第1页：第四章作业要求
第四章作业：总结本章内容，主要包括以下方面：
- 射流参数影响切割效果的基本趋势。
- 纯水射流切割材料的机理。
第2页：第四章标题页
- 章次
- 第 4 章
- 主题
- 水射流切割机理——基本射流参数的影响
第3页：第四章内容路线图
- 射流中的冲击压力及其在材料上的作用
- 射流参数影响切割的基本规律
- 切割预测的 Hashish 理论
- 水射流切割材料的机理
- 复习
第4页：射流中心线压力衰减
实验结果表明：射流中心线的压力衰减速度随射流出口速度或喷嘴直径的增大而降低。
第5页：射流中心线压力衰减曲线
射流中心线压力衰减曲线（配图说明页）。
第6页：射流横截面压力分布
射流流场中某点的压力，既与该点距射流中心线的径向距离有关，也与其轴向喷距有关。
第7页：射流压力剖面
射流压力剖面（配图说明页）。
第8页：压力分布的三个结论
- 中心线上存在最高压力。
- 不同截面上存在不同形态的分布。
- 可依据压力分布判断射流的外边界。
第9页：材料表面的冲击压力分布
非淹没射流冲击面上的压力分布可按下式计算：
- b
- 冲击圆上的射流边界半径
- V
- 冲击喷距处的射流中心线速度
- r
- 距冲击区中心的径向距离
第10页：影响切割的射流参数分类
- 射流参数
- 水力参数：射流压力、喷嘴直径；受控参数：喷距、走刀速度、喷射角度。
第11页：影响切割的其他参数
- 射流介质与喷嘴
- 流体性质；喷嘴构型；磨料类型、粒度与供给率；混合管长度、直径与材质。
- 靶材
- 被切割材料的性质；走刀次数或遍数。
第12页：射流压力对切割的影响
- 在固定走刀速度下，混凝土切割深度随压力近似呈线性增长趋势。
- 存在门槛压力（低于该压力不能切割）。
第13页：喷嘴出口直径的影响
- 在固定走刀速度下，混凝土切深随喷嘴直径近似线性增加，但直径较大时增量变小。
- 注意：直径增大时射流功率急剧上升。
第14页：走刀速度的影响曲线
走刀速度的影响：在固定喷距与喷嘴直径 dn 条件下测定。
第15页：单位面积能耗与切缝
- 走刀速度
- 单位 kw·sec/cm²
- 单位面积能耗
- 决定切缝的生成量与深度
第16页：喷距与切缝形态
- 表面切割
- 射流仅切入材料表层。
- 切缝切割
- 形成具有一定深度与宽度的切缝。
第17页：射流角度的定义与影响
- 定义
- 射流速度矢量与切割表面法线反向之间的夹角。
- 试验条件
- 花岗岩切割，P₀ = 200 MPa，Dn = 0.3 mm，喷距 2 mm
- 走刀方向
- 正向、反向、侧向倾斜三种
第18页：射流功率与流量
在等压力与等喷嘴直径条件下，射流功率随流量（m³/hr）变化。
第19页：喷嘴构型对切割的影响
喷嘴构型对比：长轴沿走刀方向的椭圆形喷嘴与圆形喷嘴。
- + 0.6 mm 圆形；* 0.6 mm 椭圆
- ▲ 0.5 mm 圆形；■ 0.5 mm 椭圆
第20页：聚合物添加剂的影响
流体添加剂——聚合物的影响：喷嘴直径 dn = 0.25 mm，与纯水对比。
第21页：Crow的岩石切割理论
- Crow，1973
- 提出岩石切割预测理论。
- C
- 岩石固有切割运动速度
- V
- 走刀速度
- η
- 切割液黏度
- k, τ₀, f, g, μr
- 分别为岩石的渗透率、抗剪强度、孔隙率、颗粒直径与内摩擦系数
第22页：临界切割压力与适用范围
- Pc
- 临界切割压力，与切割阻力或抗剪强度 τ₀ 成反比
- P₀
- 射流压力
- F(v)
- 不存在适用于所有 v 的简单幂律
上述公式适用于花岗岩、石灰岩与大理岩，射流压力 P₀ 可至 200 MPa。
第23页：Rehbinder理论与理论局限
- Rehbinder（1978）提出了另一种理论，但比 Crow 的理论更为复杂。
- 这些理论基于明确的物理基础：岩石渗透率、颗粒尺寸与抗拉或抗剪强度是影响切割的重要材料参数。
- 但两者都不能用于通用设计与预测，因为存在太多不易获取的未知量。
第24页：Hashish广义切割方程
- Hashish，1978
- 给出广义切割方程。
- Z
- 切割深度
- dn
- 喷嘴内径
- V
- 射流速度
- u
- 进给速度
- ρ
- 流体密度
- Cf
- 流体动摩阻系数
- η
- 材料阻尼系数
- σy
- 材料抗压强度
第25页：纯水射流切割的两类机理
切割机理与压力、作用时间与靶材性质相关，分为两类：
- 类型一：冲蚀
- 颗粒材料在射流冲击下逐层剥离。
- 类型二：断裂
- 材料在射流作用下发生断裂破坏。
第26页：冲蚀失效机理
(1) 冲蚀失效机理：在射流冲击下，颗粒材料中的薄弱点或软胶结物先发生破坏或断裂，较硬的部分或矿物颗粒因此被孤立出来并与母体分离。该机理一般发生在相对较低的压力下。
第27页：断裂失效机理
(2) 断裂失效机理：
- 大尺度断裂破坏由较大的冲击压力控制——压力楔效应在受压时引发裂纹尖端扩展并使其断裂。
- 小尺度疲劳／断裂破坏由中等压力下的脉冲冲击控制。
注意：材料中的孔隙与缺陷对切割效率有重要作用，断裂机理在更有效的破坏过程中占主导地位。
第28页：第四章口头报告题
- 描述各项射流参数及其对切割结果的影响。
- 讲述水射流冲击下材料破坏的物理过程。
