بررسی برش سنگ گرانیت توسط جت آب به کمک روش هیدرودینامیک ذرات هموار

یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های برش مواد، برش باجت آب است. که به دلیل مزایای آن نسبت به سایر روش‌های برش در سال‌های اخیر کاربرد گسترده‌ای داشته است. برش با جت آب زیر‌مجموعه ای از مسائل اندرکنش سیال و سازه است که در آن جریان آب به مرز‌های سنگ نیرو وارد کرده و این نیرو باعث تغییر شکل سنگ در ناحیه برخورد می‌شود. برای بررسی دقیق این مسئله شرایط مرزی آب و سنگ باید کوپل شوند تا بتوان رفتار صحیح ناحیه برخورد را بدست آورد که مهم‌ترین و پیچیده‌ترین بخش شبیه‌سازی به روش‌های تئوری، تجربی و عددی است. در این تحقیق از روش هیدرودینامیک ذرات هموار که روشی عددی، ذره‌ای ،لاگرانژی و بدون شبکه است برای تحلیل رفتار آب و گرانیت استفاده شده است. بدین منظور ابتدا معادلات حاکم بر مسئله با استفاده از این روش گسسته‌سازی شده و به کمک الگوریتم محاسباتی پیش بینی تصحیح، برنامه به زبان فرترن کدنویسی شده است. با استفاده از الگوریتم بیان شده ، برخورد دوبعدی جت آب و سنگ و رفتار شکست سنگ شبیه‌سازی شده است. با این روش می‌توان عمق و پهنای برش در سرعت‌های مختلف جت آب و سرعت بهینه برش سنگ را تعیین کرد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی دارای دقت قابل قبولی در مقایسه با نتایج تجربی است و نشان می‌دهد که روش هیدرودینامیک ذرات هموار را می‌توان به عنوان یک روش مناسب برای تحلیل برش سنگ با جت آب استفاده کرد.

Simulation of Water Jet Cutting for Granite by Using Smoothed Particle Hydrodynamics

SummaryIn this paper, the rock cutting with a water jet is simulated using a Smoothed Particle Hydrodynamics method. The proposed model shows that the Smoothed Particle Hydrodynamics method is a suitable method for analysis of rock cutting with water jets.  IntroductionOne of the most advanced methods of cutting materials is water jet cutting. Due to its advantages over other cutting methods, it has been widely used in recent years. Cutting with a water jet is a subset of fluid and structure interaction issues in which water flows into the boundaries of the rock, and this changes the shape of the rock in the impact area. In order to examine this issue accurately, the boundary conditions of water and rock must be coupled in order to obtain the correct behavior of the collision area, which is the most important and complex part of simulation by theoretical, experimental, and numerical methods. Methodology and ApproachesIn this paper, the rock cutting with a water jet is simulated using a smoothed particle hydrodynamics method, which is a Lagrangian numerical and meshfree method. For this purpose, firstly, the governing equations for fluid and solid are discretized with the help of the predictivecorrect algorithm. Then, using the algorithm based on these equations, a twodimensional collision of water jet and rock and breaking behavior of rock are simulated. Results and ConclusionsWith this method, the depth and width of the cut can be determined at different speeds of the water jet and the optimal cutting speed of the stone is obtained. The results of the simulation have acceptable accuracy compared to the experimental results and show that the smoothed particle hydrodynamics method is a suitable method for the analysis of rock cutting with water jets.