孤立煤柱非线性蠕变失稳滞后时间的研究

为了明确描述煤矿冲击地压的发生具有时间滞后特性,基于冲击地压失稳理论,采用解析分析的方法研究孤立煤柱非线性蠕变失稳,得到了孤立煤柱冲击地压蠕变失稳条件;采用幂次关系、分数-线性关系两种非线性蠕变模型,推导出了孤立煤柱冲击地压非线性蠕变失稳滞后时间的理论公式;并结合工程实际,与两种蠕变模型条件下孤立煤柱冲击地压滞后时间理论值进行了对比。分析发现:3107工作面上顺槽保护煤柱处发生冲击地压的滞后时间实际为8.5d;采用分数-线性关系模型得到孤立煤柱冲击地压滞后时间为9.10d;采用幂次关系模型得到冲击地压滞后时间为10.45d。结果表明分数-线性关系模型与工程实际符合更好。     

高瓦斯煤层冲击地压发生条件与影响因素

针对高瓦斯煤层冲击地压问题,用解析方法得到冲击地压发生条件,分析了主要影响因素对满足冲击地压发生条件的临界塑性区半径和临界应力的影响规律.结合五龙矿开采实际情况对影响高瓦斯煤层冲击地压的煤的模量比、煤层瓦斯孔隙压力、支护应力和内摩擦角4个因素做了对比分析.研究发现:高瓦斯煤层在巷道掘进面附近由于存在开挖面空间效应,掘进面前方尚未开挖的煤体对巷道变形起到了限制作用,减少了冲击地压的发生,随着掘进面向前推进,后方一定距离范围内的巷道支护应力增大.随着瓦斯解吸渗流的进行,巷道壁处孔隙压力降低,巷道冲击地压危险性明显提高,此时提高支护应力,冲击危险性有所降低.高瓦斯煤层巷道发生冲击地压的临界塑性区半径和临界应力随模量比、瓦斯孔隙压力的增大而快速减小,随支护应力的增大而增大,临界塑性区半径随内摩擦角的增大而增大,临界应力与内摩擦角不是单调函数关系,存在一个极小值点,当内摩擦角小于此极小值时,临界应力随内摩擦角增大而减小;当内摩擦角大于此极小值时,临界应力随内摩擦角增大而增大.     

神经网络在冲击地压危险性预测预报研究中的应用

分析了影响冲击地压危险性的主要因素,首次利用神经网络模型模拟各个因素之间的复杂的非线性关系,消除了传统预测方法中的人为确定冲击危险指标的影响。检验结果表明 :模型可靠,预测精度高。为冲击地压与人工智能等高新技术的进一步结合奠定了基础。     

冲击地压时列建模的进化神经网络方法

考虑到冲击地压时序的特点,采用基于免疫进化规划的进化神经网络进行了冲击地压非线性系统的建模研究。并采用一个矿山实测得到的震级数列进行了进化神经网络方法的实用性验证,结果表明,进化神经网络不但模型拟合精度高,而且预测性能也较好。     

纯铁在球/面接触下的冲击微动磨损行为研究

在自制的新型试验机上,以纯铁为考察对象开展了球/平面接触模式下的冲击微动磨损试验.在改变冲击能量、冲击质量的情况下,研究了材料的冲击力学响应和磨损机制.结果表明:在增大冲击能量的条件下,试样受到的冲击力和能量吸收率相应增加,磨损体积、磨损率也随之提高.冲击动能相同时,增大冲击质量(降低冲击速度),冲击力峰值和能量吸收率进一步提高,磨损程度减轻.纯铁的冲击磨损机制主要表现为剥层磨损,且磨痕区域发生了氧化行为,越靠近边缘,氧化程度越高.     

钻进速度对钻屑温度影响的实验研究

利用钻屑温度预测冲击地压时,钻进速度是影响钻屑温度的一个重要因素。本文利用自行研制的钻头温度测试装置,对钻头温度变化进行监测,分析不同钻进速度对钻头温度变化的影响规律。实验结果表明:钻孔时,钻进速度减慢,钻头与孔壁之间的摩擦时间增长,摩擦产生的热量增多,使钻头温度升高。钻进速度对钻屑温度有较大影响,使用钻屑温度法预测冲击地压时,应制定统一的钻进速度指标,增加预测准确性。     

煤(岩)体埋深及倾角对压应力型冲击地压的影响研究

为了研究不同埋深和煤岩倾角对煤岩体开采引起的压应力型冲击地压过程,利用颗粒流方法进行冲击地压模拟。煤岩体与顶板倾角工况设置为7种,分别为0°,5°,10°,15°,20°,30°和40°;煤岩层埋深深度设置为8种,分别为-120m～-820m,间隔100m。在上述56种工况下进行压应力型冲击地压过程模拟,计算至平衡时统计飞石颗粒数量和变形颗粒数量,研究这两个数量与埋深和倾角之间的关系。结果表明,飞石数量和变形颗粒数量与埋深均为幂函数关系,前者随倾角增加幂次数增加且均大于1,后者随倾角增加幂次数增加但均小于1;在深度不变时两者数量增长与倾角为线性关系,且随着深度增加,斜率和截距均增加。     

冲击荷载作用下深埋洞室稳定性分析

建立了反映高应力状态下岩石材料塑性变形及损伤破坏的弹塑性损伤本构模型。通过ABAQUS显式有限元计算程序及其二次开发平台,使用FORTRAN语言编制本构计算程序,将本构模型导入ABAQUS计算软件当中。将本文提出的岩石材料弹塑性损伤本构模型应用于深埋地下洞室受冲击地压作用问题的计算分析。计算分析结果说明:在应力较低时,受冲击作用后的洞室围岩表现出明显的脆性开裂破坏特征;随着地应力水平的提高,围岩变形及承受冲击荷载的能力均明显变大,洞室在发生较大塑性变形后才出现整体性破坏。     

硬质沙粒对TC4钛合金冲击磨损的损伤行为的研究

在新型冲击磨损试验机上,以TC4钛合金作为研究对象开展了在硬质沙粒条件下的冲击试验.考察了沙粒粒径(120~380μm)、冲击次数对TC4钛合金冲击磨损行为的影响.研究结果表明:粒径能显著影响TC4钛合金的冲击磨损行为.在冲击过程中硬质沙粒会不断切削、挤压试样表面,造成较大的材料损失.随着沙粒粒径的增加,磨损面积增加,冲击力峰值、磨损深度和界面的能量吸收率都呈现先增加后减小的趋势.随着冲击次数的增加,冲击力峰值和界面能量吸收率增加,磨损加剧.硬质沙粒冲击作用下TC4钛合金的磨损机制主要表现为沙粒棱角对试样表面的微观切削和挤压剥落.     

冲击载荷下板杆组合结构的动态响应

结构受冲击载荷作用可能会变形甚至失效.合理的结构形式有助于增强结构的抗冲击性能.本文对冲击载荷作用下板杆组合结构的动力学行为进行了分析,采用有限元方法模拟冲击载荷下结构的大挠度变形模式和能量吸收特性,并研究了杆件长度对抗冲击性能的影响.     

啄木鸟为什么能避免脑损伤？

为了觅食和凿洞,啄木鸟用它的长嘴反复地冲击树干,冲击频率很高,引致的最大减速度可达1500g.能实现这样的功能,靠的是啄木鸟头部的特殊构造,以及它的脚趾和尾羽.基于冲击动力学的科学知识,本文从4个方面分析了为什么啄木鸟在频繁、快速和高g的冲击下能够避免脑部的损伤.同时,在啄木鸟头部结构和材料的启发下,科技人员正在研发新型的缓冲和隔振的装置.     

复合材料层压板低速冲击响应与损伤参数关系研究

论文针对复合材料标准冲击试样,用落锤试验手段研究了三种不同铺层层压板的低速冲击特性.分析了冲击响应接触力和能量的基本特性及变化规律,发现冲击能量相对于层压板阻抗水平的不同会导致接触力-时间曲线形状的差异.从冲击总能量、吸收能量和损伤耗散能量的角度阐释了能量和接触力与层压板分层损伤、凹坑变形的关系.发现损伤直接取决于吸收能量,与冲击总能量有较好的正相关关系.最大接触力是表征层压板损伤阻抗性能的一个门槛值.在一定能量条件下进行冲击,峰值接触力若达到层压板的接触力门槛值,则峰值接触力不再随损伤程度而增加,不能继续作为损伤的表征参数.同时,进行了冲击过程动态有限元模拟,得到的冲击响应参数曲线和损伤结果与试验结果有较好的对应关系.     

薄壁金属圆管在钝圆锥头弹体正冲击及斜冲击下破裂的实验研究

对薄壁软钢圆管在 90°圆锥头子弹正冲击和斜冲击下的破裂进行了实验研究 .测量了子弹以不同冲击角冲击时 ,圆管产生穿透性破裂的最小速度 (临界破裂速度 ) ,找出管壁在不同冲击角下局部破裂的模式 .在子弹以临界破裂速度正冲击下 ,靶壁逐渐覆盖整个弹头 ,管壁的最后破裂是剪切型的 ;当斜冲击角为 30°时 ,子弹的尖端会刺透靶壁 ,在这些斜冲击角下 ,子弹的临界破裂动能仅仅是正冲击下的 4 5% .     

贝氏体钢在多次冲击接触载荷下的反常磨损行为研究

采用JD-125型冲击试验机对贝氏体钢表面进行40 h的往复冲击磨损试验,观察表层组织演变和磨损率的变化过程.结果表明:在6.0 J冲击下磨损率始终稳定不变,呈现出通常的冲击磨损规律;而在8.2 J冲击下,冲击10 h后磨损率急剧下降,甚至低于6.0 J冲击下的磨损率,材料显示出反常的磨损规律;8.2 J冲击下材料磨损表面出现大量非晶相,且出现少量纳米晶嵌于非晶基底中,使得普通的冲击磨损过程被强烈抑制,因此磨损率下降,其磨损表面形貌也较低能冲击下的表面更为平整和均匀.同时还证明只有冲击能量超过某个阈值,材料表面才能够形成非晶层.     

在冲击弹体作用下梁的反直观行为研究

用数值模拟方法,分析简支梁在弹体冲击下梁的反直观行为.研究了在跨中受弹体冲击引发反直观行为时,梁的位移时程曲线、最终变形模式、能量关系及引发反直观行为对应的弹体速度范围等特性.并探讨了弹体偏离梁的中点冲击时,对梁的反直观行为的影响.研究表明:不论弹体冲击梁的中点或偏离梁的中点冲击时,梁都会发生反直观行为,并具有许多共同的动力响应特点.     

弹—塑性正交梁系轴向冲击屈曲与塑性失效的实验研究

本文对弹——塑性正交梁系(以下简称梁系)的流——固冲击屈曲和冲击塑性失效问题进行了实验研究.研究表明:在轴向流——固冲击作用下,梁系呈现出三种不同的动力临界状态:屈曲、塑性变形和塑性失效.本文通过对梁系临界状态时的动力响应特征的分析,分别建立了板架的临界动力屈曲准则,临界塑性准则和临界动力塑性失效准则,这些准则完整地定义了梁系在轴向流——固冲击作用下的弹——塑性动力特征,初步揭示了这一类非保守冲击屈曲和冲击失效现象的一些重要特性.     

煤岩巷道冲击破坏过程相似模拟试验研究

采用相似材料模拟试验研究方法,利用单轴加载系统和数字散斑光测技术,根据相似材料配比制备脆性材料,对标准试块和三维巷道模型进行了相似试验研究。对相似模拟试验结果分析可知,实验室制备脆性材料模拟冲击地压巷道破坏过程是可行的,冲击破坏特征较明显;散斑计算结果说明,试块位移和应变变化与裂缝出现、扩展和贯通具有一致性,且竖向裂缝开展数量多、速度快;相似模拟试验结果也表明巷道顶板受冲击作用和下沉位移较大,两边帮向巷道内部弯曲变形也较大,甚至出现煤岩抛出和巷道垮塌。本试验也为进一步揭示煤岩巷道冲击破坏规律提供了新的途径。     

微惯性传感器建模及冲击响应分析

研究了微惯性传感器在冲击环境下的可靠性问题，重点分析了微惯性传感器在冲击载荷作用下的冲击响应问题。根据微惯性传感器结构部件主要由质量块、支承梁、衬底组成的特点，建立了微惯性传感器结构部件的集总参数模型，得出了微加速度计和微陀螺在半周正弦加速度冲击载荷作用下的冲击响应解析解，并采用有限元分析软件ANSYS验证了该解析解的正确性。此冲击响应解析解对预测微惯性传感器在冲击环境下的可靠性具有重要作用。     

复合材料层合板冲击损伤及剩余强度分析方法

应用三维逐渐累积损伤理论和分析技术对层合板的冲击及冲击后含损伤的层合板在拉伸载荷下损伤扩展的全过程进行分析.分析中取消了以往研究者对冲击后层合板损伤状态所做的人为假设,将冲击后层合板的实际损伤状态直接用于剩余拉伸强度研究.通过与已有文献结果比较,验证了方法的正确性.     

矿用防冲吸能支护构件的数值分析与实验研究

煤矿冲击地压会造成围岩剧烈震动、变形或突发破坏,从而对支护体产生破坏性冲击作用。基于快速吸能让位防冲击支护理念,研制了一种具有特殊形状的防冲击吸能支护构件,可应用于巷道防冲吸能液压支架中。其机理在于利用构件的快速变形让位与吸能过程,缓解支架受到的超额冲击,保护支架不受损坏,从而防止支护体系以及巷道围岩的失稳破坏。文中提出了吸能构件的承载力与吸能量简化公式,采用Abaqus软件计算分析了构件参数设置的可靠性,得到了理想的力-位移曲线、吸能量曲线和屈曲变形模态,并通过实验室准静态压溃试验进行了一定的验证,试验得到吸能构件承载力达2660kN,吸能量达375.56kJ,与预期值非常接近。此构件的设计与研制,为支架的现场应用以及进一步的优化设计提供了一定的参考依据。