岩弹冲击破岩规律试验研究EI北大核心CSCD

针对深部岩层掘进过程中钻具磨损快、掘进效率低等问题,基于粒子冲击破岩技术,提出采用高压气体驱动加速岩弹冲击预裂掘进面岩体,减少钻具磨损。通过SHPB试验和三维扫描试验,测试岩石破坏吸收能和新增表面积,构建岩石冲击破坏吸收能理论模型;采用自主研制的岩弹冲击破岩试验装置研究了气体压力、岩弹质量及岩性对破岩效果的影响。形成了以下结论:基于实测岩石破坏吸收能和新增表面积,得出试验花岗岩岩样比表面自由能γs为6.34 mJ/mm^(2);增大气体压力能够有效提高岩弹冲击动能,使花岗岩吸收能和新增表面积增大,同时岩弹破碎和弹射耗散能随之提高,岩弹冲击动能转化为花岗岩破坏吸收能效率降低;吸收能与岩弹质量和动能乘积成幂次方关系,保持气压不变,增大岩弹质量可在一定范围内提高岩弹冲击动能和花岗岩破坏吸收能,提升破坏效果。但过多提高岩弹质量,导致其动能降低,从而使吸收能转化效率降低。不同岩性的岩石比表面自由能不同,但气体压力、岩弹质量对不同岩性岩石冲击破坏效果的影响基本一致。研究结论为硬岩辅助掘进提供理论和技术支撑。     

多维冲击提高PDC钻头破岩效率的机理研究

在一维冲击辅助破岩技术基础上发展出了更加高效的多维冲击破岩技术,但相应的破岩机理研究却不够深入.为揭示多维冲击提高PDC钻头破岩效率的机理,建立了冲击-切削破岩分析模型,模型将一维和多维冲击作用视为不同角度的单齿冲击问题,通过有限单元法探讨了轴向、扭向和多维冲击作用下岩石的损伤演化和岩屑形成过程,并进一步计算和分析了冲...     

基于离散元法的镶齿冲击与切削破岩效果数值分析研究EI北大核心CSCD

随着深地资源的开发,镶齿滚刀在硬岩破碎竖向钻进中的应用愈加广泛。基于高精度拟合的离散元数值模型研究各因素对破岩效果的影响,获得动荷载波动差异系数和比能耗的变化规律。研究发现镶齿破岩以拉伸破坏裂纹为主,齿端曲率是影响微裂纹数量的最关键因素,微裂纹的方位角分布显示,受拉裂纹的分布较均匀,而剪切裂纹的分布主要集中在45°和135°附近。对于不同破岩模式下,镶齿破岩参数与荷载波动情况及比能耗的相关性差异较大,锥角和齿端曲率的影响存在极值,而侵深和攻角表现出单调的相关性。初始压力条件开始对破岩效率有抑制作用,而在与单轴抗压强度比值达到0.8时,比能耗明显下降。随着初始压力系数的增大,微剪切裂纹方位角分布逐渐均布化,而微拉伸裂纹逐渐向水平方向聚集。     

切缝药包破岩机理及现场应用

文章在实验测试结果的基础上，论述了切缝药包破岩机理，运用弹塑性理论分析了其在定向断裂中的力学作用，对切缝药包在岩巷的推广应用情况作了简要的介绍，并对施工中存在的问题给出了相应的解决措施。     

宽孔距爆破法数值模拟及破岩机理分析

运用数值计算方法研究了台阶爆破中常规孔距与宽孔距的应力场分布与破岩机理。由模拟结果可知,当密集系数为1.0或3.7以上时,孔间应力叠加效果并不好。而密集系数在1.7～3.7之间时,孔间应力分布均匀,叠加效果较好,这是有利于岩体破碎及减少大块率的。     

钻孔水射流冲击破煤岩特性及机制研究EI北大核心CSCD

钻孔水射流增透技术是目前最具发展潜力的一类煤矿智能化瓦斯抽采技术,为了在智能化设计中明确技术参数,针对钻孔环境下水射流的冲击破煤岩特性和机制,分析了影响钻孔水射流破煤岩性能的关键参数,探讨了接触面形状对钻孔水射流破煤岩特性的影响规律,提出了水射流的多层级冲击破煤岩机制。研究结果表明:水射流冲击钻孔形成的破碎深度、破碎直径和破坏时长较冲击平面时分别浅43%、大30%和多1.3倍;水射流对煤岩体的破坏效果是外部射流冲击载荷(动载)和内部孔隙压力载荷(静载)共同作用结果;钻孔内水射流对煤岩体的破坏形式以动静载结合作用为主,射流冲击应力更易传导到煤岩体内部,造成更多裂隙通道,产生更优的卸压增透效果。     

不同水深条件下水下钻孔爆破破岩机理研究

为研究水下钻孔爆破中不同水深对爆炸冲击波和岩石破碎效应的影响,结合重庆万州长江公路大桥防撞设施水下基坑及基槽开挖工程,通过ANSYS/LS-DYNA动力有限元程序,得到不同水深条件下爆炸冲击波拉应力峰值。运用MATLAB软件对不同水深岩石破碎拉应力峰值与炮孔距离的关系进行非线性拟合,计算得到不同水深条件下不同炮孔距离的峰值拉应力理论值,进而获得不同水深条件下的爆破损伤区域。研究表明炸礁区岩石上覆30 m左右水深情况下,爆破损伤区域半径为1.5 m,对水下钻孔爆破工程实践提供了依据。     

岩体中传爆点振效应破岩机理探讨

岩体爆破机理研究工作开展的十分艰难,现有的主要理论均不能全面彻底地解释岩体爆破中的现象、描述岩体的破碎过程。而几乎所有的理论都是从岩体出发来展开研究,忽略了对炸药作用的研究。总结前人在岩体爆破破碎机理研究上的学说、论断、论点,结合爆破实践,以炸药作用为出发点,提出传爆点振效应破岩机理,且按照作用源划为三类破岩模式。并尝试用该理论来解释岩体爆破中的各种现象,更加有效、充分、客观地揭示岩体爆破破碎机理的物理实质。     

岩体中传爆点振效应破岩机理探讨

岩体爆破机理研究工作开展的十分艰难,现有的主要理论均不能全面彻底地解释岩体爆破中的现象、描述岩体的破碎过程。而几乎所有的理论都是从岩体出发来展开研究,忽略了对炸药作用的研究。总结前人在岩体爆破破碎机理研究上的学说、论断、论点,结合爆破实践,以炸药作用为出发点,提出传爆点振效应破岩机理,且按照作用源划为三类破岩模式。并尝试用该理论来解释岩体爆破中的各种现象,更加有效、充分、客观地揭示岩体爆破破碎机理的物理实质。     

横向冲击作用下圆钢管混凝土构件挠度尺寸效应研究EI北大核心CSCD

由于圆钢管混凝土构件遭受横向冲击下的试验研究大多基于缩尺试验展开,冲击挠度相似律能否满足显得十分重要。基于相似准则,建立了钢管混凝土构件遭受横向冲击的相似模型,确定了各个参数间的放缩比例关系,同时利用LS-DYNA软件建立了钢管混凝土受横向冲击作用的有限元模型,在模型验证可行的基础上,对横向冲击下钢管混凝土构件挠度的尺寸效应进行了分析研究。结果表明:当构件未开裂时,挠度尺寸效应较小,误差在8%以内;当构件发生开裂或断裂时,挠度尺寸效应明显,误差可以达到15%以上。材料动态强度以及材料断裂应力都是不符合相似准则的因素,也是导致钢管混凝土构件冲击试验中挠度尺寸效应的重要原因。并提出了考虑尺寸效应的挠度修正系数,对于未断裂构件,通过小尺寸模型试验即可预测大尺寸原型试验中的挠度。     

一种应用于射流破岩的孔隙形状近似法EI北大核心CSCD

为了精准模拟油气资源开采领域中射流破碎孔隙岩体的动态过程,构建准确且有效的孔隙岩体是十分关键的。基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提体的孔隙形状近似法(pore shape approximation,PSA)。通过模拟孔隙岩体的单轴压缩试验,验证了PSA方法所构建的孔隙岩体模型与试验结果具有较好的相似性,通过引入描述水射流和岩体力学特性的本构方程,建立了射流冲击孔隙岩体的数值模型,并与数字岩心技术进行了对比,本模型具有较好的计算效率和稳定性。随后,分析了孔隙形状、尺寸和不同形状孔隙占比对岩体破损的影响。研究表明:不同形状的孔隙均存在一个使岩体破损效果最佳的尺寸;含薄片体、正三棱柱或正三角锥的孔隙岩体更容易破损,这三种孔隙的占比越高,岩体破损效果越明显。     

棱锥齿-半抛齿物探钻头的设计及破岩仿真

在川渝地区复杂难钻地层的钻井勘探中,常规物探钻头存在破岩效率低、钻进速度慢、钻头使用寿命短、作业成本高等不足。因此,设计了棱锥齿和半抛齿两种新型硬质合金齿,并结合这2种齿的结构和工程实际设计了棱锥齿-半抛齿物探钻头,在钻头中间端面布置棱锥齿,边缘锥面均匀布置半抛齿。分析了棱锥齿和半抛齿的破岩机理,并采用有限元仿真方法,开展了棱锥齿与锥形齿、半抛齿与球形齿破岩的对比研究。结果表明：在冲击载荷和钻压作用下,相比于锥形齿,棱锥齿在岩石内部产生的应力更为集中;相比于球形齿,半抛齿切削刃切削挤压岩石时,在接触区域产生的应力更为集中;棱锥齿和半抛齿更容易破碎岩石,其破岩效率得到提高。开展了棱锥齿-半抛齿物探钻头和常规物探钻头的破岩仿真。结果表明：与常规物探钻头相比,棱锥齿-半抛齿物探钻头的钻进速度提升了38.3%,钻头的轴向加速度波动幅度减小了13%。研究结果可为棱锥齿-半抛齿物探钻头的研发提供理论支撑。     

基于两体碰撞的冲击放大机理研究EI北大核心CSCD

为了研究冲击放大方法,将经典碰撞理论和动态接触理论结合,建立了双质量冲击放大器运动学模型,推导出加速度、加速度放大倍数计算公式。研究了碰撞持续时间比、(放大台与跌落台)质量比、波形发生器刚度比对加速度放大倍数的影响,最后通过试验对两体碰撞理论进行验证。结果表明,加速度放大倍数随着质量比的增加而减小,随着波形发生器刚度比、碰撞持续时间比的增加而增大。     

深空探测着陆器着陆冲击动力学相似技术研究EI北大核心CSCD

针对未来目标天体表面低重力场模拟,推导了探测器软着陆动力学相似性关系,提出了一种通过改变探测器着陆初始条件,并对试验数据进行后续处理来模拟目标天体表面低重力场的新方法,通过算例验证了该方法对于不同的探测器状态及土壤状态均具有广泛的适应性。通过该方法进行探测器的相关低重力场模拟试验,可以使用探测器原型且试验设备简单、操纵容易,具有很强的实用性,方便进行探测器主要参数的优化设计,该方法可用于后期月球探测、火星探测及其他地外天体低重力模拟试验中。     

基于钻头破岩钻进的下部钻具横向振动特性研究

针对横向振动引起下部钻具失效的问题,基于钻头破岩钻进,并考虑钻具纵横扭耦合以及钻具与井壁随机接触,建立了系统非线性动力学模型,研究下部钻具横向振动特性。结果表明:在常用的牙轮钻头单扶下部钻具组合钻进过程中,钻头横振表现出较强的随机性,根据贝克休斯公司对钻具振动的量化标准,其强度属于剧烈分区;钻铤横振强度随其与钻头距离增大而近似呈指数递减,并在距钻头约50 m以后趋于稳定;钻铤上接的钻杆与近钻头钻铤的横振强度相当;下部钻具横振强度随钻压、转速增大而增大。考虑了牙轮钻头破岩钻进与下部钻柱的交互影响,对进一步揭示下部钻具的横振特性以及参数优选具有积极意义。     

整星减冲击装置设计及试验研究EI北大核心CSCD

减冲击装置可以有效降低基础对有效载荷的冲击,在航天领域内的有效载荷及箭体分离过程中应用广泛。建立了减冲击装置数学模型,设计优化了结构尺寸,并制作了减冲击环样机;在响应板式爆炸冲击台上开展了冲击试验,并对冲击数据进行了冲击响应谱分析。结果表明,所设计的减冲击装置满足指标要求,而且大幅衰减了冲击幅值;此外,讨论了阻尼层对结构动力学特性及减冲击特性的影响;减冲击环结构适用于航空航天冲击环境,也适用于各类导弹仪器舱的整体冲击隔离,具有广阔的应用前景。     

颗粒自激式冲击-振动耦合力学试验方法及试验研究EI北大核心CSCD

针对一类冲击-振动耦合力学试验的技术需求,提出了一种短间隔连续冲击及颗粒体自激振动复合的冲击-振动耦合力学试验方法,并研制了试验系统样机。基于EDEM软件和VC++二次开发建立了试验系统自激振动结构的离散元耦合仿真模型,分析了颗粒体自激振动响应的一般规律,在此基础上根据应用需求优化选择自激振动加载方案。基于研制的力学试验系统样机和自激振动方案开展试验研究,通过分析对比连续冲击加载和冲击-振动耦合加载响应加速度时频域信号,验证了选择的颗粒体自激振动加载方案的实际作用效果,该试验系统可满足一些苛刻高动态连续冲击试验和连续冲击-多频振动耦合试验的需求,研究具有较好的科学意义和工程应用价值。     

缝合对泡沫夹芯复合材料低速冲击性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究缝合对泡沫夹芯复合材料抗低速冲击的影响,以未缝合、全厚度缝合和冲击面纤维面板三类缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料板为研究对象,采用落锤冲击试验机对泡沫夹芯复合材料板进行10J能量的冲击试验。然后使用水浸超声波扫描成像系统对冲击后的复合材料板进行损伤检测,得出泡沫夹芯复合材料板内部不同深度层的损伤情况。采用ABAQUS有限元软件对上述三类泡沫夹芯复合材料板进行有限元模拟,得出了低速冲击响应过程及面板的损伤情况,并进行了实验与数值模拟结果对比分析。研究结果表明,缝合会使得各铺层的损伤趋向均匀化,能够大幅提高层合板的整体性使各铺层之间的衔接更加紧密。在较小冲击能量下,全厚度缝合与冲击面纤维面板缝合都能够抑制分层的破坏,并且抑制分层的效果相差不大,且靠近冲击面的层与层之间更加容易产生分层的破坏。     

薄壁管拉扭复合相变波的实验研究EI北大核心CSCD

为了观察相变波在复合应力加载条件下的传播特性,通过一套薄壁管预扭冲击拉伸的实验装置,对相变材料NiTi合金薄壁管进行了预扭冲击拉伸的实验研究。实验观察到明显的拉扭耦合快波结构,证明了复合应力下相变波确实具有耦合特性,此外,实验结果还表明相变材料NiTi合金在拉扭复合应力下的相变临界点具有明显的率无关性。由于拉扭耦合慢波部分的应变变化较小,在实验波形中不易分辨,对实验过程进行了数值模拟,模拟结果和实验基本吻合,并能观察到相应的耦合慢波部分。     

薄壁管拉扭复合相变波的实验研究EI北大核心CSCD

为了观察相变波在复合应力加载条件下的传播特性,通过一套薄壁管预扭冲击拉伸的实验装置,对相变材料NiTi合金薄壁管进行了预扭冲击拉伸的实验研究。实验观察到明显的拉扭耦合快波结构,证明了复合应力下相变波确实具有耦合特性,此外,实验结果还表明相变材料NiTi合金在拉扭复合应力下的相变临界点具有明显的率无关性。由于拉扭耦合慢波部分的应变变化较小,在实验波形中不易分辨,对实验过程进行了数值模拟,模拟结果和实验基本吻合,并能观察到相应的耦合慢波部分。