【摘 要】
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根据前混合磨料水射流磨料动能与切割深度呈现的正相关关系,通过分析切割参数对磨料动能的影响来表征切割参数对切割深度的影响规律;再通过LS-DYNA 模拟仿真软件结合 Smoothed Particle Hydrodynamics（SPH）和 Finite Element Method（FEM）耦合模型对前混合磨料水射流切割45号钢进行数值模拟计算,验证理论分析的可靠性,并为切割试验做铺垫;在理论和仿
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根据前混合磨料水射流磨料动能与切割深度呈现的正相关关系,通过分析切割参数对磨料动能的影响来表征切割参数对切割深度的影响规律;再通过LS-DYNA 模拟仿真软件结合 Smoothed Particle Hydrodynamics（SPH）和 Finite Element Method（FEM）耦合模型对前混合磨料水射流切割45号钢进行数值模拟计算,验证理论分析的可靠性,并为切割试验做铺垫;在理论和仿真相互验证的基础上,进行前混合磨料水射流切割45号钢的试验,用试验的结果检验理论分析和模拟仿真的准确性;对于试验获得的数据,使用非线性回归算法,建立切割深度预测模型,从切割参数权重系数的大小上进一步验证切割参数对切割深度的影响规律。具体内容如下:1.计算磨料在高压软管、喷嘴和射流束中的速度;通过磨料的质量分数和射流流量计算磨料的质量流量;再根据切割速度和切割位移计算切割时间;最后根据计算结果,推导出磨料的动能计算公式;由于磨料动能与切割深度呈正相关关系,因此通过分析切割参数与磨料动能的关系来表征切割参数对切割深度的影响规律。2.对于理论分析的结果,若直接进行切割试验验证,并不一定能准确把握试验的方向,因此采用LS-DYNA软件进行模拟仿真,既可以确定切割试验的方向,同时也能检验理论分析的可靠性;采用LS-DYNA软件中的接触算法,建立SPH和FEM耦合模型,对45号钢试验材料进行粒子计算并编辑其物理属性,从模拟仿真的角度研究前混合磨料水射流切割45号钢的过程,探究切割参数对切割深度的影响规律,并为切割试验做铺垫。3.以模拟仿真的参数和结果作为指导,进行前混合磨料水射流切割45号钢试验,选用的试验参数为:切割压力5组,喷嘴出口直径3组,切割靶距3组,切割速度6组,建立正交试验组进行试验;对试验数据采用控制变量的方式进行分析,最后根据平均变化率来确定切割参数对切割深度的影响规律。4.对试验获得的数据采用非线性回归算法建立切割深度预测模型。首先采用一阶线性回归算法确定切割参数的影响主次顺序;再使用五阶非线性回归算法确定组合切割参数的影响权重,最后在此基础上建立五阶非线性回归预测方程。综上四步研究,得到了喷嘴出口直径和切割压力与切割深度呈正相关关系;切割靶距和切割速度与切割深度呈负相关关系;切割参数对切割深度的影响主次顺序为:喷嘴出口直径、切割压力、切割靶距、切割速度;磨料动能理论计算公式能够为推导前混合磨料水射流切割深度经验计算公式做出一定的指导;模拟仿真能够在一定程度上预先探索切割参数对切割深度的影响规律,为试验的参数设置做出相应的指导;通过试验数据推导出的五阶非线性回归预测方程能够较为准确的为前混合磨料水射流切割45号钢提前计算切割深度,并指导切割参数的设置。前混合磨料水射流切割45号钢的切深理论和试验研究对切割其他材料的切深理论分析和实际切割过程具有一定的指导意义。图28表36参93
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