(５):３００Ｇ３１９．６８ 工㊀程㊀设㊀计㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀第２６卷。

磨料水射流结构特性与破岩机理研究的开题报告标题：磨料水射流结构特性与破岩机理研究一、选题背景与意义近年来，随着矿山、建筑等领域对岩石破碎质量的需求不断提高，破岩技术得到了广泛关注和应用。

在破岩技术中，磨料水射流技术因其良好的破碎效果和高效的作业能力，成为了一种常用的技术手段。

但是，该技术的破岩机理和结构特性研究还比较薄弱，需要进行进一步的探索和研究。

本研究的目的是通过对磨料水射流的结构特性和破岩机理进行深入研究，理论上解释其破岩原理，并为该技术的优化和改进提供一定的理论基础。

二、研究内容1. 磨料水射流的基本原理和结构组成；2. 磨料水射流对岩石的破碎机理及其影响因素；3. 磨料水射流在实际应用中的优化及其成本效益分析。

三、研究方法1. 系统调查参考文献，收集和整理相关理论和实践资料；2. 建立磨料水射流的数学模型，研究其运动规律；3. 通过实验室的小型岩石破碎试验和场地实际应用的中等规模岩石破碎试验，验证和完善所建立的数学模型；4. 结合实验结果，对磨料水射流的破岩效果进行分析和评价；5. 经过成本效益分析，对该技术的应用前景进行预测和展望。

四、研究方案1. 文献调研：使用图书馆、网络等方式收集、查阅并阅读与研究课题相关的文献，包括各种国内外期刊、论文、书籍和专著等；2. 实验研究：设计、建设和利用试验设备开展实验研究，主要包括先期的小型岩石破碎试验和后期的中等规模岩石破碎试验；3. 数据处理和分析：对试验获得的数据进行处理和分析，构建和完善数学模型，验证和评估破岩效果；4. 成本效益分析：综合考虑该技术的设备投资、运营费用、维护费用、物料成本等因素，对其应用的成本效益进行分析；5. 论文撰写：在研究的基础上编写开题报告和毕业论文，并进行答辩。

五、研究目标1. 深入理解磨料水射流的结构特性和破岩机理；2. 完善磨料水射流的数学模型，并加以验证和完善；3. 研究其在岩石破碎实践中的应用效果和成本效益；4. 提出本研究结果和结论，为该技术的优化和改进提供一定的理论和实践依据。

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］。

高压磨料水射流切割中材料破坏机理的分析王海宇;王育立;康灿【摘要】As a kind of cold cutting technology, high-pressure water jet cutting has dlstmcnve advantages over other processing methods. Analysis of failure mode of the material cut by high-pressure abrasive water jet （AWJ） machine and observation under scanning electron microscope （SEM） were carried out. It indicates that there are two types of failure modes generated by AWJ, plastic failure and brittle failure and the surface quality of brittle failure is superior to that of plastic damage area. Analysis of failure mechanism of water jet shows that surface hardening of water jet induces the brittle failure in the initial period and the layer flake morphology which is relatively smooth. When the water jet gets diffused and the energy involved is insufficient to realize surface hardening, the grinding and ploughing function of abrasive roughen the surface.%高压水射流切割是一种冷态切割技术,相比其他加工方式具有其独到的优势。

磨料射流高压管线材料冲蚀实验研究【摘要】磨料射流破岩钻径向水平井技术是近年发展起来的开发低渗油藏、提高原油采收率和煤层气产量的新方法。

利用该方法破岩钻进过程中，高压管线内壁受磨料颗粒冲蚀严重的问题大大限制了该技术的推广与应用。

为此，本文利用自建的冲蚀实验设备对塑性试件在水-砂液固两相流动中的冲蚀问题开展了实验研究，对包括冲击角、颗粒粒径、冲击速度和固相浓度四因素对试件冲蚀速率的影响规律进行了分析，并采用共轭梯度结合通用全局优化算法对所得实验结果进行回归分析，得到了冲蚀速率同上述因素的影响规律方程。

【关键词】冲蚀液固两相流塑性材料实验研究回归分析随着全球能源的日趋紧张，对石油、天然气和煤层气的勘探开发也进入到一个新的阶段。

利用磨料射流破岩钻径向水平井技术是近年发展起来的开发低渗油藏、提高原油采收率和煤层气产量的新方法，而磨料射流水力割缝技术也是治理高突煤层掘进巷道瓦斯突出，提高矿井生产安全性的有效手段之一[1-4]。

磨料射流破岩钻进过程中，高压流体携带着固相磨料颗粒经高压管线到达射流钻头实现破岩钻进，这一过程中液固两相混合物对管线内壁存在较严重的冲蚀作用，从而为磨料射流破岩钻进埋下了隐患。

为了弄清不同操作参数对管线材料的冲蚀情况，本文选用铝材作为塑性材料的代表，利用自建的冲蚀实验设备对其在水-砂液固两相流动中的冲蚀问题开展了实验研究，并对实验结果进行了回归分析。

1 实验装置及过程实验是在中国石油大学（华东）水射流研究中心的磨料射流实验台上进行的。

整个实验系统包括高压泵组、磨料射流发生装置、冲蚀实验仓和控制机构四部分[2]。

实验过程如下：水池中的水经高压泵组加压后形成高压水，高压水在磨料罐前分成两部分，一部分进入磨料罐将磨料颗粒流态化，另一部分则进入混合腔，与流态化的磨料混合形成磨料射流。

实验开始前，先将试件（长：40mm，宽：4mm，高：2.5mm）用1000目砂纸和丝绸打磨抛光，而后将其以设定的冲击角度安装在冲蚀实验仓的固定支架上，打开阀门，开始冲蚀实验并计时，到达设定的冲蚀时间后，关闭阀门，取出试件，烘干并用丙酮清洗表面三次，烘干后称重，完成一次实验测试。

磨料水射流冲蚀热障涂层实验研究赵凯;刘壮;高长水;郭超【摘要】通过开展磨料水射流冲蚀去除热障涂层的实验研究可知,以低于4 MPa压力的射流垂直冲蚀热障涂层时,其冲蚀孔型为"W"型.单因素实验结果表明:冲蚀孔径及孔深随着加工时间、磨粒浓度的增加而增大,当靶距为15 mm时冲蚀深度最大;热障涂层的材料去除速率比镍基高温合金基体低;冲蚀加工表面质量好,热障涂层与金属基体的界面结合处未发现分层和裂纹现象.【期刊名称】《电加工与模具》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P60-64)【关键词】热障涂层;磨料水射流;电火花微小孔加工【作者】赵凯;刘壮;高长水;郭超【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016;江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TG664在航空发动机涡轮叶片表面涂覆热障涂层，对提高叶片承温能力有非常直接的效果，且对短时间的超温有很好的缓解作用，可实现发动机大推重比要求[1-3]。

但是，由于热障涂层不导电，给带涂层叶片的气膜冷却孔的电火花加工带来了难题。

对此，一种可行的解决方法是：先用磨料水射流加工方法在热障涂层上冲蚀出盲孔，使金属基体裸露出来，再用常规的高速电火花小孔加工方法在金属基体上制孔，从而获得理想的高精度孔型。

利用高压磨料水射流加工热障涂层已有研究报道。

Hashish[4]采用139 MPa磨料水射流（含220目石榴石磨料）对涂覆有热障涂层的金属样件进行了钻孔加工，在厚度为1.27 mm并带有0.38 mm厚度热障涂层的金属板上加工出了直径为0.635 mm的小孔。

对于压力小于8 MPa的低压磨料水射流，多用于玻璃、铝合金、塑料等材料的微小孔及微槽加工[5]，目前未见采用低压磨料水射流加工热障涂层的报道。

海洋侵蚀对岩石崩解的作用机制研究海洋侵蚀是岩石崩解的重要因素之一。

海洋环境中的波浪、潮汐和海水中的溶解性溶质等都会对岩石产生作用，导致其崩解和侵蚀。

本文将以海洋侵蚀对岩石崩解的作用机制进行研究，探讨海洋侵蚀对岩石侵蚀的影响和相关的物理、化学过程。

一、海洋侵蚀对岩石崩解的物理过程1. 波浪冲击：海浪的冲击是海洋侵蚀的主要力量之一。

当波浪撞击岩石时，其动能转化为机械能，使岩石受到冲击和摩擦力。

这样重复的波浪冲击作用会削弱岩石的强度，导致岩石表面产生剥蚀、碎裂等现象。

2. 海水流动：海水的流动也会对岩石崩解造成影响。

海水中的流动可以通过冲刷和磨蚀的方式加速岩石的破坏。

流动中的海水携带着沙砾、岩石颗粒和溶解了的盐酸等溶质，这些物质在与岩石表面的碰撞中起到磨蚀的作用，进一步削弱岩石。

二、海洋侵蚀对岩石崩解的化学过程1. 盐分侵蚀：海水中的氯化钠和其他盐类会与岩石表面的矿物质发生反应，形成新的水合物。

这种水合物的形成会导致岩石表面物质的裂解和剥落，从而促进岩石的崩解。

2. 溶解作用：海水中溶解了的溶质有时可以溶解岩石中的某些矿物质。

例如，碳酸钙是海水中常见的溶质之一，它可以溶解岩石中的钙质矿物质，使岩石变得更加脆弱。

三、海洋侵蚀对岩石稳定性的影响1. 岩石物质的溶解和溶质的沉积会引起岩石的体积变化，这可能导致岩石发生应力集中和裂缝的形成，从而使岩石更容易受到冲击和侵蚀。

2. 海洋侵蚀对岩石的物理和化学过程会导致岩石的疏松化，从而使其受到的应力分布更为不均匀。

这种疏松化现象会削弱岩石的强度和稳定性，增加岩石出现崩塌和滑坡的风险。

四、海洋侵蚀对岩石崩解的小结海洋侵蚀对岩石崩解有着显著的作用。

海浪的冲击和海水的流动加速了岩石的磨蚀和剥落，而海水中的溶解溶质和盐分对岩石的溶解和破坏起到了化学作用。

这些过程使岩石表面物质裂解、剥离，增加岩石的疏松程度，促进岩石的崩解。

研究海洋侵蚀对岩石崩解的作用机制，有助于我们更好地理解海洋侵蚀过程的成因以及对岩石地貌的影响。

磨料气体射流冲蚀磨损岩石特征分析LIU Yong;WEI Jianping;WANG Dengke;LIU Xiaotian【摘要】磨料气体射流在辅助钻孔和卸压增透时,能够避免塌孔,从而提高采出率.明确磨料气体射流破岩特征是推广磨料气体射流应用的重要理论基础.但目前的磨料气体射流冲蚀磨损模型忽略了反射磨料的作用.为此,开展了不同磨料种类和不同靶距条件下,磨料气体射流冲蚀灰岩实验,采用电镜扫描冲蚀坑不同区域的冲蚀特征进行分析,结合离散元模型分析磨料在冲蚀灰岩过程中的运动轨迹,明确磨料气体射流冲蚀磨损特征以及反射磨料的作用.得出磨料气体射流冲蚀灰岩时,冲蚀坑的形态大致为倒圆锥形,在冲蚀坑底部存在环形平台,环形平台下面为类球体状的冲蚀坑底部.造成这种冲蚀坑形态的主要原因为磨料气体射流流场结构的特殊性,在磨料气体射流轴心和边界处存在环形区域,环形区域内没有磨料存在.轴心处入射磨料是形成类球体的主要因素,磨料反射后趋向环形区域运动,在反射过程中,扩大了类球体和冲蚀坑直径,并形成了环形平台.类球体底部是以入射磨料的冲击应力波导致岩石破坏,类球体侧面是反射磨料造成的多次塑性变形,环形平台处存在入射磨料导致的塑性变形和反射磨料导致的疲劳破坏,冲蚀坑侧面主要以反射磨料产生疲劳破坏为主.磨料硬度对煤岩体冲蚀磨损诱因和磨损破坏特征没有影响.但较硬磨料冲蚀煤岩表面具有更高的粗糙度,同时具有更高的破岩效率.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2018(043)011【总页数】9页(P3033-3041)【关键词】磨料气体射流;磨料磨损;破岩;二次冲蚀;反射磨料;卸压增透【作者】LIU Yong;WEI Jianping;WANG Dengke;LIU Xiaotian【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TE248磨料气体射流广泛应用于金属和陶瓷的钻孔，除漆、除锈等表面处理工程[1-3]。

由于高压磨料气体射流具有较高的冲击力，近年来被推广至岩石和煤体的破碎[4]。

淹没状态下磨料射流破煤岩数值模拟仿真研究覃兆勇;李宇;贾元钊【摘要】基于ANSYS/LS-DYNA软件,建立了淹没状态下磨料射流破煤岩靶体的仿真模型.并通过正交实验法得出了射流参数对破碎效率的影响程度,同时还利用单因素法分析了不同射流参数对破岩效率的影响.结果表明,随着射流直径的增大,冲蚀深度随之递减,冲蚀孔径随之增加;考虑破碎效率和经济效益,磨料射流破煤岩最佳射流速度在300 m/s左右;磨料体积的最佳浓度在6％左右.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(017)001【总页数】5页(P70-73,84)【关键词】磨料射流;破碎效率;仿真;有限元【作者】覃兆勇;李宇;贾元钊【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院,成都610500;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津300458;中国石油华北油田公司采油工程研究院,河北任丘062552【正文语种】中文【中图分类】TE319+.1磨料射流技术用于煤层气开采的原理即是通过高速磨料射流在煤层或其顶底板中钻孔，减小煤层气在煤层基质中的流动距离，提高煤层气的渗流速度，从而提高煤储层的导流能力。

目前已有研究证明，磨料射流技术在煤层钻孔中的高效性［1］。

磨料射流用于煤层钻进时，通常处于淹没状态。

有大量学者进行了淹没状态下磨料射流切割砂岩及水泥石的实验研究［2-5］，但是几乎没有学者用真实煤岩做过相关的实验研究，这是由于煤岩易垮塌的缘故。

本文通过ANSYS/LS-DYNA软件，建立了淹没状态下磨料射流破煤岩靶体的仿真模型，并基于该模型的计算结果，对磨料射流破碎效率影响因素进行了正交实验研究，并分析了各单因素对破岩效率的影响，为淹没条件下磨料射流破煤岩规律实验研究提供参考。

1 模型的建立淹没条件下磨料射流冲击破碎煤岩靶体的过程属于高速多相流体与硬脆性结构材料之间的非线性动力碰撞耦合问题。

在保证所模拟的效果接近真实过程的情况下，为了研究简便，对所建立的淹没磨料射流破岩模型进行如下假设:①煤岩靶体是连续介质且各向同性;②忽略孔隙度对破岩过程的影响;③射流在淹没水域内以恒定速度冲击煤岩靶体;④磨料颗粒随机分布在射流介质中，且颗粒与颗粒及液体之间均无相对运动。