Integrated Geometric Confinement and Ejection-Driven Drainage Flow for Splash Suppession in High-Speed Abrasive Waterjet Machining

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorXue, Xianding
dc.contributor.authorSalenko, Oleksandr
dc.date.accessioned2026-02-20T11:05:50Z
dc.date.available2026-02-20T11:05:50Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractAbrasive waterjet machining (AWJM) is widely used in aerospace and precision manufacturing due to its cold-cutting nature. However, the residual high-energy jet column penetrating the workpiece frequently impacts the support structure, generating intense splashback that leads to surface contamination and secondary damage. To address this, we propose a composite anti-splash support structure integrating a concave bowl surface with a Venturi-induced negative pressure mechanism. Using VOF multiphase modeling combined with finite element validation, we elucidate the synergistic control mechanism: the curved bowl promotes wall-adherent liquid sliding to reduce radial momentum, while the Venturi throat creates a ~0.15 MPa negative pressure zone that captures droplets into the downstream channel for dissipation. Results demonstrate that compared to conventional supports, the design reduces mixture peak velocity by ~35%, decreases droplet diffusion height by 40%, and curtails radial spread by 30%, effectively constraining contamination areas. Static analysis further confirms the structure maintains high safety margins even under extreme loads. These outcomes not only enhance AWJM processing environments but also provide a validated engineering paradigm for high-speed fluid interaction control. Looking forward, the mechanism resonates with splash suppression needs in photolithography, food packaging, electronic encapsulation, and metal cutting, paving the way for a universal design and evaluation system for splash control in advanced manufacturing.
dc.description.abstractotherАбразивна гідроструминна обробка (AWJM) широко використовується в аерокосмічній та прецизійній виробництві завдяки своїй природі холодного різання. Однак залишковий стовп високоенергетичного струменя, що проникає в заготовку, часто впливає на опорну конструкцію, створюючи інтенсивне розбризкування, яке призводить до забруднення поверхні та вторинних пошкоджень. Щоб вирішити цю проблему, ми пропонуємо оригінальну опорну конструкцію, що запобігає розбризкуванню, що поєднує увігнуту поверхню чаші з механізмом негативного тиску, індукованим Вентурі. Використовуючи багатофаз-не моделювання VOF у поєднанні з перевіркою розрахунків методом кінцевих елементів, з’ясовано синергетичний механізм керування: вигнута чаша сприяє ковзанню рідини, що прилягає до стінки, для зменшення радіального імпульсу, тоді як горловина Вентурі створює зону негативного тиску ~0,15 МПа, яка захоплює краплі в канал нижче за течією для розсіювання. Результати досліджень довели, що порівняно зі звичайними опорами, конструкція зменшує пікову швидкість суміші на ~35 %, зменшує висоту дифузії крапель на 40 % та зменшує радіальне розсіювання на 30 %, ефективно обмежуючи зони забруднення. Статистич-ний аналіз додатково підтверджує, що конструкція підтримує високі запаси міцності навіть за екстремальних навантажень. Ці результати не лише покращують середовище обробки абразивним гідроструминним струменем (AWJM), але й забезпечують нове рішення задачі для високошвидкісного контролю взаємодії рідини. У майбутньому цей механізм резонує з потребами придушення бризок у фотолітографії, упаковці харчових продуктів, електронній інкапсуляції та різанні металу, прокладаючи шлях для універсальної системи проектування та оцінки контролю бризок у передовому виробництві.
dc.format.pagerangeP. 483–494
dc.identifier.citationXue, Xianding. Integrated Geometric Confinement and Ejection-Driven Drainage Flow for Splash Suppession in High-Speed Abrasive Waterjet Machining / Xianding Xue, Oleksandr Salenko // Mechanics and Advanced Technologies. – 2025. – Vol. 9, No. 4(107). – P. 483–494. – Bibliogr.: 23 ref.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2521-1943.2025.9.4(107).345010
dc.identifier.orcid0009-0004-5909-1573
dc.identifier.orcid0000-0002-5685-6225
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/78912
dc.language.isoen
dc.publisherIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute
dc.publisher.placeKyiv
dc.relation.ispartofMechanics and Advanced Technologies, Vol. 9, No. 4(107)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectabrasive waterjet machining
dc.subjectsplash suppression
dc.subjectVenturi effect
dc.subjectnumerical simulation
dc.subjectfluid-structure interaction
dc.subjectабразивна гідроструминна обробка
dc.subjectпридушення бризок
dc.subjectефект Вентурі
dc.subjectчисельне моделювання
dc.subjectвзаємодія рідини та поверхні
dc.subject.udc621.9.048.74
dc.titleIntegrated Geometric Confinement and Ejection-Driven Drainage Flow for Splash Suppession in High-Speed Abrasive Waterjet Machining
dc.title.alternativeІнтегроване геометричне обмеження та відведення води для пригнічення бризів під час високошвидкісної обробки абразивним водним струменем
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
483–494.pdf
Розмір:
1.74 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 9, No. 4(107)