SPH-FEM耦合仿真：磨料水射流中单颗粒加速过程的精确模拟

本文探讨的是"SPH和FEM耦合法模拟磨料水射流中单磨粒加速过程"这一主题，发表于2011年的山东大学学报(工学版)，由王建明等人完成。论文针对Eulerian和ALE方法在模拟磨料水射流喷嘴中磨料粒子加速过程时的局限性，提出了采用SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics，光滑粒子流体动力学）与FEM（Finite Element Method，有限元方法）相结合的研究策略。这种方法特别适用于研究后混式磨料水射流喷嘴中，低速磨料粒子如何在高速水流作用下经历流体动力学特性变化并最终撞击靶材的全过程。 SPH被用来模拟水的流动，其优点在于能够处理复杂几何形状和非结构网格，而FEM则用于构建磨料粒子、喷嘴和工件的结构模型。通过接触算法，实现了SPH和FEM的耦合，这样可以全面模拟磨料水射流加工的各个环节，包括粒子在喷嘴内部的速度变化、运动轨迹，以及不同直径粒子在不同水压条件下的加速过程。此外，研究还涵盖了粒子在混合管出口速度的变化趋势，以及在工件表面的撞击深度。 论文的关键点在于通过数值模拟验证了所提出的模型的准确性和有效性。通过与实验数据和理论分析进行对比，证明了该耦合方法能有效地预测和再现磨料混合与加速过程，以及在磨料水射流切割中的实际应用情况。这项工作对理解磨料水射流加工中的力学行为具有重要意义，对于优化工艺参数、提高加工效率和精度具有实用价值。该研究的成果对于工程技术人员来说，提供了一种创新的工具，以解决实际生产中的问题，并推动了磨料水射流技术的发展。