液压支架双伸缩立柱落锤冲击特性仿真分析

为掌握冲击载荷作用下液压支架立柱及其安全阀的冲击特性及流量匹配规律，在分析落锤冲击载荷及立柱结构的基础上，以某型液压支架双伸缩立柱为例建立了其落锤冲击模型及AMESim仿真模型，并对其冲击特性进行了分析。研究结果表明：在冲击载荷作用下，活柱由于底阀的存在无法实现位移缩让，在介质压力能的作用下会形成上下振动，中缸由于安全阀可以产生较大的瞬间冲击流量实现缩让，不易形成位移振动；而当存在2次冲击时，第2次冲击产生的立柱冲击压力比第1次冲击产生的压力大；且随着安全阀流量压力梯度的增加，大缸及中缸的第1次冲击压力都是逐渐减小，而第2次冲击压力存在先减小后增大的趋势。     

落物冲击下煤矿胶轮车驾驶室上部结构优化

为提高煤矿胶轮车驾驶室结构安全性能,以 WC8E 系列胶轮车驾驶室为例,对其进行 11 600 J 冲击能量的落锤撞击试验,并以落锤冲击力峰值为静态载荷条件,对驾驶室上部结构进行拓扑优化,确定了驾驶室上部结构满足传力路径的结构布置方案。随后采用粒子群与人工鱼群融合的优化算法,对驾驶室上部加强梁结构参数进行了多目标优化设计。结果表明:优化后驾驶室上部结构最大变形量降低 35.84%,质量降低 41.90%,在满足驾驶室安全性的同时,实现了结构轻量化。     

煤矿救生舱防爆性能分析

通过有限元分析软件分析了一台煤矿救生舱在爆炸载荷作用下的应力、应变及能量变化规律。结果表明,10 mm厚的外壳焊接5号槽钢的结构可以抵抗0.6 MPa以上的爆炸载荷冲击。舱体前面板的位移随着载荷增大而增大,爆炸载荷峰值0.6 MPa时,前面板中心最大位移1.47 mm,载荷卸除后,位移缓慢衰减。整个舱体的内能、应变能、动能的变化规律与位移相同。     

真三轴条件下卸载速率对砂岩力学行为和能量演化的影响研究

通过真三轴流固耦合试验系统对砂岩进行真三轴加卸载试验，研究不同最小主应力方向卸载速率对砂岩试件的力学行为和能量演化特性的影响。试验结果表明：随着卸载速率增加，体积最大压缩量减小，达到最大压缩量所需的最大主应变也减小；卸载速率增加使岩样中间主应力系数增加，而静水压力和剪切应力值均减小；随着卸载速率增加，峰值处总能量下降，弹性能呈现出先增加后趋于平稳的趋势，耗散能呈下降趋势。试验开始到最大压缩点之前为阶段Ⅰ,最大压缩点之后到峰值处为阶段Ⅱ。随着卸载速率增加，在阶段Ⅰ中，耗散能转化速率增加程度较低，岩样变形以弹性为主；在阶段Ⅱ,耗散能转化速率增加程度较高，岩样变形以塑性为主。研究结果对控制岩石变形和破坏具有指导意义。     

循环冲击状态下砂岩力学及损伤特性研究

为研究循环冲击状态下砂岩力学及损伤特性,本文采用分离式Hopkinson压杆试验装置对红砂岩进行不同入射幅值的循环冲击试验,通过Weibull分布统计损伤模型分析了红砂岩损伤演化规律。研究结果表明,以90MPa入射应力进行循环冲击试验时,随着循环冲击次数的增加,动态强度先增大后减小,最大应变以及平均应变率则先减小后增大,第一次冲击有助于提高红砂岩的抗压强度;随着入射幅值的增大,当以100MPa、110MPa、120MPa入射应力冲击时,动态强度、变形模量和循环次数逐渐减小,最大应变和平均应变率逐渐增大。基于Weibull分布的损伤模型可以反映此材料的损伤演化特性,累积损伤随着冲击次数的增加而增大,累积单位体积吸收能与累积损伤规律具有较好的一致性,岩样出现失稳破坏为大块时的累积损伤值在0.8左右,没有明显的变化。研究结果为矿山岩体安全防护及正确评价岩石稳定性提供理论依据。     

一维动静组合加载下充填体动力学性质试验研究

充填采矿法二步回采时，充填体矿柱不可避免地受到爆破振动的扰动。开展对其动力学特性的研究对实现二步矿柱安全高效回采具有重要的理论意义和工程价值。以尾砂胶结充填体为研究对象，选取不同轴压水平，开展不同应变率的SHPB动载单轴冲击试验，对一维动静组合加载下充填体的动静组合加载强度、变形特性、能量传递规律和破坏模式进行了分析。研究表明：①在应变率近似相同的情况下，充填体试样的动态强度会随着轴向载荷的施加而呈现先增大后减小的趋势，而在轴向载荷相同的情况下，充填体试样的动态强度随着应变率的增加而增加，两者显现了较强的相关性；②充填体试样冲击试验应力-应变曲线主要分为3个阶段：弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段，没有明显体现出压密阶段，并且充填体试样在低应变率条件下并不敏感；③吸收能随入射能的增加，整体呈现增加趋势，但是增加幅度略有降低，单位体积吸收能随应变率的增加而逐渐增加，透射能的增量随入射能的增加逐渐减小；④常规SHPB情况下，充填体试样的破坏模式为拉伸破坏，组合加载条件下，充填体试样的破坏模式主要为压剪破坏。     

循环冲击下砂岩力学及损伤特性研究

为研究循环冲击状态下砂岩力学及损伤特性,采用分离式Hopkinson压杆试验装置对红砂岩进行不同入射幅值的循环冲击试验,通过Weibull分布统计损伤模型分析了红砂岩损伤演化规律。研究结果表明：以90 MPa入射应力进行循环冲击试验时,随着循环冲击次数的增加,动态强度先增大后减小,最大应变以及平均应变率则正好相反,第一次冲击有助于提高红砂岩的抗压强度;随着入射幅值的增大,当以100 MPa、110 MPa、120 MPa入射应力冲击时,动态强度、变形模量和循环次数逐渐减小,最大应变和平均应变率逐渐增大,基于Weibull分布的损伤模型可以反映此材料的损伤演化特性,累积损伤随着冲击次数的增加而增大,累积单位体积吸收能与累积损伤规律具有较好的一致性,岩样出现失稳破坏为大块时的累积损伤均在0.8左右,没有明显的变化。研究结果为矿山岩体安全防护及正确评价岩石稳定性提供理论依据。     

一维动静组合加载下充填体动力学性质试验研究

充填采矿法二步回采时，充填体矿柱不可避免地受到爆破振动的扰动。开展对其动力学特性的研究对实现二步矿柱安全高效回采具有重要的理论意义和工程价值。以尾砂胶结充填体为研究对象，选取不同轴压水平，开展不同应变率的SHPB动载单轴冲击试验，对一维动静组合加载下充填体的动静组合加载强度、变形特性、能量传递规律和破坏模式进行了分析。研究表明：①在应变率近似相同的情况下，充填体试样的动态强度会随着轴向载荷的施加而呈现先增大后减小的趋势，而在轴向载荷相同的情况下，充填体试样的动态强度随着应变率的增加而增加，两者显现了较强的相关性；②充填体试样冲击试验应力—应变曲线主要分为3个阶段：弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段，没有明显体现出压密阶段，并且充填体试样在低应变率条件下并不敏感；③吸收能随入射能的增加，整体呈现增加趋势，但是增加幅度略有降低，单位体积吸收能随应变率的增加而逐渐增加，透射能的增量随入射能的增加逐渐减小；④常规SHPB情况下，充填体试样的破坏模式为拉伸破坏，组合加载条件下，充填体试样的破坏模式主要为压剪破坏。     

深部巷道冲击相似试验装置研究

随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压灾害呈现越来越严重的发展态势，给煤矿安全生产和矿工的生命安全造成了极大的威胁。深部巷道开挖相似试验台的设计搭建成为国内外学者研究的难题之一，在测试高空落锤对巷道影响的模拟试验时，由于落锤砸到承压柱后弹起，造成二次冲击而影响实验结果。为了解决该问题，基于巷道冲击地压灾害机理，模拟冲击地压瞬间释放对巷道造成的破坏，设计出一种落锤下落时可以顺利下落、当落锤弹起再次落下时会被托住的试验系统，从而防止巷道冲击试验中落锤的二次撞击，较好地实现了巷道的动态加载。     

基于显式有限元法的地下铲运机FOPS研究

为了研究地下铲运机FOPS的抗冲击性能,采用显式有限元法仿真模拟了FOPS受落锤冲击的试验过程。以某地下铲运机为例,首先建立了FOPS和落锤的有限元模型,确定了有限元模型的边界条件及加载方法,然后分析了FOPS受落锤冲击过程中的能量转换关系、冲击变形及应力分布情况。仿真结果表明:FOPS的抗冲击性能满足标准ISO 3449要求,并给出了FOPS的结构改进建议。     

基于碰撞国标的旋挖钻机驾驶室仿真分析与优化设计

以卡特 GC 挖掘机底盘的全电控液压旋挖钻机驾驶室为研究对象，根据国标 GB/T 17771—2010 要求，采用 CAE 仿真分析，用大能量球撞击驾驶室前顶、后顶，得出应力分布云图、塑性应变分布云图以及位移变化曲线，并根据实际工况对驾驶室增设防护装置。对驾驶室结构进行试验球撞击测试、压顶测试、加载板加载侧压测试的仿真，仿真结果表明，驾驶室变形后没有任何部位侵入 VDL 区，驾驶室车身整体工艺及性能完全符合国标要求。     

不同动载对煤岩块的破坏作用数值模拟

以HJC本构模型进行数值模拟,分析动载作用下煤岩块的应力场、应变场及能量场动态变化过程。结果表明:载荷变化率的改变对煤岩块的破坏形态影响最大,其次是载荷的最大压力值,最后是作用时间;5种载荷压力形式下,煤岩块的动能、内能和总能量3种能量随时间变化趋势一致;煤岩块未破坏时,3种能量随时间增加;煤岩块发生破坏时,动能最终降为0,内能有所降低;煤岩块破坏越严重,3种能量降低的程度越大。煤岩块达到临界应力时只是发生轻微破坏,随后达到最大总能量时才发生严重破坏。压力和作用时间达到一定值时煤岩块才发生破坏,载荷变化率方向的改变增大了煤岩块的破坏能力。     

鼠笼式煤矸分离装备破碎杆动态特性研究

为避免鼠笼式选择性煤矸分离装备破碎杆屈服变形,利用显示动力学分析软件LS-DYNA对不同杆径和杆长破碎杆受冲击过程进行了动力学仿真,根据仿真结果可以看出:约束处最大应力和被冲击点最大应力、应变与杆径呈指数关系;约束处最大应力和被冲击点最大应力、应变与杆长之间呈二次函数关系。     

30 000 J多功能落锤冲击试验机研制及应用

为深入研究冲击地压巷道锚杆支护材料的抗冲击力学性能，自主研制了30 000 J多功能落锤冲击试验机。该试验机由主机框架、抓脱锤装置、提升装置、锤体组件、液压缓冲装置、安全防护装置及电气装置等部分组成，可实现锚杆、锚索、托板及金属网等多种支护材料全尺寸动态力学性能测试和锚固岩体相似模型的冲击试验。选取了冲击地压煤矿常用的锚杆支护材料，初步开展了支护材料动态力学性能测试，测试结果表明：动载下锚杆颈缩不明显，表现出明显的脆性。随着冲击能量的增加，锚杆的冲击力峰值逐步增加，而延伸率大幅度降低；锚索受动载后钢丝易散开，外侧的钢丝更容易出现破断，破断位置通常位于夹具区域。动载作用下锚索的强度略有提高，而延伸率却大幅度降低，锚索的断后伸长率约为其静载的1/2;动载下拱形托板冲击力曲线具有明显的平稳震荡阶段，托板的冲击力峰值要明显大于其静载，变形量与静载基本相同，拱部结构在动载下能平稳变形吸能；随着冲击能量的增加，菱形网的冲击力峰值逐步增加，而变形量先增加后减小，菱形网具有很好的缓冲性能。多功能落锤试验机的研制为冲击地压巷道支护材料的动态力学性能测试提供了手段，为不同冲击危险性巷道的锚杆支护材料选取和...     

锚杆侧向冲击载荷下动力响应及抗冲击机理

为了研究冲击载荷作用下锚杆的动态力学性能,测试了5种不同材质的锚杆杆体力学参数。采用自由落锤冲击实验装置对不同锚杆进行了侧向抗冲击性能实验,分析了侧向冲击载荷下锚杆的动力响应。进行了5种不同冲击高度的侧向抗冲击实验,得到不同冲击高度下不同锚杆的冲击动态响应曲线,锚杆表面轴向的应变时程曲线,冲击作用点的力-位移时程曲线。研究发现,在相同冲击能量下,锚杆冲击吸收功越高冲击峰值载荷越小,冲击作用时间随着冲击高度增大逐渐减小;冲击吸收功越高,锚杆应变峰值及残余应变越大;不同锚杆冲击力峰值和最大位移明显不同,峰值强度和最大位移越大,破断能越大。对锚杆抗冲击机理进行了研究,发现控制材质中有益及有害元素含量,可提高锚杆的抗冲击性能。测试了断口组织和金相组织,得到锚杆冲击吸收功越高,晶粒度级别越高的结论。     

霍普金森杆冲击加载煤样巴西圆盘劈裂试验研究

为研究煤样动态拉伸变形破坏特征,利用分离式霍普金森杆冲击加载系统,对煤样进行冲击条件下巴西圆盘劈裂试验,探讨了冲击速度和煤样中层理倾角对煤样动态抗拉强度、破坏应变及应变率的影响;并通过高速相机和数字散斑图像分析方法,对样品的动态劈裂及表面应变场变化过程进行了初步分析。研究表明:冲击速度和层理倾角对煤样动态拉伸破坏特征有明显影响。冲击速度越大,煤样动态抗拉强度则越大,但其随冲击速度增加的幅度逐渐减小;样品破坏应变在冲击速度为3.5 m/s时出现最大值。在冲击速度相近的情况下,层理与加载方向夹角相垂直时,样品的破坏应变相对较大,而应变率则最小。抗拉强度随层理倾角波动变化。在层理倾角与加载方向平行或非垂直时,煤样主要表现为拉伸破坏;在层理与加载方向非平行或非垂直时,样品表现出基质的拉伸和层理的剪切破坏相伴生。     

冲击载荷下灰岩的动力学特性及能量耗散规律

应用分离式霍普金森压杆实验装置,开展不同冲击速度与冲击次数作用下灰岩动力学特 性研究,并 结合核磁共振试验结果综合分析能量耗散规律及其原因。结果表明：不同冲击速度下灰岩轴向 应力随轴向应变 增加呈现出陡增—线性增加—非线性增加—快速跌落的变化趋势,不同冲击次数下的变化规律 与之类似,仅缺少 陡增阶段;随冲击速度增加,灰岩中峰值应力与变形模量基本上都随之线性增加;随冲击次数 增加,灰岩中峰值应 力先增加后减小,变形模量随之减小;灰岩发生劈裂破坏的条件是冲击次数为 3、冲击速度大 于 12.34 m/s 或者冲击 速度为 3.8 m/s、冲击次数大于 15;灰岩变形破坏典型阶段依次为端部裂缝生成阶段、裂缝 扩展并伴有微小块体崩 落阶段、裂缝快速延伸并劈裂破坏阶段;冲击载荷下灰岩变形破坏过程的本质是累计损伤诱致 灾变的过程;冲击 载荷作用下灰岩耗散能随冲击速度和冲击次数的增加而增加。研究成果可为金属矿山灾害防治 与安全高效开采 提供借鉴。     

真三轴卸荷条件下砂岩力学特性和剪切变形带预测模型

中间主应力和卸载作用对岩石剪切破坏特性具有重要影响。基于多功能真三轴流固耦合试验系统，开展不同中间主应力条件下砂岩加载和卸载破坏试验，分析其变形特征和强度特性，通过建立本构关系和剪切变形带角度预测模型，研究2者对剪切变形带角度的影响规律。试验结果表明：随着中间主应力增加，岩样峰值处偏剪切应力增加，且卸载条件下增幅较小；岩样最大压缩点呈现先增加后趋于稳定的趋势，达到最大压缩点后，加载条件下岩样体积应变由膨胀逐渐变为压缩，而卸载条件下均呈膨胀趋势。随着中间主应力增加，岩样偏剪切应变陡增，卸载条件下陡增提前。在峰值处，卸载条件下应力Lode角和应变Lode角均比加载条件下的大，且2个条件下2类Lode角的差值随中间主应力增加而增大。中间主应力和卸载作用可以通过应力Lode角反映岩石屈服特性，通过应变Lode角反映岩石内部裂隙演化方向。采用等效塑性应变表征内摩擦角和剪胀角，建立由三应力不变量构成的硬化本构关系；引入相关流动法则，构建剪切变形带角度预测模型。对比试验值，发现模型预测效果良好。随着中间主应力增加，变形带角度先减小随后趋于稳定；而卸载作用会减小变形带角度，并受中间主应力影响，角度减小...     

早龄期混凝土动态力学性能实验研究

采用75 mm 的SHPB 实验装置对5种不同龄期的C20和C40混凝土分别进行单次和重复冲击实验,从养护龄期和应变率两方面系统研究了冲击荷载作用下早龄期混凝土的力学性能。单次冲击实验结果表明:相同应变率条件下混凝土的动态抗压强度与龄期呈对数关系,峰值应变随应变率的增加而增大;每一龄期的单轴抗压强度与应变率为幂函数关系,峰值应变则随冲击龄期的增加而减小。重复冲击实验结果表明:龄期小于3 d 的混凝土试件受到冲击作用,达到标准养护龄期后其变形能力有所减弱,龄期超过5 d后,早期冲击作用则使其变形能力增强;当首次冲击的应变率超过25s-1,达到标准养护龄期后混凝土的动态抗压强度随早期冲击应变率的增加而减小,龄期越大,降低幅度越大。结合C20和C40混凝土实验结果分析认为,混凝土强度等级越低,其力学性能受应变率和冲击龄期的影响越大。     

冲击荷载下煤系砂岩应变率效应及能量耗散特征

在煤矿巷道掘进过程中,巷道围岩在动载作用下变形将会增大,为研究煤系砂岩在冲击荷载作用下的力学特性及能量耗散,以河南陈四楼煤矿巷道围岩中的砂岩为研究对象,利用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆试验装置对煤矿砂岩开展单轴单次冲击压缩试验和循环冲击压缩试验,对冲击荷载作用下煤矿砂岩的应变率效应、能量耗散特征和破坏模式等进行分析。研究结果表明:在单轴单次冲击荷载作用下,随着平均应变率的增加,砂岩试样的峰值应力和峰值应变均增大,割线模量逐渐降低,砂岩试样的塑性增加,强度提高;且峰值应变与平均应变率呈线性递增关系,峰值应力近似与平均应变率的1/3次幂呈递增关系;随着平均应变率的增加,砂岩试样的单位体积吸收能呈线性增加趋势,且试样破碎程度不断增大,在压应力持续作用下砂岩试样内部裂纹不断交叉扩展,沿轴向发生劈裂破坏。在循环冲击荷载作用下,随冲击荷载作用次数的增加,砂岩试样的平均应变率和峰值应变均逐渐增大,峰值应力、割线模量和第2类割线模量均随着冲击次数的增加而逐渐降低;在固定冲击气压下进行循环冲击时,随着冲击次数的增加,入射能基本保持不变,反射能和吸收能均逐渐增大,透射能逐渐减小,砂岩试样的单位体积...