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摘要
磨料射流是一种操作简单、切割效率高的绿色加工技术。在矿山开采、油气开发等领域，被广泛应用于破碎煤岩。磨料射流破煤是射流能量传递、转化和释放的过程。射流能量以循环、冲击载荷形式直接加载于射流-煤岩接触区域，并以球面应力波形式向煤岩内部传递。当应力波能量高于煤体破坏阈值，煤体发生破坏。然而，目前磨料射流破煤过程中的应力波传播规律及有效破煤范围不明确。因此，基于应力波效应分析了局部微裂纹时起裂时的煤岩能量密度，结合磨料射流特性，建立了描述磨料射流破煤能量准则；采用能量等效方法，基于SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar，分离式霍普金森杆)实验，研究了相同入射能量下煤样能耗规律及破坏特征，计算了能量准则中的煤岩参数；在此基础上，采用DIC(Digital Image Correlation，数字图像相关法)实验获取了磨料射流冲击下应力波传播规律，并采用能量准则计算了磨料射流破煤的理论范围；通过对比实际和理论破煤深度，验证了磨料射流破煤能量准则。结果表明：磨料射流冲击过程中，煤体发生破坏的能量阈值决定于应力波波速、煤岩破碎能耗密度、碎块平均粒径及磨料射流冲击频率。随入射能量增加，煤样应变率增大，能耗密度增加，但入射能量有效利用率降低；煤体吸收的能量，主要是被用于微裂纹扩展，且破碎后的碎块平均直径与煤样应变率呈一次函数关系。球面应力波传播过程中具有明显时空特征，且沿传播方向能量发生衰减；又由于煤体原生孔、裂隙发育，应力波会出现聚集、叠加，导致局部能量增加。当应力波能量高于煤体裂纹起裂时的能量阈值时，煤体出现破坏。
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