声发射及CT在煤岩体裂纹扩展实验中的应用进展

声发射技术和CT扫描技术是监测煤岩体裂纹扩展的重要手段。概述了声发射及CT扫描实验在煤岩体领域的发展历程和应用现状。结合声发射技术与CT扫描实验的优点,提出声发射与CT相结合进行煤岩体实验的研究方向,以便于有效结合煤岩体内部裂纹变化情况进行煤岩体裂纹扩展机理的研究,为进一步研究煤矿冲击地压的发生机理提供理论依据。     

基于振动与声发射融合的采煤机截割部故障诊断研究

采煤机截割部传动齿轮的工作状态影响着传动系统的工作效率。对齿轮故障监测与诊断进行研究,采用CATIA建立故障齿轮模型,利用仿真软件ADAMS与COMSOL仿真齿轮啮合瞬间产生的振动与声发射信号,对信号进行特征提取,采用BP神经网络对采煤机截割部齿轮故障进行诊断。仿真结果表明,振动与声发射融合对微小齿轮裂纹的识别具有较高准确性,对采煤机故障诊断具有一定的指导意义。     

单轴压缩条件下岩石声发射特性的实验研究

采用SDAES型数字声发射仪和岩石参数动态测试系统,对云南大红山铜矿2组岩石进行了单轴压缩条件下的声发射实验,研究岩石在单轴加载过程中声发射活动随时间和应力、变形等内在规律,比较2组岩石声发射规律的异同,在此基础上分析了岩石的破坏机理。实验结果表明：2组岩石声发射活动规律大体相同。除加载初期外,岩石声发射活动与试样体积变形间有较好的关联性,岩样中裂纹形成和原有裂纹扩展是造成岩石声发射活动与试样体积变形的主要原因。岩石破坏过程中岩石的声发射率和能率不完全一致,声发射能率的变化规律较声发射率表现得更加敏感,更适合用来预测岩石的破坏。     

岩石声发射源机理的激振模型研究

半岩石裂纹产生时的声发射源筒经为振弦的振动，推导出振动方程并求解，得到了声发射频率与裂纹长度，声发射振幅与裂纹宽度之间的关系，与实验结果相符合，结论作为预警岩体破坏的准则有重要参考价值。     

基于声发射能量值的煤岩试样损伤分析

试样内部微裂纹在压力作用下的萌生、分叉、扩展及贯通,最终导致了试样的破坏。声发射检测系统能实时检测获得试样在变形破坏过程中声发射信号,获得的声发射特征参数也因此包含了煤岩试样变形破坏过程中大量的损伤信息。通过利用试验获得的声发射特征参数对岩石变形破坏过程的损伤进行分析研究,得出岩石的声发射现象与岩石的损伤有密切关系。     

岩石声发射源机理的激振模型研究

将岩石裂纹产生时的声发射源简化为振弦的振动，推导出振动方程并求解，得到声发射频率与裂纹长度、声发射振幅与裂纹宽度之间的关系，与实验结果相符。结论作为预警岩体破坏的准则有重要参考价值。     

岩石剪切破裂过程中裂纹扩展的声发射特征研究

声发射技术可以用来实时监测岩石内部的裂纹扩展活动。裂纹扩展过程中所产生的应力波被声发射探头捕捉到之后,会产生具有不同特征的声发射信号。研究了直角剪切试验过程中不同种类岩石的声发射信号特征,得到结论:岩石破裂过程中声发射信号的累计能量与岩石破裂所需能量呈正相关性,可以用声发射累计能量来衡量岩石的破裂能量大小;可以用声发射信号的频率和持续时间来划分声发射信号,不同类型的声发射信号对应不同级别的裂纹扩展活动。     

层状黑云变粒岩的波速模型及声发射定位新方法

为了提高层状黑云变粒岩破坏过程中声发射源的定位精度,建立了一种适用于该类岩石的各向异性波速声发射源定位方法。首先,通过波速测量结果构建了各向异性波速模型;然后,建立声发射定位目标函数,并采用直接网格搜索法进行优化求解;最后,通过单轴压缩条件下的层状黑云变粒岩声发射实验,对单一波速的传统定位法和该定位方法进行了验证。研究结果表明：该定位方法具有较高的精度,误差较单一波速的传统定位法减少了约4 mm,可以为研究层状黑云变粒岩破裂过程中裂纹时空演化规律提供技术基础。     

红砂岩单轴压缩破坏的声发射信号及时空演化特征

针对红砂岩在单轴压缩下的变形损伤规律和破裂失稳机理,进行了红砂岩单轴压缩的声发射定位实验研究。结果表明:加载过程中声发射信号随时间的变化特征能够反映出红砂岩的张拉破坏模式,声发射定位点首先在岩样的下部产生,随时间的变化定位点数不断增加,并逐渐向上扩展至整个试件,且下部产生的定位点数比上部密集,红砂岩最终发生劈裂破坏,声发射定位点主要集中在裂纹附近;随着有大裂纹的产生,红砂岩临近破坏时声发射定位有突增的特点。研究结果反映了岩样内部裂纹产生和扩展的空间位置以及三维空间演化过程,为研究红砂岩破裂失稳机理提供了依据。     

单轴压缩煤岩裂纹开裂扩展演化特性实验研究

通过对煤岩进行单轴压缩实验,借助声发射和数字图像处理技术,对单轴压缩条件下煤岩的裂纹开裂扩展特性进行系统研究。研究结果表明:煤岩破裂过程中裂纹扩展具有阶段性的特征,其演化特征和载荷、声发射的阶段性变化有良好的同步性;煤岩破裂过程中裂纹由内向外扩展,峰值应力前,内部损伤累积到一定程度,岩石内部裂纹萌生,并逐步向岩石表面扩展;煤岩最终破坏时出现的多条宏观裂纹在变形过程中开裂扩展趋势基本一致,裂纹形状相似;煤岩微观破裂与宏观断裂之间存在一定的联系,在煤岩处于相对稳定状态时,主要产生以剪切破坏为主的裂纹,在煤岩产生小尺度破坏和宏观可见破裂时,主要产生以张拉破坏为主的裂纹。实验结果揭示了煤岩变形破坏规律,对于煤岩破裂机制研究具有一定的理论意义。     

减速机斜齿轮轴断裂原因分析

某煤矿大型提升机减速机高速斜齿轮轴发生断裂,为找出断裂原因,采用ANSYS软件对斜齿轮轴进行静强度分析,得到其变形和应力分布情况,结合疲劳累计损伤理论法则和疲劳破坏的概念确定该轴的断裂原因是疲劳断裂。     

格里森弧齿锥齿轮动态特性试验研究

重型载货汽车与工程机械的单级驱动桥主减速器,其锥齿轮副多使用格里森制式弧齿锥齿轮,虽然该齿轮副使用广泛,但由于使用工况复杂,环境恶劣,经常会发生疲劳损坏以及断裂,严重影响使用寿命。通过进行格里森弧齿锥齿轮动态特性试验,得到了格里森弧齿锥齿轮的振动和噪声等相关数据,利用MATLAB中的小波和小波包分析法对试验数据进行分析,对改善和延长格里森使用寿命的方法进行了有益的探讨。     

防坠器现场试验及其安全性能评价

介绍了防坠器制动性能的传统检测试验方法,并分析了所存在的缺点,提出了采用防坠器智能检测系统进行性能试验的方法及其优点,并通过现场脱钩试验曲线,得出制动减速度等参数,按照技术标准对其进行性能分析,并提出存在的不足。     

矿用渐开线圆柱直齿轮疲劳试验研究

通过对40Cr材质渐开线圆柱直齿轮进行疲劳寿命实验分析,得到该材质齿轮的有效疲劳实验数据,给出了齿轮寿命的分布预测结果,利用这些数据可以为今后的齿轮抗疲劳设计提供有效地指导,并提出疲劳试验前的数值模拟应用。实验分析结果能确保矿用传动系统的安全可靠运行,从而避免煤矿事故的发生。     

17CrNiMo6钢齿轮断裂原因分析

采用理化检验及Ansys力学模拟分析了某电厂磨煤机减速机中速齿轮断齿的原因。分析表明: 齿轮中2.5级D类夹杂物是导致裂纹产生的主要原因, 齿轮咬合面次表层在受力作用下呈应力集中状态是裂纹萌发的促进因素, 两者的综合作用最终导致齿轮断裂。     

三轴加载充填体围岩耦合体声发射特征研究

根据矿山开采状况设计了三种不同采场规格尺寸的充填体围岩耦合体模型,采用双轴试验机、拟真三轴装置结合声发射系统对耦合体进行了三轴加载下的破裂演化监测,研究了耦合体破裂过程声发射特征。结果表明：AE事件率和AE能量在塑性阶段前处于“平静期”,塑性阶段出现突增现象,突增现象可作为应力峰值附近宏观破裂预警;AE事件率峰值、AE能量峰值随着侧压增加推迟产生,耦合体稳定性随着侧压增加逐渐增强。AE事件率峰值、AE能量峰值随着规格尺寸的增加则与之相反;AE能量峰值随着侧压增加逐渐增大,随着规格尺寸增加逐渐减小。AE能量预警阶段突增值随着侧压增加逐渐降低,随着规格尺寸增加逐渐增大;Kaiser效应出现在耦合体应力峰值的70%～85%范围内,Kaiser效应点对耦合体塑性阶段宏观破裂具有一定的预警作用。研究结果有望为充填体与围岩作用机理研究提供参考。     

斗轮机回转齿轮断齿原因分析

发电厂煤场斗轮机回转齿轮发生断齿,根据成分分析、金相检验、硬度测试以及断口形貌分析的结果,认为由于齿轮表面硬化层中淬火裂纹存在,在运行中受较大冲击后发生了冲击断裂,并对防止淬火裂纹提出了建议。     

低速重载工况下润滑介质对齿轮材料滚动疲劳的影响

根据实际工况简化实验模型并计算确定实验参数,选用20CrMnTi齿轮钢摩擦副在M-2000A摩擦磨损试验机上,并结合实时动态观察磨损形貌和在线监测温度2种手段,开展不同黏度润滑介质工况下20CrMnTi齿轮钢的滚滑摩擦疲劳失效机理研究。结果表明：L-CKD320油摩擦因数、磨损量及温度最小,润滑效果最好;L-CKD150油润滑时摩擦因数、磨损量及温度最大,润滑效果最差;L-CKD150油润滑下,疲劳剥落占主导;L-CKD320油润滑下,点蚀、黏着磨损占主导。     

基于波形互相关的煤岩声发射事件自动识别模型

为了对煤岩破裂产生的大量声发射事件进行快速高效的自动识别,研究提出了一种基于长短时窗法(STA/LTA)的自适应滑动时窗更新方法(SSSW);根据煤岩破裂声发射波形相似性特征,在不断更新的自适应滑动时窗内构建了波形互相关函数,并采用加权最小二乘迭代算法对各通道波形进行时差校正;在时差校正的基础上,构建了声发射波形相似系数求解方程;综合上述研究,最终建立了基于波形互相关的煤岩声发射事件自动识别模型(WCCADM),WCCADM综合了各通道间有效声发射事件和噪声波形振幅、持续时间的相似性和差异性特征对煤岩破裂声发射事件进行自动识别。石灰岩胀裂声发射实验数据验证分析结果表明:SSSW可以根据煤岩破裂声发射事件发生时间间隔及波形持续时间不同的特征自适应地对滑动时窗长度进行调整更新;在自适应滑动时窗内,基于波形互相关函数、时差校正和相似系数方程得到各通道间波形的相似系数,通过设定合理的相似系数阈值能够对煤岩破裂诱发的大量声发射事件进行高效准确的自动识别。     

Fracture toughness testing of core-based specimens by acoustic emission

Recently, a pair of “Suggested Methods for Determining the fracture toughness of rock” have been proposed by the ISRM. The fracture testing methods specify two chevron-notched specimens, the chevron bend (CB) and the short rod (SR). In this study, fracture toughness tests according to the Suggested Testing Methods were conducted on CB and SR specimens of a granite. In addition to these specimens, straight-notched core specimens with three different geometries were tested, using the J-integral approach combined with an acoustic emission technique to determine the fracture toughness. Results from the two testing methods were compared with special reference to specimen geometry compatibility. The fracture toughness determined by the ISRM Suggested Methods showed a specimen geometry effect, and a possible reason for this result was discussed. In contrast, it was shown that the J-iintegral/AE method as applied to the straight-notched specimens provides a suitable evaluation procedure for core-based fracture toughness testing of rock.