基于响应面分析的淹没水射流破土施工参数优化设计

摘要

针对水射流破土过程中射流孔深度及径宽难以确定的问题，以圆柱形喷嘴为研究对象，基于拉格朗日-欧拉流固耦合算法建立了淹没水射流破土的有限元模型，并通过室内实验验证了该有限元模型计算结果的准确性。基于响应面法建立了射流孔深度与径宽的预测模型，分析了喷嘴直径、射流靶距和射流压力3个因素及其交互作用对射流孔深度及径宽的影响规律，结合满意度函数对破土施工参数进行优化。结果表明：当选取特定破土深度(10 cm、15 cm和20 cm)时，较大的射流压力(7.2 MPa)、较小的射流靶距(1 cm)及合适的喷嘴直径(0.928 mm、1.164 mm和1.345 mm)可最大程度地保证射流孔的稳定性。针对特定目标破土深度，优化后的射流孔深度及径宽的预测值与实验值的误差均小于15%,表明预测结果合理可靠。

关键词

水射流破土 / ALE算法 / 响应面法 / 预测模型 / 多目标优化