撞击凿入系统的应力及效率分析

本文将弹性力学的赫兹接触应力理论引入冲击凿入理论研究,提出了撞击面局部变形的非线性理论模型。在文献的基础上,运用差分原理,系统地建立了分析撞击凿入系统应力状态和撞击、凿入效率的电算法。对一至三段型活塞和一至三段型钎杆(或钻头)的撞击凿入系统编写了一个通用的电算程序。通过改变输入的参变量数值,可获得各种撞击凿入系统中任意截面处的各力学参量、应力波形和系统的撞击、凿入效率。采用电算法与实验测定相结合的方法对潜孔冲击器的撞击凿入系统的应力状态和效率进行了研究。电算理论波形与实测波形吻合得相当好,从而验证了本文所提出的理论。     

撞击凿入系统的矩阵方法

本文将撞击凿入系统离散成有限个单元，应用矩阵理论建立了撞击矩阵方程，凿入矩阵方程和撞击凿入矩阵方程。     

冲锤直接冲击凿入岩石的动力学研究

研究了冲锤直接撞击凿岩的动力学特性,并运用能量守恒原理分析了在这种撞击下的凿入效率。当冲锤具有足够大的截面面积时,即可获得接近于1的凿入效率。因此,这是一种新的基于这种撞击特征的岩石凿入系数的测量方法。     

“直接冲击”凿入分析

通过钎杆和球锤直接冲击（凿入）岩石的试验，测定出凿入力波形及凿碎比功。以这种直接冲击的凿碎系统进行凿入分析可以简化其过程。在对这种直接冲击的凿碎系统分析后，得出直接冲击岩石的凿岩效率较高的结论，并给出了最佳入射波形的基本概念。     

对岩石凿入力-凿深曲线的测定和分析

对七种岩石作了凿入力和凿深关系的测定。测定的数据直接进入微机,处理后打印出结果来。测定结果表明,钎刃下方已产生裂隙的岩石仍具有一定的承载能力,这使得凿入力-凿深曲线下降部分往往出现负斜率。从凿入破碎机制及凿入方程对曲线作了分析,从而改进了对凿入端边界条件的认识。文中还给出了被测定岩石的侵入强度和凿入力-凿深模型的有关数据。     

潜孔钻机的凿岩系统分析

对潜孔钻机的凿岩系统进行分析时，可以把活塞撞击钎头并凿入岩石的工程实际问题简化为一个振动问题。通过力学分析与实验测定，发现在活塞质量大于钎头质量的情形下进行凿岩时，活塞与钎头的撞击面间发生多次短暂的离合现象，研究表明，这种现象有利于提高钻机的凿岩效率。     

冲击震源产生的波

本文将冲击破岩中的线性撞击模型的凿人力作为岩石的集中力震源。通过把凿入力化为一般的指数形式后，进而用弹性力学建立了岩石的纵波方程和横波方程。最后用数理方程中的推迟势公式得出了因冲击而产生的位移场和应力场的解析表达式，它对掘进工程及其相关专业的应用是颇有益处的。     

岩石冲击凿入试验研究

冲击凿入试验对于研究快速交变载荷作用下岩石的变化过程十分重要。这一点在通常的试验机上很难实现。岩石的力－凿深曲线与凿入时岩石的破碎特性密切相关。大量的实验研究结果表明，冲击凿入岩石的力－凿深曲线斜率比静压凿入的为大；至于二者的定量关系，各学者之间的研究结果存在较大差异。本文所介绍的冲击凿入试验系统包括打击锤（即活塞）及带球齿钎头的柱型钎杆。应力波由一对半导体应变片测定，并据此计算凿入力及凿深。在９     

用新传感器对岩石的凿入力凿深关系的实验研究

本文介绍了光栅测位移的原理与方法，对此方法获得的凿入力凿深关系进行了讨论与分析，并与用两点测应变再计算的凿入力凿深关系进行了对比。     

岩石凿入过程的随机分析

实际凿入过程受多种随机因素的影响,单一的确定性描述不可能对其作出精确的解释。对凿岩状态下的钴杆应力波进行连续采样测定的结果表明,实际凿入过程具有较大的不确定性,可以认为是一随机过程。本文用随机分析方法研究了应力波,凿入力,凿深,凿入系数和凿入效率的分布特性,并建立了岩石的力-凿深特性随机方程。     

空隙率对潜孔锤凿岩瞬态冲击过程的影响

潜孔锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破碎岩石的过程,利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DY-NA研究了在凿岩过程中,球齿凿入不同空隙率(塑性体积应变)岩石的冲击力特性。结果表明,岩石空隙率对钻头球齿与岩石之间的凿入冲击力幅值有很大影响,随着空隙率的增大,球齿凿入的冲击力显著减小,而对活塞与钻头间冲击力幅值影响甚微。通过ANSYS/LS-DYNA瞬态冲击数值模拟,形象地再现了潜孔锤钻凿系统冲击岩石发生侵入破坏的物理过程,为冲击碎岩瞬态研究提供了一个有效的分析方法。     

凿岩机和冲击凿入系统设计中的电算方法研究

本文介绍了作者近年来在凿岩机和冲击凿入系统设计中应用电子计算方法所进行的工作。其中包括:液压冲击机构的电算模拟;入射应力波形的计算;冲击凿入系统的受力分析;凿入效率的计算。     

活塞撞击钻头时的短暂分离现象

冲击器的活塞控台钻头时，不是一次就把全部能量传给钻头，在撞击面带产生多次短暂分离的现象．本文用凿测器对此现象作了实际测定，并进分了初步的理论分行。     

凿岩用硬质合金冲击韧性试验系统研究

凿岩用硬质合金的冲击韧性检测,目前尚无真正有效的的方法。本文介绍的高速冲击试验台和落锤冲击试验台,可用于凿岩用硬质合金及凿岩用硬质合金工具的冲击韧性试验检测,并可用于岩石凿入特性、凿入系统能量传递测定及凿入系统匹配研究,以供用户正确地选定凿岩工具。     

用微型凿测器测定岩石的可钻性

本文介绍了一种新型的岩石可钻性测定仪器－ＷＺ－１型电动微型凿测器。在提出该微型凿测器工作原理的基础上，用实验方法确定了工作参数，给出了岩石可钻性的测定方法与分级方案。实验结果和分级实测表明，该模型凿测器在可靠性，稳定性和冲击功三方面均满足分级的要求，为岩石可钻性分级方法的进一步推广提供了一种新型测定仪器。     

粘弹性岩石凿力-凿深特性和能量传递研究

针对冲击钻进过程中粘弹性岩石力-凿深特性和能量传递问题进行了研究, 得出了杆体活塞模型情况下的冲击凿深函数和力-凿深曲线, 进一步分析了其能量传递过程和效率。结果表明, 弹粘性岩石的力-凿深曲线受速度阻尼的影响, 随着粘度增大, 其初始力从0点逐渐抬高, 最大凿深u_max逐渐变小; 由于岩石粘性耗能的原因, 传递到岩石中的总能量E_R加大, 最大凿深减少, 凿入效率降低。     

冲击锤的工作应力和能量传递分析

探讨了冲击锤凿入岩石时的能量转换过程，分析了冲击锤冲击过程中的钎杆应力、活塞应力及能量利用率，其方法可对冲击锤的设计、选用提供参考依据。     

二维弹塑性有限元程序PLANET的微机化改造

本文介绍了一个二维弹塑性有限元程弃ＰＬＡＮＥＴ的微机化改造，通过将该程序的链式结构改变为并列模块结构，并改进内存空间的数据存储方式，使得该程序能够在普通微机上求解大，中型工程问题。此外，为了提高数据准备和成果整理的工作效率，还对该程序的数据理论入和输出系统做了改进。最后，给出两个计算实例以检验程序的计算精度和解题能力。     

钢球摩擦吸能器作用机理的力学分析

对钢球摩擦吸能的作用机理进行了初步分析, 基于冲击凿入系统的钎头端受力和钢球变形特性给出了钢球摩擦吸能的等效弹性模量和阻抗特性; 应用波动理论得出了钢球体的反射特性、断面最佳适配、吸能效率和合理球柱长度。该研究可为钢球摩擦吸能器设计提供参考。     

冲击器系统能量传递效率的初步试验与电算研究

本文系采用电算程序研究冲击能量通过撞击面及接头时的能量传递效率，经与实测对比其结果是准确的。