磨料水射流作用下混凝土损伤场的数值模拟

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1、MAINTENANCECONSTRUCTIoNANDMACHINERY文章编号：1000—033X(2014)070073—04磨料水射流作用下混凝土损伤场的数值模拟杨林，涂滨镟，曹希航(重庆交通大学交通运输学院，重庆400074)摘要：基于磨料水射流冲击破碎旧水泥混凝土路面的方法具有系统压力低、流量大、节能、环保、节约成本等特点，采用ALE算法建立了磨料水射流破碎仿真模型，模拟了从磨料射流离开喷嘴到冲击破碎混凝土的全过程，主要分析研究了在不同磨料浓度下，磨料水射流冲击混凝土时的破碎深度演变情况以及破碎效果图。通过与试验数据的比较，验证了仿真模型和结

2、果的正确性。关键词：路面修复；混凝土破碎；磨料水射流；ALE算法中图分类号：U418．6文献标志码：BNumericalSimulationofConcreteDamageFieldwithAbrasiveWaterJetYANGLin，TUBin—xuan，CA0Xi—hang(SchoolofTransportation，ChongqingJiaotongUniversity，Chongqing400074，China)Abstract：Giventhatusingtheabrasivewaterjet’simpacttocrusholdceme

3、ntconcretepavementhastheadvantagesoflowsystempressure，highflow，energy—saving，environmentallyfriendlyandeconomic，theALEalgorithmwasappliedtobuildasimulationmodelthatcoversthewholeprocesssincetheabrasivewaterjetcomesoutofthenozzle．Theevolutionofcrushingdepthwhilewaterjetimpactsth

4、econcreteandtheeffectdiagramwerestudiedwithdifferentconcentrationofabrasive，andtheresultwascomparedwithexperimentaldata，whichconfirmsthecorrectnessofthesimulationmodeIanditsresults．Keywords：pavementrepair；concretecrushing；abrasivewaterjet；ALEalgorithm磨料喷嘴喷出，形成磨料水射，具有水铣速度高、水O5J置

5、铣质量良好以及可水铣较厚的硬脆材料等优点。水泥混凝土路面出现缺陷后，往往发展迅速，两本文采用ALE方法将模型设计成水、磨料的三年内就不能满足行驶要求。采用局部破碎与局部混合流体与混凝土的碰撞，充分考虑磨料、水、空气、修复的方法来恢复其结构与行驶性能并防止病害的混凝土四者之间的耦合作用，比模拟单颗粒子撞击进一步发展，是现阶段比较常用的方法。常规的破物体更接近真实情形。数值模拟了在低压、大流量碎方式及机具包括人工凿除、长臂挖掘机、撞击式破磨料水射流冲击作用和纯水射流冲击作用两种工况碎机、拍打锤等，它们各有优缺点，但都不能达到人下混凝土的应力演变及破碎情况

6、，深入讨论了混凝们在工作效率、对环境的影响和旧混凝土的回收利土材料内部的破坏过程。这为开发新的混凝土破碎用等方面日益提高的需求。机械提供了指导方向l_1]。磨料水射流因其工作压力低、流量大、效率高、1材料模型环保性好、成本低等特点而具有很好的应用前景。它是在高速磨削技术和水射流技术的基础上发展起磨料射流破碎混凝土的过程是多相流体与混凝来的一项新兴特种水铣技术，利用磨料粒子与高速土之间非线性碰撞的动力耦合问题，其内部机制复水射流束相混合形成的液固两相介质流体，经特定杂。为了便于分析，对模型作如下假设。收稿日期：2013-11-n基金项目：交通应用项目研

7、究项目(2011-319814—470)73MAINTENANCEC0NSTRUCT10NANDMACHINERY(1)磨料考虑成磨料浆，且与水均匀混合，不考mm，射流尺寸为3．8mm×20mm，射流喷嘴距混虑磨粒形状对破碎的影响，忽略射流的边界层效应。凝土的尺寸为6mm。射流用完全塑性多物质实体(2)混凝土为各向同性且初始无损伤的均质材单元，磨料当作流体来处理。混凝土选用弹塑性常料，射流以一定的速度垂直射出。应力实体单元。根据圣维南原理，在远离喷嘴的混1．1ALE方法简介凝土区域受射流冲击的影响很小，其网格可以设置在ALE描述中，计算网格的运动规律

8、可以是得较疏一点；而在靠近喷嘴的区域网格需设置得较任意给定的，指定特殊的网格运动规律可以将密一些，所有网格均