气穴是液压系统中常见的一种有害现象。气穴的发生不仅影响了流体传动的连续性,同时气泡溃灭过程中会产生强烈的振动和噪声,更重要的是会在元件表面造成气蚀,从而污染系统的工作介质,增加产品工作的潜在隐患和薄弱环节,降低产品寿命,甚至导致整个系统无法正常工作。本课题针对气液联合式碎石器内部出现的气穴问题,在分析该碎石器工作特性的基础上,建立了碎石器的运动机构、蓄能机构、内部容腔、阻尼结构以及气穴现象的数学模型。结合AMESim软件的建模特点,同时根据冲击活塞、换向阀芯和蓄能机构的结构特征及油液基本属性,建立了碎石器的AMESim仿真模型。参考主机液压系统管路布置,搭建了包含动力系统及控制系统的整机AMESim仿真模型并对其进行了运算。为了进一步分析气穴流场的压力变化及速度变化,本文进行了AMESim软件与数值模拟软件Simerics的联合仿真。最后将联合仿真结果和实际工程中的实验真相进行了对比。详细的研究工作如下:首先,本课题系统介绍了气液联合式碎石器的国内外研究现状,详细说明了气穴现象的危害及计算机仿真技术的发展历程。其次,本研究详尽阐述了气液联合式碎石器的工作原理及运动过程,从工作对象的适应性上提出了数学建模时应该重点分析的问题。根据合理的假设条件,准确搭建了主要运动部件的运动学和动力学非线性数学模型,重点分析了液压容腔中流量、压力等重要参数的方程,具体探讨了不同阻尼结构的损失系数。出于计算稳定性的目的,本课题概括分析了数学模型的刚性问题,全面说明了产生气穴现象的条件及描述气穴的物理方程。再次,通过介绍AMESim软件的优越性及仿真建模应遵循的原则,阐述气液联合式碎石器建模时所需的元件库及操作步骤,同时结合碎石器内部结构特征、工作过程及油液基本属性,创建了气液联合式碎石器的AMESim仿真模型。在参考主机液压系统管路布置的基础上,搭建了包含动力系统及控制系统的整机AMESim仿真模型。同时,基于整机模型的主要属性参数、工况条件、结构参数进行了仿真计算并对计算结果进行了全面剖析。之后,本文具体介绍了CFD软件的原理及其适用范围,确定了本研究所用数值模拟软件。给出了流体动力学基本控制方程组及流体运动状态的判断标准,同时阐述了湍流运动的本质。结合AMESim仿真结果确定了气液联合式碎石器内部流动状态为湍流。详细对比了湍流运动数值模拟方法,综合每种方法的优缺点确立了Realizable k-ε涡粘模型来模拟整个碎石器内部油液的湍流状态。然后,基于气液联合式碎石器内部流动特征,建立了油液部分三维有限元模型,同时设定了仿真过程中必要的关键参数,如边界条件、油液介质属性、时间步数及空化模型等。按照给定参数进行了网格及收敛标准无关性验证,根据研究重点的不同,选取气穴发生及变化过程中的内部流场,如活塞打击瞬间轴向横截面上的速度场、整体及横截面上的压力场等进行了详细分析。最后,为了进一步验证仿真方法的适用性和仿真结果的准确性,将联合仿真结果与实际工作中气液联合式碎石器内部出现的气蚀真相进行了对比。