水射流对煤体冲击的有限元与光滑粒子耦合法数值模拟

齐娟 穆朝民

齐娟, 穆朝民. 水射流对煤体冲击的有限元与光滑粒子耦合法数值模拟[J]. 高压物理学报, 2014, 28(3): 365-372. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.016
引用本文: 齐娟, 穆朝民. 水射流对煤体冲击的有限元与光滑粒子耦合法数值模拟[J]. 高压物理学报, 2014, 28(3): 365-372. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.016
QI Juan, MU Chao-Min. Water Jet Impact on Coal Using Smoothed Particle Hydrodynamics Coupling Standard Finite Element[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2014, 28(3): 365-372. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.016
Citation: QI Juan, MU Chao-Min. Water Jet Impact on Coal Using Smoothed Particle Hydrodynamics Coupling Standard Finite Element[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2014, 28(3): 365-372. doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.016

水射流对煤体冲击的有限元与光滑粒子耦合法数值模拟

doi: 10.11858/gywlxb.2014.03.016
基金项目: 国家自然基金(51204007);安徽省自然科学基金(1208085QE85);煤矿安全开采技术湖南省重点实验室开放基金(201306)
详细信息
    作者简介:

    齐娟(1981—),女,硕士,助理工程师,主要从事数值仿真研究.E-mail:jqi@aust.edu.cn

    通讯作者:

    穆朝民(1977—),男,博士,教授,主要从事工程安全与防护技术研究.E-mail: chmmu@mail.ustc.edu.cn

  • 中图分类号: O411.3

Water Jet Impact on Coal Using Smoothed Particle Hydrodynamics Coupling Standard Finite Element

  • 摘要: 采用光滑粒子与有限元耦合算法对高压水射流冲击煤体进行了数值模拟,建立了长为5 mm、半径为2 mm的圆柱形水体以不同速度冲击煤体的计算模型。根据计算结果,分析了煤体在高压水射流冲击下的损伤模式、煤体中的应力波传播形式、煤体在高压水射流作用下的临界破煤压力。

     

  • 图  轴向剖面粒子分布示意图

    Figure  1.  Particle distributions in axial section

    图  微元环j对粒子i的贡献

    Figure  2.  Contribution of ring j to the particle i

    图  Lagrange单元与光滑粒子的界面模型

    Figure  3.  SPH node sliding on a standard grid

    图  交界面附近粒子的计算示意图

    Figure  4.  Computations of the SPH nodes near the sliding interface

    图  高压水射流冲击煤体模型

    Figure  5.  The model of water jet impacting coal

    图  30 MPa高压水射流作用下煤体的损伤分布

    Figure  6.  Damage distribution of coal under 30 MPa of water jet impacting

    图  煤体在水射流冲击下的损伤模式

    Figure  7.  Damage pattern of water impaction on coal

    图  不同水压水射流作用下煤体的损伤分布

    Figure  8.  Damage distribution of coal under water jet impacting with different pressure

    (a) 15 MPa (b) 20 MPa (c) 30 MPa (d) 35 MPa

    图  出口压力与出煤量的关系

    Figure  9.  Relationship between water pressure and coal output

    表  1  煤体的物理力学性质

    Table  1.   Physical and mechanical properties of coal

    Density
    /(g/cm3)
    Compression
    strength
    /(MPa)
    Tensile
    strength
    /(MPa)
    Elastic
    modulus
    /(GPa)
    Poisson
    ratio
    1.42 13.8 1.24 3.2 0.51
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-07
  • 修回日期:  2012-12-26

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