مدل‌سازی عددی برش سنگ با استفاده از جت آب فشار قوی

چکیده

جت آب فشار قوی کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف برای برش انواع مواد فلزی، چوبی، کاغذی، بتنی و سنگی دارد. در این تحقیق فرآیند برش سنگ توسط جت آب فشار قوی با هدف تعیین پارامتر‌های بهینه و بهبود راندمان فرآیند برش سنگ با استفاده از مدل‌سازی عددی، شبیه‌سازی شده است. در مدل عددی ذرات ساینده به همراه جریان آب تحت فشار با سرعت زیاد از نازل جت آب خارج شده و المان‌های سنگ را برش می‌دهند. فرآیند برش سنگ توسط جت آب به روش عددی اجزاء محدود- هیدرودینامیک ذرات روان در نرم‌‌‌‌‌‌‌افزار LS-DYNA شبیه‌سازی شده است. اثر پارامتر‌های سرعت، ‌زمان توقف، غلظت حجمی و قطر ذرات ساینده بر روی عمق و حجم برش سنگ‌ بررسی شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد که با افزایش سرعت جت آب، عمق و حجم برش سنگ افزایش می‌یابد. با افزایش زمان توقف جت آب روی سنگ، انرژی بیشتری برای برش صرف می‌شود که منجر به افزایش عمق و حجم برش سنگ می‌شود. همچنین با افزایش غلظت حجمی ذرات ساینده تا 3 درصد، عمق و حجم برش سنگ با شیب ملایم افزایش می‌یابد ولی بعد از آن بهبود چشم‌گیری در افزایش عمق و حجم برش مشاهده نمی‌شود. با افزایش قطر ذرات ساینده تا 1 میلی‌متر نیز عمق و حجم برش سنگ افزایش می‌یابد ولی بعد از آن عمق و حجم برش ثابت مانده یا کاهش می‌یابد. بنابراین به منظور بهبود کیفیت برش سنگ مورد مطالعه در این تحقیق، در کنار سایر مفروضات غلظت حجمی ذرات ساینده حدود 3 درصد و قطر ذرات ساینده حدود 1 میلی‌متر توصیه می‌شود.