基于ALE算法的水射流沖擊不規(guī)則靶體沖擊壓力特征

基于ALE算法的水射流沖擊不規(guī)則靶體沖擊壓力特征基于ALE算法的水射流沖擊不規(guī)則靶體沖擊壓力特征摘要：隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，水射流沖擊已廣泛應(yīng)用于清洗、去污、沖擊成形等領(lǐng)域。在水射流沖擊過(guò)程中，不規(guī)則靶體的沖擊壓力特征是研究其沖擊效果和安全性的關(guān)鍵。本文基于ALE（ArbitraryLagrangian-Eulerian）算法，對(duì)水射流沖擊不規(guī)則靶體的沖擊壓力特征進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：ALE算法；水射流沖擊；不規(guī)則靶體；沖擊壓力1.引言水射流是利用高速噴射的水流對(duì)目標(biāo)進(jìn)行沖擊或清洗的一種技術(shù)。它具有沖擊力大、清洗徹底、環(huán)保無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而不規(guī)則靶體則指的是具有復(fù)雜幾何形狀的目標(biāo)體，其沖擊壓力特征對(duì)技術(shù)效果和安全性有著重要的影響。2.ALE算法原理ALE算法是一種求解固體和流體耦合問(wèn)題的數(shù)值方法，它將計(jì)算網(wǎng)格的形變作為關(guān)鍵變量之一，能夠模擬物體的運(yùn)動(dòng)和形變。在水射流沖擊過(guò)程中，流場(chǎng)和靶體的耦合問(wèn)題正是ALE算法的典型應(yīng)用。ALE算法可以分為兩個(gè)階段：Lagrangian階段和Eulerian階段。在Lagrangian階段，計(jì)算網(wǎng)格隨著靶體的變形而進(jìn)行移動(dòng)，貼合靶體表面，從而準(zhǔn)確地描述靶體的形狀和運(yùn)動(dòng)。在Eulerian階段，流場(chǎng)的歐拉描述被采用，將網(wǎng)格劃分至流場(chǎng)域內(nèi)，通過(guò)求解流體力學(xué)方程來(lái)獲得流場(chǎng)的時(shí)間演化。3.水射流沖擊不規(guī)則靶體模擬在水射流沖擊不規(guī)則靶體模擬中，首先需要構(gòu)建靶體的幾何模型。通?？梢允褂肅AD軟件對(duì)靶體進(jìn)行建模，并將其導(dǎo)入到求解器中進(jìn)行后續(xù)處理。然后，根據(jù)水射流的參數(shù)（噴射速度、射程、噴射角度等），使用ALE算法對(duì)水射流與靶體之間的耦合問(wèn)題進(jìn)行求解。在Lagrangian階段，通過(guò)計(jì)算網(wǎng)格的變形來(lái)模擬靶體的形變和運(yùn)動(dòng)；在Eulerian階段，通過(guò)求解流體力學(xué)方程來(lái)獲得水射流的速度分布和靶體的沖擊壓力特征。最后，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，可以得到水射流沖擊不規(guī)則靶體的沖擊壓力分布圖和沖擊力時(shí)間歷程曲線。通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析，可以評(píng)估不同參數(shù)下的沖擊效果和安全性，并為工程實(shí)踐提供參考。4.實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析為驗(yàn)證ALE算法在水射流沖擊問(wèn)題中的有效性，進(jìn)行了一系列數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)改變水射流的參數(shù)和靶體的形狀等條件，得到了不同情況下的沖擊壓力特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水射流沖擊不規(guī)則靶體的沖擊壓力分布不均勻，存在較大的局部沖擊力。靶體表面的凹凸、邊緣的銳角等因素會(huì)導(dǎo)致沖擊壓力的集中和分散。此外，水射流的參數(shù)（噴射速度、射程）對(duì)沖擊壓力分布也有顯著影響。5.結(jié)論本文基于ALE算法，對(duì)水射流沖擊不規(guī)則靶體的沖擊壓力特征進(jìn)行了研究。通過(guò)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析，得到了不同條件下的沖擊壓力分布圖和沖擊力時(shí)間歷程曲線。研究結(jié)果表明，不規(guī)則靶體的幾何形狀和水射流的參數(shù)對(duì)沖擊壓力分布有著顯著的影響。在工程實(shí)踐中，通過(guò)優(yōu)化靶體的形狀和控制水射流的參數(shù)，可以獲得理想的沖擊效果和安全性。然而，本文的研究還有一些不足之處。例如，未考慮水射流與靶體之間的摩擦和熱傳導(dǎo)等因素。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步改進(jìn)模型，提高模擬精度。參考文獻(xiàn)：[1]LiuS,XiaoY,WuJ,etal.Numericalsimulationofwaterjetimpingementonthree-dimensionalcomplextarget[J].InternationalJournalofMechanicalSciences,2018,140:147-161.[2]ZengX,LiJ,JiangZ,etal.3Dnumericalsimulationofhigh-pressurewaterjetcleaningonroughtargetsurface[J].JournalofAppliedPhysics,2016,120(12):123101.[3]YuJ,DuanMD,ZhouZ,etal.Simulationandexperimentalvalidatio