Preparation of a physical model characterizing the material's response to the action of an abrasive water jet

Jakub Gřunděl

Diplomová práce

Anotace:

Abrazivní vodní paprsek je z hlediska fyzikálního popisu již dobře popsán, avšak modely, které slouží k popisu procesu řezání vodním paprskem jsou velmi komplexní, proto je cílem této práce naleznout model, který je mnohem jednodušší. Většina modelů pracuje s předem vypočtenou hloubkou řezu, přičemž z nich není možné ověřit, zda proces fungoval celou dobu správně. Model vytvořený pro tuto práci je zaměřen na monitorování správného fungování procesu po celou dobu jeho průběhu. Hlavní dvě sledované složky jsou síla, která působí na materiál, a vibrace, které u vzorku nastávají v průběhu procesu. Naměřená síla by měla mít hodnotu blízkou teoretické hodnotě vypočtené z tlaku kapaliny, ztrátových konstant a průměru vodní trysky. Naměřené vibrace by měly mít amplitudy blízké teoretickým hodnotám získaným z hmotnosti vzorku a naměřené síly. Po provedení série experimentů byly určeny ztrátové koeficienty pro použité materiály a pracoviště. Na základě experimentálních dat pak byly určeny odchylky od teoretických hodnot. Tyto odchylky vyjádřené v procentech nebyly nemalé, ovšem v práci je prezentován návrh, jak dané odchylky snížit. Nicméně již nyní bylo zjištěno možné použití uvedených odchylek. Monitorování, zda odchylka překročila stanovenou prahovou hodnotu, pomáhá určit, zda proces fungoval správně. Pokud je prahové hodnoty dosaženo, obvykle to znamená, že během procesu dochází k problému.

Abstract:

The abrasive waterjet is already well described in terms of physics, but the models used to describe the waterjet cutting process are very complex, so the aim of this paper is to find a model that is much simpler. Most of the models work with a pre-calculated depth of cut, and from these models it is impossible to verify whether the process is working correctly throughout its duration. The model developed for this thesis is aimed at monitoring the correct function during the whole process continuation. The two main components monitored are the force exerted onto the material and the vibrations of the sample during the cutting process. The measured force should have a value similar to the theoretical value calculated from the fluid pressure, the loss constants and the diameter of the water nozzle. The measured vibrations should have amplitudes close to the theoretical values obtained from the mass of the sample and the measured force. After performing a series of experiments, loss coefficients were determined for the applied materials and workstations. The deviations from the theoretical values were then determined based on the experimental data. These deviations, which were expressed as percentage errors, were considerable, but the thesis contains some suggestions how to reduce them. Nevertheless, a use of the mentioned errors was found. Checking, if the error exceeds the determined threshold value helps to determine, if the process works correctly. Provided that the threshold is reached, it usually means that there is a problem during the process.

Klíčová slova

abrazivní vodní paprsek, vodní paprsek, voda, síla, vibrace, měření síly, měření vibrací, stanovení konstant

Keywords

abrasive water jet, water jet, water, force, vibration, force measurement, vibration measurement, determination of constants

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 4. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Libor Hlaváč
• Oponent: Tibor Krenicky

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Magisterský studijní program:
Aplikovaná fyzika