振动冲击下PDC切削齿在层理岩层的破岩仿真分析

层理岩层是钻井工程中经常遇到的一类岩层,存在地质条件复杂、非均质性强、软硬交错、地层倾角大等特点,PDC钻头在该类岩层破岩效率低,经常发生先期损失。为了提高PDC钻头在层理岩层的破岩效率,以Drucker-Prager准则作为岩石的本构关系,用有限元软件建立PDC切削齿在振动冲击下破岩的仿真模型,研究了层理岩层在PDC切削齿切削过程中的破碎情况及PDC切削齿在不同振动频率和冲击幅度下对层理岩层破岩效率的影响。研究表明:振动频率越高,破岩比功越小,冲击幅值大小与破岩比功无明显相关性,振动冲击载荷有利于提高层理岩层的破岩效率。     

盾构刀具冲击破岩传递过程研究

为研究滚刀冲击破岩的传递过程,以盾构机冲击破岩试验台滚刀为研究对象,通过静力加载分析得到滚刀刀轴刚度与刀圈变形量.在振动理论建模的基础上,通过ADAMS对滚刀进行动力学仿真,并对仿真振动信号进行相关性分析.最后在盾构机滚刀冲击破岩试验台上验证了研究结果.研究表明:滚刀冲击振动经过刀体以后衰减与畸变极小,对滚刀施加的冲击振动有97!能够传递给岩石.随着冲击动载荷的增大,滚刀受到的总载荷增大,滚刀侵入深度增大.同时大理岩的破碎块增大,破碎重量增加.     

静载荷与循环冲击组合作用下岩石损伤本构模型研究

建立合理的损伤本构模型,对研究岩石在静载荷与循环冲击组合作用下的动态力学性能具有重要的意义. 首先,基于静载荷与循环冲击组合作用下岩石的损伤累积演化模型,结合岩石弹性模量与累积损伤变量的关系,将循环冲击次数引入岩石损伤本构关系中. 接着,假设岩石微元体强度服从Weibull分布,将统计损伤模型和黏弹性模型相结合,并根据Drucker-Prager破坏准则,建立有轴压有围压时循环冲击作用下岩石的动态损伤本构模型.进而,利用岩石动静组合加载试验数据验证损伤本构模型的正确性和可行性. 最后,研究模型中参数对循环冲击过程中应力-应变曲线的影响规律.结果表明,建立的岩石损伤本构模型较好地与试验数据吻合,能较好地反映具有静载荷的岩石在循环冲击过程中的本构关系.岩石的弹性模量、黏性系数等参数对循环冲击时岩石的应力-应变曲线影响较大;而岩石的摩擦角和泊松比等对具有三维静载岩石的冲击疲劳应力-应变曲线影响较小. 循环冲击过程中,岩石的非均匀度逐渐增加. 研究结果有益于完善静载荷与循环冲击组合作用下岩石动态疲劳力学理论体系.      

静载荷与循环冲击作用下岩石损伤变量定义方法的选择

选择合理参数定义损伤变量,对研究静载荷与循环冲击组合下岩石的损伤演化特性具有重要的意义.基于动静组合加载实验装置,对岩石开展静载荷与循环冲击组合加载试验,根据试验结果并依据现有定义静载荷作用下岩石或混凝土损伤变量的方法,从能否表征岩石动态疲劳力学性能的演化规律、第1次冲击造成的损伤以及最终的合理损伤等3个角度,对定义岩石损伤变量的参数进行选择研究.结果表明,残余应变和波阻抗可以定义静载荷与循环冲击组合作用下岩石的损伤变量;与波阻抗相比,残余应变计算损伤变量受主观因素影响较大.     

冲击载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究

运用数值模拟方法研究了冲击载荷作用下的岩石微观结构特性变化,通过对岩石内部应力分布及裂纹分布图可以得出冲击载荷破岩时岩石内部在垂直方向产生一个拉应力区和一个压应力区,刀具下方的拉应力最大;中间裂纹扩展速度比径向和侧向裂纹都要快,裂纹面呈三角形状。在多功能试验装置上对花岗岩进行冲击载荷破岩试验,试验结果表明:单纯提高冲击载荷对破岩效果不会有很大的提高,存在一个最佳破岩冲击能(63J)。     

浅谈爆破对地压的影响及其控制措施

目前,采矿工程大部分都需要采用凿岩爆破方法完成。因而矿井巷道围岩频繁地承受着重复振动的冲击动载荷作用,其结果产生了动应力,当这种动应力大于岩石强度时,围岩被破坏失去稳定性产生地压。本文就爆破与地压的关系,以及在不影响爆破效果的前提下,探讨如何最大限度地减小爆破引起     

冲击载荷下车架结构瞬态响应分析

利用三维建模、动力学仿真及瞬态结构强度分析等方法,模拟车架在正弦波型的冲击载荷作用下的瞬态响应,根据仿真结果分析发现,车架应力随冲击载荷变化而变化,且存在延迟响应的现象。冲击载荷的残余振动对车架的安全性有很大影响,可以通过针对振动源、传播途径和对象三个方面入手抑制车架振动。     

轧机主传动系统扭振建模及分析

该数学模型考虑了减速器齿轮的啮合刚度对系统的影响,并通过计算得到系统的用保守系统拉格朗日方程建立了某铝带热轧机主传动系统的扭转振动数学模型固有频率和主振型及其对转动惯量和扭转刚度的灵敏度;用模态叠加法计算了系统在冲击载荷作用下的动力学响应,得出了各轴段扭矩放大系数的仿真结果,以判定扭振发生时主传动系统的最大动力载荷。计算发现该轧机主传动系统扭振固有频率分布并不十分理想,有必要进一步优化。分析结果对扭振问题的识别和解决具有指导作用。     

西藏多才玛矿区钻井工艺技术及钻头寿命研究

西藏多才玛矿区地处国家级自然保护区内,近年来钻探工作量大,钻遇地层的岩石研磨性强、硬度高、可钻性级别高,钻头寿命低。为了规范多才玛矿区钻井施工工艺,为后续施工提供参考和帮助,对矿区主要岩石的硬度、可钻性、研磨性进行了测试分析,并采用对模型的回归分析法统计影响钻头寿命的因素。测试分析结果表明:多才玛矿区主要岩石可钻性级别介于7～10级之间;莫氏硬度介于5～8之间;研磨性等级介于5～7级之间。回归分析结果表明:在调查范围内,孔深、转速和泵压和钻头寿命呈正相关性;胎体硬度、可钻性分级、钻压、泵量和钻头寿命呈负相关性。胎体硬度、可钻性分级、钻压、泵量对钻头寿命的影响程度大;孔深、泵量、转速对钻头寿命的影响程度小。     

钻探工程中冲击载荷下冲击功和破碎比功理论模型研究

冲击荷载作用下破碎岩石是钻探工程中常用的碎岩方法之一。为了减少坚硬脆性岩层中的钻头磨损和提高冲击碎岩效率,本文针对动载碎岩原理和冲击碎岩效果,开展了其理论模型公式研究和分析。探讨了动静载碎岩效果的区别,详细分析了影响冲击碎岩效果的因素中的冲击功和破碎比功,基于岩石破碎比功建立了破碎体积的解析计算模型,这一研究的开展对于冲击钻进技术应用质量的提升,起到了有效的促进作用。     

冲击荷载对具有轴向静应力红砂岩应力波传播速度的影响特性

岩体工程爆破开挖时,距爆源不同距离处的围岩体承受不同大小的冲击荷载和地应力。为研究冲击荷载和地应力对岩石应力波传播速度的影响,利用改进SHPB试验装置对红砂岩进行应力波传播试验,设置7个等级的轴向静应力和冲击速度,分别模拟工程中的地应力和冲击荷载大小。基于试验得到入射波和透射波起跳点的时间差,计算岩石的应力波传播速度,得到静应力和冲击速度对应力波传播速度的影响规律。构建岩石应力波传播速度与冲击速度的关系经验模型,探索拟合参数随轴向静应力的变化规律。通过测量冲击试验后岩石的声波波速,得到受载后岩石声波波速随冲击速度的变化规律,探究动载荷对岩石应力波传播速度的影响机理。研究结果表明,具有轴向静应力岩石的应力波传播速度随冲击速度的增加先增大后减小,二者呈高斯函数的变化关系。轴向静应力显著影响应力波传播速度与冲击速度的变化关系,各个拟合参数随着轴向静应力的增大呈现不同的变化趋势。在不同的轴向静应力工况下,受载后岩石的声波波速随着冲击速度的增大呈现“平缓减小—急剧减小”的变化趋势。研究结果有助于分析深部工程岩体爆破开挖应力波的传播规律以及邻近结构的稳定性分析。     

岩石动载强度与岩石可钻性

作者在进行冲击载荷下岩石破碎力学性质的实验与理论研究中发现:由于不同岩性的岩石对应变率敏感度的不同,导致了它们各自的动载强度与静压强度比值的差异。据此,本文分析了用以静压强度为基础的普氏系数进行可钻性分级时的不足之处,并提出了改进措施。     

偏心刮刀钻头在扩孔中的运用

本文以某机场载荷试验反力系统的锚标语扩孔为例介绍了偏心刮刀钻头的结构，工作原理及应用。实践证明，偏心刮刀钻头适用于土层和软弱、半坚硬岩石，具有低成本，高效率的优点，是一种值得推广的钻具。     

液压缸非线性刚度的轧机辊系振动分析

 为了解四辊轧机在轧制过程中液压缸的非线性刚度约束作用,建立了非线性刚度作用下的轧机辊系两自由度垂直振动动力学模型。依据达朗贝尔原理得到含有液压缸非线性刚度的轧机辊系垂直振动方程,运用平均法求得振动系统的幅频响应。以轧机的实际参数为例,分析液压缸非线性刚度、外激励对轧机系统幅频响应的影响,并研究在不同非线性刚度下的轧机振动行为。结果表明,液压缸非线性刚度越大,轧机系统越不稳定;液压缸非线性刚度较弱时,轧机振动行为会逐渐收敛于稳定,液压缸非线性刚度较强时,轧机振动行为会处于不稳定状态,并且出现发散现象,这为抑制轧机振动提供了理论参考。     

不同地应力下爆破振动效应分析

为研究岩石在不同地应力下的爆破振动效应,选择经验证过的岩石本构,利用ANSYS/LS-DYNA隐式—显式序列求解方法,对不同侧压力系数下岩石爆破过程进行数值分析。分别构建了侧压力系数为0.1、0.5、1.0、2.0、4.0条件下的计算模型,数值模拟结果表明：初始地应力对爆破有较强的抑制作用,岩石破碎区受侧压力系数的影响较小,爆破裂纹优先向较大的地应力方向延伸;岩石质点振动速度峰值（PPV）到达时间不受侧压力系数的影响;当侧压力系数小于1.0时,水平方向的质点振动速度峰值大于竖直方向;当侧压力系数大于1.0时,竖直方向的质点振动速度峰值大于水平方向。     

60-110E半移动破碎站结构模态分析

振动特性是反映结构动力响应的重要参数。它不受外加荷载的影响,仅与结构本身的形式、尺寸、材料有关。模态分析可以确定结构的振动特性,包括自振频率、周期和振型。为了防止结构在外加载荷的作用下发生共振,在有限元软件ANSYS中采用Block Lanczos模态提取法,对太原重工股份有限公司开发的60-110E半移动破碎站进行了模态分析,以此来判断破碎站钢结构的整体布置是否合理,以及整体刚度是否满足要求。     

交变振动载荷下Al2O3陶瓷钢摩擦副的摩擦磨损性能

在Al2O3陶瓷/45号钢摩擦副的工作过程中,摩擦副上的载荷不是单一的静载荷加载,而是复杂的振动载荷加载.在新型振动摩擦磨损试验机上采用环一块接触摩擦方式,研究Al2O3陶瓷与45号钢在交变振动载荷条件下的摩擦磨损性能,并与静载荷下的磨损性能进行对比;对陶瓷磨损表面进行扫描电镜观察与能谱分析.结果表明:在于摩擦条件下,交变振动载荷下的磨损量比正常载荷条件下的磨损量要大;交变振动载荷下氧化铝磨损表面产生微裂纹,氧化铝陶瓷的磨损机理是脆性断裂、磨粒磨损和犁沟磨损.在加载交变振动载荷与加载载荷条件下,氧化铝陶瓷磨损表面均覆盖一层金属转移膜,其主要成分为铁的氧化物.     

高静应力和频繁动力扰动共同作用下矽卡岩动力学特性

为进一步揭示深部岩体受到开挖爆破等动力作用时的破坏机理,利用基于SHPB装置的动静组合加载试验系统,首次对中高应变率下矽卡岩在高静应力和频繁动力扰动共同作用时的变形特性、能量规律、破坏模式等进行了研究.随着冲击次数的增加,岩石的弹性模量先增大后减小,而每次冲击时的最大应变整体表现出先减小后增大的趋势,最后一次冲击时弹性模量骤降,最大应变突增,岩石试样发生破坏.单位体积岩石能耗为负值,说明在冲击动载的作用下岩石试样表现出释放能量的特性,这是由于高静应力作用产生的弹性应变能受动力冲击作用诱导而释放;随着冲击次数的增加,单位体积岩石释放的能量先增大后减小.结构致密、强度较高的矽卡岩试样随冲击次数的增加表现出劈裂破坏模式.      

齿轮裂纹对动载荷谱的影响

基于摩擦学和齿轮系统动力学,同时考虑到轮齿摩擦、时变啮合刚度、偏心质量和综合误差的影响,创建了齿轮传动系统六自由度耦合动力学模型.利用自适应及变步长数值仿真方法对其进行了非线性振动研究,比较了完好齿轮与带裂纹故障齿轮的振动特性,分析了齿根裂纹对齿轮传动系统载荷谱的时域特性、频域特性和时频特性的影响.      

空气潜孔锤在水文水井钻探中的应用

空气潜孔锤是一种利用压缩空气驱动的气动冲击器。其冲击能量和冲击频率可直接传给水钻(水井钻机,以下简称水钻)系统的钻头,由水钻和钻杆的转动驱动,同时利用水钻中的压缩空气冷却工件,将破碎的岩石从孔洞中取出。因此采用气动钻井系统就可以达到井底冲击旋转钻进的目的。另外,鉴于传统的施工方式,空气潜孔锤不适用于矿山钻孔结构的施工中,结构的稳定性和耐久性较低。因此,空气潜孔锤在矿山钻孔中的应用是该工程的委托施工矿用凿岩结构可以提高凿岩效率,降低凿岩成本;通过选用矿用凿岩建筑物冲洗液,可以满足空气潜孔锤钻进技术对低粘度、低密度、低剪切、高润滑能力的要求和矿用凿岩建筑物对地层护壁的要求。设计实例分析表明,该设计方法的可持续性显著高于对照组,说明该设计方法具有较好的设计可靠性。