冲击韧性对锚杆力学性能影响的试验研究

高强度锚杆在井下使用时经常发生螺纹段脆断现象,这与锚杆材料的冲击韧性密切相关,测试了4个厂家屈服强度500 MPa锚杆的冲击吸收功,不同厂家锚杆冲击韧性差别较大,冲击吸收功从19~165 J不等。对具有不同冲击吸收功锚杆的杆体段和螺纹段分别进行弯曲试验、拉伸试验、复合应力下破坏试验,试验结果表明:冲击韧性影响锚杆螺纹段的冷弯性,当冲击吸收功低于30 J时,锚杆螺纹段冷弯性差;冲击韧性对杆体的冷弯性、杆体段和螺纹段的伸长率没有影响;冲击韧性影响锚杆复合应力下破坏状态,当冲击功低于19 J时,复合应力下锚杆易出现脆性破坏。认为屈服强度500 MPa高强锚杆的冲击吸收功不应低于30 J。     

基于摆锤冲击试验方法的树脂锚杆金属杆体冲击性能研究

为研究树脂锚杆金属杆体冲击性能,以屈服强度为335、400、500和600 M Pa的树脂锚杆金属杆体为研究对象,制备的标准试样尺寸为55 mm×10 mm×10 mm(长×宽×高),采用摆锤冲击试验机,分别对V形缺口和U形缺口试样进行冲击测试,获得每种屈服强度的杆体冲击吸收功,得到屈服强度与冲击吸收功之间的关系,有利...     

锚杆杆体动态力学特性及应变率效应实验研究

为了揭示在冲击载荷下锚杆支护材料动态力学特性及应变率效应,为不同震级冲击地压巷道支护设计提供参考与借鉴,达到冲击地压巷道分级防控的目的。采用实验室试验对不同冲击韧性锚杆的静态和动态力学特性进行了测试,从微-细观角度分析了不同韧性锚杆的抗冲击性能,分析了应变率大小对锚杆动态力学响应的影响规律。实验结果表明:CRM700锚杆的冲击吸收功分别是HRB500和CRM600的1.30倍和1.14倍,峰值载荷分别是两种锚杆的1.18倍和1.07倍,瞬时变形量分别是两种锚杆的1.33倍和0.91倍;CRM700锚杆和HRB500锚杆断口形态和金相组织显著不同,HRB500锚杆断口源区为韧窝形态,中部扩展区为准解理+少量韧窝,终断区为韧窝形态,金相组织为铁素体+珠光体;而CRM700锚杆断口附近全部为韧窝形态,金相组织为回火索氏体+贝氏体+铁素体。同时,应变率对HRB500锚杆的屈服强度、抗拉强度和应变影响显著,而对CRM600锚杆的影响较小,对CRM700锚杆的影响最小。对比3种锚杆的动态力学特性,CRM700锚杆的载荷曲线和冲击功曲线比较平滑,材料受到冲击载荷后呈现出缓慢断裂的特性,对冲击载荷具有...     

树脂锚杆冲击吸收功测量结果的不确定度评定

为保证树脂锚杆冲击吸收功测试数据更加科学,以屈服强度为500 MPa树脂锚杆为研究对象,运用测量不确定度理论,分析不确定度来源,建立数学模型,评定分量标准不确定度、合成以及扩展标准不确定度,为准确评价树脂锚杆冲击吸收功提供了科学的方法,获得准确的测量结果,为标准的修订提供科学、合理的技术参数打下良好的基础。     

锚杆尾部螺纹联接的试验研究

针对井下锚杆尾部螺纹联接存在脱扣的现象,采用数值模拟和实验室试验的方法,研究了锚杆杆体屈服强度为500 MPa时,不同螺母强度、齿高、厚度和形状对螺纹联接的影响,分析了螺母强度等级分别为5级、6级、8级,齿高分别为0.6H、0.7H、0.8H、0.875H,螺纹厚度分别为24mm和30 mm及其法兰螺母对螺纹联接的影响,得出锚杆屈服强度为500 MPa时,螺母强度等级不低于6级,齿高不低于0.7H,厚度为24 mm的螺母即可满足锚杆强度的需要,法兰螺母会使得各圈螺纹牙受力更加均匀。     

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。     

深部回采巷道锚杆(索)防冲吸能机理与实践

为解决深部冲击地压巷道大变形、支护体失效破断难题,以义马常村煤矿21220下巷典型冲击地压巷道为试验现场,采用井下调查、室内试验及理论分析等相结合的方法,分析了冲击载荷下巷道围岩变形破坏机制、高冲击韧性锚杆(索)防冲吸能机理及其应用效果。结果表明:深部回采巷道易冲击大变形的主要原因在于高叠加集中应力,使厚层坚硬岩层释放高积聚弹性能,而现有支护结构强度低、吸能特性差及无法协同防冲,导致支护结构各个被击破而失效;与传统支护材料相比,高冲击韧性锚杆(索)强度高、吸能能力强,合理布置锚杆(索)支护参数可提高其协同防冲的工作区间,通过支护系统吸收冲击地压释放的能量,降低剩余能量对巷道围岩的破坏效应。研究成果在井下进行了工业性试验,试验结果表明:新开发的高冲击韧性锚杆破断载荷342 kN,冲击吸收功166 J,高强锚索破断强度1 770 MPa,伸长率8%,高强金属网静载荷承载能力15.7 kN,单位面积吸收能量达到2.2 kJ/m²。冲击载荷作用下,锚杆和锚索分别在各自安全可靠工作区间内承载,锚杆和锚索轴力呈锯齿状波动,但高冲击韧性支护材料均未出现脆性断裂失效。巷道两帮移近...     

温轧中空锚杆体抗剪性能分析

在岩土锚固工程中,随着自钻式锚杆的应用不断增多,仅研究抗拉强度、屈服强度及延伸率等性能已经无法满足实际工程需求,工程设计方对中空锚杆体抗剪性能的需求不断凸显。为了给工程设计方提供可靠的抗剪性能依据,特以R32S波形螺纹温轧中空锚杆体为例,对其抗剪强度进行了理论分析计算和实际剪切试验验证。结果表明:R32S中空锚杆体理论抗剪强度为142~208 MPa,而实际试验得出的抗剪强度为290~360 MPa;温轧中空锚杆体的试验数据表明抗剪强度与屈服强度具有一定的线性关系。     

动态加载时β钛合金马氏体相变研究

为了研究应变速率对β钛合金马氏体相变的影响, 采用分离式霍普金森压杆对Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe β钛合金进行了不同应变速率下(400~1 600 s^-1)的动态变形, 采用光学显微镜、电子背散射衍射和透射电镜研究了动态变形后的微观组织。结果表明, 提高冲击功和应变速率可以提高Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe β钛合金的屈服强度, 当应变速率为1 600 s^-1时, 屈服强度可达1 250 MPa。在动态冲击过程中, β晶粒中出现大量板条状α'马氏体, 马氏体的面积分数随应变速率的增加而增大, 说明应变速率对β钛合金的马氏体相变起着重要作用。应变速率会加速马氏体相变, 是因为随着应变速率增加, 马氏体的形核位置更多, 马氏体形成的吉布斯自由能降低。     

锚杆钻车驾驶室落物冲击仿真分析

针对锚杆钻车驾驶室在井下作业过程中存在的潜在安全性问题，对钻车驾驶室顶棚冒顶工况进行了落物冲击仿真分析。首先对驾驶室整体模型进行三维建模及结构简化，参照工程机械行业标准选定落物冲击参数，对落锤冲击下驾驶室响应进行显式动力学仿真分析。分析结果显示：落锤冲击顶棚时应力幅值迅速超过材料屈服强度，使顶棚发生塑性变形，吸收了部分冲击能量；落锤动能减小时顶棚内能增加；当顶棚产生最大变形时应变能达到最大；随着落锤反弹，动能增加，内能降低，随顶棚变形恢复应变能减小。     

调质态40CrNi2Mo钢的低温力学性能

为了确定调质态40CrNi2Mo钢在不同应变速率下的低温力学性能及其相互关系,采用静拉伸、系列冲击及分离式霍普金森压杆试验对40CrNi2Mo钢低温力学性能进行了研究。结果表明,随温度降低,40CrNi2Mo钢静拉伸强度提高,而塑性下降;其韧脆转变温度出现在-40~-51 ℃。在高速应变条件下,钢的屈服强度和加工硬化指数均随着试验温度的降低而降低;而压缩率主要随应变速率的增大而增加。高速应变产生的绝热剪切效应降低了钢在低温状态下的强度,也促进了冲击韧性的急剧下降。     

三维动静组合加载下石灰岩力学特性研究

深部岩体处于“三高一扰动”的复杂环境中,为研究巷道掘进过程中冲击荷载对巷道围岩的影响,以石灰岩为研究对象,通过河南理工大学改进的SHPB动静组合加载试验装置,开展三维动静组合加载下的石灰岩力学特性研究。选取典型的轴压梯度(8、15、16、17 MPa)和围压梯度(1、2、3、5、7 MPa),开展冲击气压梯度(0.5、0.6、0.8、1.0 MPa)的三维组合加载试验。研究表明:在三维动静组合加载下,石灰岩峰值应变增大,吸收能也随之增大,峰值达到87.7 W/J时,约为入射能的60%,试件破碎程度最为明显,呈现实验室“岩爆”趋势;反射能、透射能、吸收能随入射能的增加呈线性增长,反射能、透射能、吸收能、入射能和单位体积吸收能随平均应变率的增加呈二次函数增长。此外,在轴压、围压不变时,随冲击气压的增加,应力—应变曲线分为4个阶段,在达到应变峰值时,出现回弹现象,即试件的变形达到峰值应变后应变又开始减小;围压与气压保持不变,轴压变化时试件应力—应变曲线的变化规律与轴压、围压不变时冲击气压的应力—应变曲线的变化规律基本吻合;不同围压下岩石的破坏形态主要为拉伸破坏和压剪破坏。     

岩石冲击破碎块度分形与能量耗散特征研究

为研究冲击荷载作用下岩石能量吸收与破碎分形特征,应用霍普金森试验系统对0.6、0.8、1.0、1.2、1.4长径比花岗岩进行动态冲击试验,分析了应变率效应和尺寸效应对花岗岩试件的破碎能耗和破坏形态的影响;在考虑时间因素的基础上,提出一种新的能时密度指标来评价能量耗散,结合分形维数计算与能时密度分析,研究岩石在冲击过程中的能时密度与分形特征。结果表明：0.6 ~ 1.4长径比花岗岩试件的应变率和能时密度均符合乘幂关系,同种长径比试件的能时密度随应变率增大呈递增趋势;在48.8 ~124.2 s_^-1应变率区间内,分形维数随应变率增加显著增大;花岗岩试件在动荷载下的能时密度和分形维数符合乘幂关系,单位时间内岩石吸收能量越多,分形特征就越明显;引用能时密度结合岩石破碎块度的分形维数计算,能够定量研究岩石单位时间内的能量吸收规律。     

多次冲击下掺膨润土胶结充填体力学特性试验研究

采用SHPB杆对4组12个胶结充填体试样进行多次冲击试验,分析了同一冲击速度下掺膨润土胶结充填体多次冲击的应力应变曲线、动载强度、吸收能及变形破坏特征。结果表明,多次冲击后,未掺入膨润土充填体应力应变曲线出现显著下跌,掺入膨润土后充填体应力应变曲线逐级下降;膨润土掺量5%和10%的胶结充填体多次冲击比首次冲击先达到峰值应变,且出现动态强度软化;膨润土掺量15%时充填体首次冲击峰值应变出现在0.002附近,多次冲击峰值应变约0.003;充填体抗冲击次数随膨润土掺量增加呈先降后增趋势,动态抗压强度增强因子、动态抗压强度、吸收能、单位体积应变能与冲击次数呈负相关,其中掺膨润土充填体动态抗压强度增强因子均大于未掺膨润土充填体;试样最终破坏类型表现为轴向张拉破坏,掺入膨润土提高了充填体破碎整体性。     

冲击荷载下轴压对峰后破裂砂岩力学特性的影响

针对深部工程围岩常处于峰后破裂状态且遭受动力扰动影响的特点,利用动静组合加载SHPB实验装置对经静态压缩制备的峰后破裂砂岩进行冲击压缩试验,开展一维动静组合加载下破裂岩石的力学特性研究。试验中预先设置轴向静载为8,24和48 MPa三个系列,然后进行不同应变率下冲击加载,研究轴向静载对峰后破裂砂岩动力学特性的影响。对比完整砂岩试验结果表明:轴向静载8 MPa和相近应变率条件下,峰后破裂砂岩组合强度与冲击强度均低于完整砂岩组合强度与冲击强度,两者变形模量相差不大,但峰后破裂砂岩单位体积吸收能大于完整砂岩单位体积吸收能。轴向静载相同时,峰后破裂砂岩组合强度与冲击强度均随着应变率的增大而增大;轴向静载不同时,峰后破裂砂岩组合强度随着轴向荷载的增大而增大,而冲击强度随着轴向静载的增大先增大后减小。随着轴向静载的增大,峰后破裂砂岩单位体积吸收能也随之增大。动静组合加载下峰后破裂砂岩呈剪切破坏模式,且原始裂纹影响破裂面的扩展方向。     

不同冲击速度下岩石破坏能量规律的实验研究

对砂岩试件进行了动态霍普金森杆冲击破坏实验和静态加压破坏实验。对于动态冲击实验,得到了不同冲击速度下岩石试件破坏时的总吸收能、总耗散能和相对应的损伤变量。对于静态加压实验,得到了破坏时的总吸收能。并对两种实验条件下的破坏总吸收能进行了对比分析。实验结果表明,对于砂岩试件,若在单轴压缩下和动态冲击下得到同等程度的破坏,前者会比后者消耗更多的能量。     

500 kV输电线路耐张线夹钢锚断裂分析

采用宏观检查、化学成分分析、力学性能测试、显微组织观察等方法分析了某500 kV线路耐张线夹钢锚断裂的原因。结果表明, 钢锚断裂的原因主要是压接工艺控制不当, 在第一模部位产生了应力集中;钢锚压接后加工硬化效应明显, 相较压接前钢锚硬度提高了72%, 达到了210HB, 室温冲击韧性降低了58%, 为31 J, 致使钢锚抵御冲击载荷能力降低, 最终在应力集中部位断裂。     

基于SHPB试验的磁铁矿石破碎特性与能量耗散研究

为掌握磁铁矿石在冲击载荷作用下的破碎特性,基于霍普金斯(SHPB)压杆装置,开展不同气压对磁铁矿石冲击压缩试验,探究磁铁矿石动态应变率和动态抗压强度与冲击气压的变化规律,解析磁铁矿石在高应变率下的破碎形态和能量规律。研究表明:随着冲击气压的增加,磁铁矿石动态抗压强度先增加后减小,冲击气压为0.6 Mpa时,动态抗压强度最大,其对应平均应变率为102.71s^-1;磁铁矿石平均应变率和峰值应变率均随着冲击气压均呈幂指数形式增加(εe=230.57p^1.46,εm=311.33p^1.81);进入入射杆的能量中,反射能所占比例为29.93%~57.95%,透射能所占比例为3.66%~25.11%,吸收能的能量利用率为36.09%~44.96%。冲击气压为0.5MPa时,磁铁矿石试样破碎效率最佳,能量利用率最高为44.96%。     

Entwicklung einer Methode zur Simulation von Kurzzeitw?rmebehandlungen an Mikrokerbschlagproben f��r die Pr��fung der Z?higkeit von hochfesten Schwei?zus?tzen

Due to the increasing use of high-strength steels, the requirements for filler materials are also growing. To investigate the toughness properties of such high-strength filler materials, a new testing method had to be developed. This new test method uses subsized Charpy-V specimens (KLST-samples) which permit the analysis of welded sheets with a thickness of approx. 5 mm. For the development and evaluation of the new method a high-strength steel (S1100QL) and a high-strength filler material (alform 960-IG) were used. Physical simulations of various short heat treatment cycles were conducted in a dilatometer. After the heat treatment the toughness of the specimens was tested by Charpy impact testing and the hardness with Vickers hardness measurements. Additional metallographic investigations were also carried out. The results show that the method provides useful results for a wide range of parameters and it is appropriate for the simulation of short heat treatment cycles in the dilatometer.     

煤岩冲击变形破坏特性及其本构模型

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统对不同冲击速度下煤岩试样应变率变化规律、动态力学特性及其变形破坏特征进行了测试,探讨了煤岩动态力学本构模型。实验结果表明,煤岩试样的加载应变率与冲击速度整体上呈正相关关系,且不同冲击速度下煤岩试样的力学响应特征均具有分段性,可根据响应特征的差异将煤(岩)试样在低-中-高冲击速度下的变形依次划分为压密变形、塑性变形、塑性软化(硬化)变形3种类型;煤岩试样的破坏特征均具有明显的应变率相关性,在低冲击速度下,试样均呈脆性破坏形式,随着冲击速度的增加,试样的延性破坏特征逐渐显现。在分析煤岩试样应力-应变本构关系及动态破坏特征的基础上建立了包含低-中-高应变率响应的粘弹性损伤本构模型,应用结果表明,与实测曲线相比模型拟合曲线拟合精度高,验证了所建模型的有效性与合理性。