菱形楔形混合掏槽爆破的数值模拟研究与应用

为了提高隧道在坚硬岩石条件下深孔爆破的掘进效率,首先提出了菱形楔形混合掏槽技术,计算了掏槽爆破技术参数;然后采用数值模拟研究了混合掏槽的爆破成腔过程及应力波的传播规律,实现了槽腔过程的可视化,并提取了关键部位的有效应力峰值;最后进行了现场应用试验。研究表明:该掏槽方式形成了多级多段掏槽,增加了爆炸应力波对坚硬岩体拉伸压缩破坏的次数,有利于破碎坚硬岩石;菱形掏槽炮孔侧面单元的有效应力峰值上下波动小,能量分布平均,能减弱炮孔过长引起的岩石夹制作用,形成稳定成型的槽腔;经测试,平均炮孔利用率达到了94%,验证了菱形楔形混合掏槽爆破参数的合理性。     

硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究

为解决硬岩巷道深孔掘进爆破受岩石夹制作用大、爆破效率低、循环进尺小、采掘比例严重失调等问题,采用LS-DYNA软件数值模拟和模型试验方法对深孔直眼掏槽爆破进行分析,包括四角九孔掏槽、双空孔菱形掏槽和复式筒形掏槽。根据岩石爆破破碎理论及柱状药包理论,对上述深孔直眼掏槽过程进行数值模拟,通过对三种深孔直眼掏槽的不同时刻应力云图和有效应力时程曲线的分析,比较高应力大小和高应力持续时间,得到药包起爆后的应力传播规律和空孔应力集中现象。结合在查干敖包铁锌矿进行现场试验,比较炮眼利用率、炸药单耗等指标,得到复式筒形掏槽为最优设计方案。     

大直径中空孔直眼掏槽爆破的空孔应力集中效应研究

为了探明大直径中空孔直眼掏槽爆破的力学机理，采用理论分析和数值模拟方法研究了大直径中空孔直眼掏槽爆破的空孔应力集中效应。建立了空孔应力集中效应的力学模型，基于弹性力学和波动力学理论阐明了空孔应力集中效应的力学机理；开展了典型工况下大直径中空孔直眼掏槽爆破的数值模拟，并基于应力波传播、岩体损伤和岩体第一主应力峰值等结果分析了空孔的应力集中效应。研究结果表明：空孔应力集中效应主要源自孔洞应力集中效应和应力波叠加效应；大直径中空孔直眼掏槽爆破过程中，应力波在空孔壁处发生反射并与入射波产生叠加，叠加多位于空孔邻近区域以及掏槽孔间区域；岩体损伤程度较高的区域主要为掏槽孔周边、空孔周边以及相邻掏槽孔与空孔形成的三角区域，掏槽孔周边以外的损伤区域与应力波叠加区域基本对应；空孔附近存在显著的应力集中效应，且距空孔壁越近的位置应力集中效应越明显。研究成果拟为隧道工程大直径中空孔直眼掏槽爆破设计提供理论基础。     

基于变直径掏槽孔爆破的数值模拟

在中小断面的巷道爆破开挖中,因岩石的夹制作用、断面狭窄等因素影响了巷道的爆破效果和限制了掘进进尺,导致工作效率低下,工程成本较高。为此提出了基于变直径掏槽孔爆破技术,利用AUTODYN程序建立了二维数值模型,通过二维数值模拟使爆破过程动力计算精细化,得出了不同规格变直径掏槽孔的爆破应力传播规律、岩石表面单元应力变化特点和变直径孔对岩石内部的爆炸能量具有约束能力的结论,验证了对变直径掏槽孔的爆破作用机理分析的正确性。并通过比较分析认为,底部直径越大、上部直径越小的变直径掏槽孔对岩石的破碎效果越好。     

基于变直径掏槽孔爆破的数值模拟

在中小断面的巷道爆破开挖中,因岩石的夹制作用、断面狭窄等因素影响了巷道的爆破效果和限制了掘进进尺,导致工作效率低下,工程成本较高。为此提出了基于变直径掏槽孔爆破技术,利用AUTODYN程序建立了二维数值模型,通过二维数值模拟使爆破过程动力计算精细化,得出了不同规格变直径掏槽孔的爆破应力传播规律、岩石表面单元应力变化特点和变直径孔对岩石内部的爆炸能量具有约束能力的结论,验证了对变直径掏槽孔的爆破作用机理分析的正确性。并通过比较分析认为,底部直径越大、上部直径越小的变直径掏槽孔对岩石的破碎效果越好。     

地铁隧道小净距下穿地下洞室振速控制研究

为控制地铁隧道爆破在小净距下对人防洞室的有害振动效应,以武汉市地铁5号线隧道的爆破掘进工程为依托,基于ANSYS-Lsdyna平台,通过建立地铁隧道掏槽孔延时起爆的三维数值模型,研究掏槽炮孔的电子雷管最佳延时设置时间,结合对比分析数值模拟和隧道爆破振动监测数据,采用等效弹性边界的载荷加载的数值模拟方法,能够有效地模拟复杂环境下地铁隧道掏槽爆破振动,能较好地模拟隧道爆破对小净距下人防洞室的振动规律。对掏槽孔而言,隧道不同级掏槽起爆适宜合理时间为10 ms,同一级掏槽起爆合理延时时间为6 ms,合理最大单段药量为0.6 kg。     

地铁隧道小净距下穿地下洞室振速控制研究

为控制地铁隧道爆破在小净距下对人防洞室的有害振动效应,以武汉市地铁5号线隧道的爆破掘进工程为依托,基于ANSYS-Lsdyna平台,通过建立地铁隧道掏槽孔延时起爆的三维数值模型,研究掏槽炮孔的电子雷管最佳延时设置时间,结合对比分析数值模拟和隧道爆破振动监测数据,采用等效弹性边界的载荷加载的数值模拟方法,能够有效地模拟复杂环境下地铁隧道掏槽爆破振动,能较好地模拟隧道爆破对小净距下人防洞室的振动规律。对掏槽孔而言,隧道不同级掏槽起爆适宜合理时间为10 ms,同一级掏槽起爆合理延时时间为6 ms,合理最大单段药量为0.6 kg。     

不同掏槽形式成腔过程比较数值分析

掏槽爆破是决定巷道掘进速度的关键,提高掏槽爆破质量是实现巷道快速掘进的前提。数值计算的发展使掏槽爆破模拟成为可能,采用显式动力分析软件LS-DYNA,对深孔直眼掏槽和楔形掏槽爆破过程进行模拟。通过对比分析发现,楔形掏槽炸药爆炸后产生的强压缩波很快发生叠加,这种强烈的叠加作用促使波阵面的形状发生了变化,应力波阵面转变为近似平面。直眼掏槽时沿装药段能量分布相对均匀,楔形掏槽在炮孔底部两侧的能量分布差距明显,必然导致楔形掏槽形成的槽腔更加狭长。楔形掏槽对于硬岩爆破更为有效。     

智能台阶爆破的基本框架及未来发展

论述立井深孔掏槽爆破理论与技术发展现状,对新型的立井深孔分段掏槽爆破进行了数值模拟及现场应用研究。结果表明,采用这种掏槽爆破方式,可使立井深孔爆破的炮眼利用率达到85％～90％,取得明显的经济效益和社会效益。     

立井深孔分段掏槽爆破技术研究

论述立井深孔掏槽爆破理论与技术发展现状,对新型的立井深孔分段掏槽爆破进行了数值模拟及现场应用研究。结果表明,采用这种掏槽爆破方式,可使立井深孔爆破的炮眼利用率达到85％～90％,取得明显的经济效益和社会效益。     

不同形貌节理对应力波传播影响的数值模拟

用3DEC离散元软件对一维正弦纵波在无节理有限长及有一节理有限长岩杆中的传播进行标定,确定建模的单元网格尺寸、边界条件等参数。然后对一维正弦纵波在含量化的不同粗糙度节理面的岩杆中传播进行数值模拟,探究应力波穿过不同形貌特征的节理时的透反射规律。分析模拟结果发现:节理面粗糙度JRC值相同,相对节理初始法向刚度不同时,随着刚度系数的增加,透射过节理面的应力波越多,在α0.5时,透射系数值增加较快;在α0.5时,透射系数值增加较慢,逐渐趋近于1。同一刚度系数α值下,随着节理粗糙度JRC值的增加,透射系数增大,当α1.5时,透射系数趋于稳定。     

温度对磁流变液材料及传力性能的影响

针对不同温度下磁流变液的性能差异巨大,造成高温环境条件下磁流变液流变效应下降、剪切力变化不可控甚至传动装置传动失效等问题,分析了温度对磁流变液及其剪切应力的影响,在此基础上建立了磁流变传动装置的有限元模型对传动装置工作时的温度场进行分析。研究结果表明,温度对磁流变液的黏度有较大影响,进而影响磁流变液的流变特性和屈服应力;温度对磁流变液的力学性能影响明显,特别是在温度高于100℃后,材料在磁场下的成链受到显著影响,造成流变效应下降、剪切力变化不可控等问题;磁流变液工作时磁性颗粒间的滑差会造成磁流变液温度的显著升高。     

Bond modelling of prestressed concrete during the prestressing force release

This paper presents an analytical model for simulating the bond between steel and concrete, in precast prestressed concrete elements, during the prestressing force release. The model establishes a relationship between bond stress, steel and concrete stress and slip in such concrete structures. This relationship allows us to evaluate the bond stress in the transmission zone, where bond stress is not constant, along the whole prestressing force release process. The model is validated with the results of a series of tests, considering different steel indentation depths and concrete covers and is extended to evaluate the transmission length. This capability has been checked by comparing the transmission length predicted by the model and one measured experimentally in two series of tests.     

高压转子拧紧扳手传动系统卡滞原因

某高压转子拧紧扳手的传动系统在拧紧螺母过程中发生卡滞,通过宏观观察、断口分析、金相检验及硬度测试等方法,对传动系统的卡滞原因进行了分析。结果表明:1号传动齿轮轴承单侧锁紧的浪式带扣保持架在装配或工作过程中受到冲击载荷,造成搭扣错位、变形、脱扣,致使滚珠偏离预定的运行轨道。当滚珠偏离预定轨道时,形成应力集中,导致局部应力增大,当应力超过滚珠承载能力时滚珠过载断裂,引起轴承破坏,最终导致该传动系统卡滞失效。     

Distortion Analysis of the Tooth Rack of a Three-Link Gear-reducer

Three-link reducers are widely used in petrochemical, mining and other fields for their high transmission ratio, high capacity and high transmission efficiency. Tooth racks are the key components of a three-link gear-reducer. In this paper, in order to obtain the fairly accurate link board stress distribution, we use the PRO/E software to establish the 3D models, carry out theoretical analysis of the link board overall stress and analyze the stress of the tooth rack with ANSYS software.     

Analytical and Finite Element Method Based Stress Analysis of Rotary Elements: Case Study for the Motion Transmission Gears of a Rotary Drum Mower

This paper focuses on a failure potential for rotary elements used in the agricultural machinery. It presents a structural stress analysis case study which is a comparative analysis using analytical and numerical (finite element method) methods. In the case study, the motion transmission gears of a rotary drum mower have been considered, and the stress distribution on the transmission gears has been investigated considering real loading conditions which were obtained from experimental field operations. The experimental part of the case study was carried out within a clover field. The clover field was harvested by the drum mower, and the loading force on the transmission gears was calculated through torque data measured from tractor power take-off during the harvesting operation. Subsequently, the torque data were used in the finite element method based commercial code to simulate stress distribution on the transmission gears in the digital environment. The simulation results were validated by making comparisons between analytical calculations and simulation examinations based on the material failure criterion. The numerical results and visual print-outs indicated that there was a good correlation between simulation and analytical results, and the stress magnitudes on the transmission gears were within the safe-operating range against maximum dynamic loading conditions. The study presented a simulation-driven stress analysis case study, which contributes to further research into the utilization of engineering simulation technology for agricultural machinery/equipment design.     

压力作用下横向短纤维与基体间应力传递机理研究

在短纤维增强复合材料的研究中，弄清界面应力传递机理对于认识短纤维的增强机理及短纤维复合材料的力学性能是十分重要的。但传统的观点认为，在钢纤维混凝土中纤维对混凝土抗压强度的增强作用甚微，故对压力下纤维与基体界面应力传递没有进行过研究。作者最近的试验研究与近年来的研究［１，３］均表明，中、高含量短钢纤维对混凝土的立方体抗压强度有大幅度提高。基于这一新的试验事实，作者在本文中对压力作用下横向短纤维与基体之间界面的应力传递进行了理论分析，得出了短纤维端部附近的应力分布     

橡胶低温冲击断裂机理研究

基于橡胶单颗粒低温冲击破碎的实验研究，本文对橡胶低温冲击断裂机制进行了研究，首先对高聚物的力学特性作了必要的讨论，确定橡胶单颗粒冲击破碎的应力类型，建立了高聚物球形颗粒冲击破碎过程中应力波的传播模型，利用扫描电子显微镜对实验所得破碎颗粒的断面进行微观形貌观察，将观察结果与该模型比较，验证了模型的正确性。     

用超声波技术测量螺栓轴向紧固应力

超声波速度会因材料中加载应力而产生微小的变化，这一现象特别适用于测量螺栓的轴向应力。根据螺栓的轴向应力与超声波传播时间变化率的关系，作者研究了一种可直接测量螺栓轴同应力的仪器。实验结果显示，本项技术十分适合现场的实际应用。     

基于ANSYS的汽车变速器检测试验台架有限元分析

本文运用Solidworks软件对汽车变速器检测试验台架进行了三维建模,通过ANSYS软件进行瞬态分析和模态分析,得到了汽车变速器检测试验台架的应力云图,识别出试验台架结构的模态参数,得出台架的固有频率和振型特征。为进一步研究汽车变速器检测试验台振动、疲劳和噪声等奠定了基础,也为汽车变速器检测试验台架结构的优化设计提供了参考依据。