钻杆推力转速及扭矩相结合法测定煤体应力试验研究

为了准确判定煤体应力的大小,采用钻杆推力转速及扭矩相结合的方法来反推判断煤体应力。通过对新型钻机钻孔过程中钻头、钻杆的力学分析,建立了钻头、钻杆的动力学模型和动力学方程,得出了钻杆推力、转速、扭矩与煤体应力的关系以及转速与扭矩、推力的关系。在理论上给出了利用钻杆推力、转速、扭矩计算煤体应力的可行性。利用推力-转速-扭矩数据采集传感器装置,测试了不同煤体应力下钻杆推力、转速、扭矩的变化规律。试验结果表明:随着钻进深度的增加,钻杆推力、转速、扭矩均呈现出先增大后稳定再减小的规律,但三者相比,转速、扭矩稳定时间段较长;在相同钻机及钻具条件下,钻杆推力和转速随煤体应力的增大而减小,钻杆扭矩随煤体应力的增大而增大;钻杆转速越大,钻杆推力相应呈线性递增关系,反之,钻杆速度越小,钻杆推力越小;钻杆扭矩随钻杆转速的变化相应呈二次方增加的关系。研究结果为煤矿冲击地压的预测和研究提供了参考。     

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。     

钻进速度对钻杆扭矩影响的理论分析与试验研究

利用钻杆扭矩法预测冲击地压等煤矿动力灾害时,钻进速度是影响钻杆扭矩的一个重要因素。研究钻进速度对钻杆扭矩的影响可以减少预测指标的误差,提高预测准确性。利用自主研发的钻杆扭矩测试装置,对预制煤体相似材料试件进行了不同钻进速度下的钻孔试验,研究了不同钻进速度对钻杆扭矩变化的影响规律。试验结果表明:钻进速度对钻杆扭矩影响很大。同种煤岩体材料,相同压力条件下,钻进速度越快,钻杆扭矩越大,反之,钻杆扭矩越小。上述研究成果可用于减少预测指标误差。     

煤体应力与钻杆扭矩的关系研究

为了研究向煤体中打钻过程中煤体应力与钻杆上扭矩的关系,利用自主研发的钻杆扭矩测试装置,分别测定了煤体应力为6MPa、8MPa、10MPa、12MPa、14MPa条件下的钻杆扭矩。首次提出了利用钻杆扭矩测试煤体应力的方法,并通过现场实测进行了验证。研究结果表明:在钻进情况、煤体强度相同而煤体应力不同的条件下,钻杆扭矩及其变化速率与煤体应力都服从线性递增关系,线性相关系数在0.95以上。根据钻杆扭矩测试结果确定某矿12160工作面的卸压带宽度约为4m、应力峰值点大致位于孔深5m处和原岩应力区在孔深大于6m的区域。本文研究结果为煤体应力测试提供了新思路。     

冲击扭矩作用下碳纳米管动力屈曲的研究

为了研究碳纳米管在冲击扭矩作用下的动力屈曲,采用了连续模型将碳纳米管模拟成半无限长的弹性连续圆柱壳。将冲击扭矩作用下碳纳米管的动力屈曲问题归结为由于扭转应力波传播导致的分叉问题,此分叉问题被化为一个非线性方程组的求解。最后进行了数值分析,讨论了碳纳米管的不同参数对动力屈曲的影响,发现碳纳米管有极强的抗冲击性,临界屈曲剪应力可高达几百吉帕。     

基于剩余推力法的地震滑坡永久位移研究

基于剩余推力法思想 ,结合Newmark有限滑动位移法 ,考虑了由于动力作用造成的孔隙水压力变化 ,对一种最为常见的边坡灾害—滑坡 ,提出了一种简便的估算地震动力永久位移的方法。对一实例用该法和快速拉格朗日元 (FLAC3D)进行对比计算 ,结果表明两者的结果基本接近 ,前者要保守一些。这就使得应用剩余推力法这一常规方法对滑坡进行真正意义上的动力时程分析成为可能.     

钻进参量预测含瓦斯煤冲击倾向性的试验研究

矿井冲击地压预测过程中,瓦斯压力是影响其预测结果准确性的重要因素。因此,利用自主研发的三轴煤岩加压及钻屑试验系统,通过研究煤样在同一轴压、围压和不同瓦斯压力组合情况下的钻进参量(推力、扭矩及钻屑量)数据变化特征,得到受瓦斯压力影响的煤体冲击倾向性的规律。研究结果表明:①钻杆推力、扭矩、钻屑量均可表征煤体有效应力的大小,且均呈正相关变化规律;②瓦斯压力在一定临界值范围内,煤体有效应力随瓦斯压力的增大而减小,但当瓦斯压力超过一定临界值时,煤体有效应力会随瓦斯压力的增大而增大;③随瓦斯压力的持续增大,煤体有效应力峰值位置距工作面煤壁距离持续增加;④合理的瓦斯压力控制值,既能减小煤体有效应力值,又能使其有效应力集中区相对远离工作面,达到综合防治效果最佳的目的,从而有效降低煤体冲击倾向性。研究结果对含瓦斯煤冲击地压的预测和防治具有重要的参考价值。     

螺栓扭矩系数影响因素的试验研究

在螺栓连接结构中,为保证连接的可靠性,必须为螺栓提供合适的预紧力。工程中通常采用扭矩法装配螺栓连接结构,因此需要确定预紧力与扭矩之间的关系(即扭矩系数),以施加合适的装配扭矩。本文对输电塔中常用的M16镀锌螺栓进行预紧力试验研究,测试分析了螺栓强度等级、有无垫圈和有无润滑对螺栓连接副扭矩系数的影响。研究结果表明,高强度螺栓比普通螺栓的扭矩系数小,数据离散性也小;无垫圈的螺栓比有垫圈的螺栓扭矩系数小,但数据离散性大;有润滑的螺栓比无润滑的螺栓扭矩系数小,数据离散性也小。本文同时探讨了如何控制、调整扭矩系数,以及螺栓连接中要注意的问题,为设计和施工单位提供参考。     

基于SPH 法的爆炸螺栓冲击特性研究

由于爆炸螺栓解锁过程具有瞬时性、变形大等特点,同时接触爆炸过程中交界面处介质阻抗相差 较大,因此基于计及材料强度的SPH 方法,在控制方程的粒子近似过程中将其转化为粒子密度及质量对物理 量近似过程影响较小的形式,建立了爆炸螺栓三维SPH 数值模型,分析了爆炸螺栓解锁过程中的冲击特性。 同时,通过与LS-DYNA软件的计算结果进行对比,验证了本文所建立数值模型的准确性和可靠性。     

冲击回波法对混凝土内部损伤检测的试验研究

通过预加荷载给混凝土试件内部引入一定程度的损伤,分别测量了损伤前后试件内部弹性波的传播速度以及抗压强度,探讨了弹性波波速的降低程度与抗压强度劣化之间的关系。研究表明:在MEM卓越周期图中,主要峰值数量增加和底部边界面反射信号周期加长可作为判别损伤产生的依据;弹性波波速与混凝土内部的损伤程度具有很好的相关性,混凝土损伤程度越大,波速降低值越大;弹性波波速降低程度与抗压强度劣化之间具有线性相关性。根据试验数据拟合出了线性方程。说明采用冲击回波法对混凝土内部损伤程度检测是可行的,在混凝土结构的可靠性与安全性分析方面具有广阔的应用前景。     

基于红外热成像的编织复合材料低速冲击和冲击后压缩试验研究

针对二维三轴编织复合材料（two-dimensional triaxially braided composite, 2DTBC）在低速冲击和冲击后压缩（compression after impact, CAI）载荷下的损伤失效机理,开展了2DTBC试样的不同能量低速冲击试验以及相应的CAI试验,并采用红外热像仪监测在低速冲击和CAI试验过程中的温升现象。通过C扫描表征了不同能量低速冲击后试样的分层损伤情况,讨论了试样背面温度场分布特性及其随冲击能量的演化规律;对比分析了2DTBC冲击后剩余压缩强度与冲击能量的对应关系,基于数字图像相关（digital image correlation, DIC）技术监测了CAI试验中的全局应变场,结合热成像、变形场和光学图像数据,阐明了不同能量冲击后2DTBC的压缩失效特性,讨论了基于红外热成像技术表征编织复合材料损伤失效行为的有效性。试验结果显示:编织复合材料低速冲击和CAI试验中的温度场分布图与编织几何构型有明显关联度;低速冲击试验的温升幅值随冲击能量的增加而快速上升,CAI试验的温升现象随着冲击能量的增加而减弱;分层面积随冲击能量的增大而增大,冲击后剩余压缩强度随冲击能量的增大而降低。研究结果表明:红外热成像技术能够很好地捕捉试样破坏瞬间释放断裂能所产生的温升现象,温度场图像相较于全局应变场能更好地捕捉破坏的起始位置和失效特征。     

淹没磨料射流研究进展及冲击特性试验研究

本文简要回顾了非淹没磨料射流技术与人工淹没环境条件理论的发展与应用，认为将磨料射流引入水下加工领域是一种新的尝试，通过介绍国内外的一些相关研究，充分显示了淹没磨料射流的潜在优势，在此基础上，提出一套淹没磨料射流的模拟装置，实现了在实验室进行模拟大水深环境的淹没磨料射流性能试验。     

基于Hopkinson杆的恒幅冲击疲劳试验方法研究

在航空、航天、武器和能源等领域的结构件经常会受到小载荷(小能量)的重复冲击,不同于大能量的单次冲断和常规准静态疲劳,这种载荷形式被称为冲击疲劳.冲击疲劳性能的评估需要依赖科学有效的冲击疲劳试验结果.多年来,受到基于能量法的冲击疲劳试验方法的限制,冲击疲劳试验结果在结构设计和性能评估方面的工业应用十分有限.因此,本文首先基于对冲击疲劳试验方法的发展历程的简要回顾,肯定了基于Hopkinson杆原理的应力波法的优越性,明确了冲击疲劳试验中普遍存在的非恒幅加载的问题.同时,提出了几种基于Hopkinson杆原理的冲击疲劳加载技术,并通过试验验证技术的可行性,重点关注是否存在二次加载引起的非恒幅加载问题.最后,采用经典的分离式Hopkinson压杆技术开发了一套可实现恒幅加载的动态剪切疲劳试验方法,实现了对TC4钛合金的冲击疲劳性能测试,从而验证了新方法的有效性和可行性.     

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。     

航天器火工冲击模拟试验及响应预示方法研究综述

航天器火工冲击力学环境是由星箭分离、部组件展开等工作过程中的火工品起爆引起的作用于结构上的高频、高加速度量级的瞬态冲击响应,能对航天器上含有晶振、脆性材料等的精密电子设备造成致命损伤,是航天器需要经历的最苛刻的力学环境之一。本文中,对国内外航天器火工冲击地面试验方法和环境预示方法做了全面、详细的介绍,总结了这两个方面的研究进展,分析了我国在这两个方面与航天强国的差距。最后,从我国航天工程实际需求出发,提出了今后航天器火工冲击领域应重点开展的研究方向。     

基于单射流冲击试验的复合材料高速雨滴撞击损伤研究

飞行器高速飞越云雨区时,前表面会受到雨滴的冲击侵蚀。基于一级轻气炮搭建了一种单射流冲击试验平台用于材料雨蚀试验,可产生速度200～600 m/s、直径4～7 mm、头部呈光滑圆弧形的稳定水射流;并对一种碳纤维树脂基复合材料层合板进行了不同速度和直径的单射流冲击试验。结果表明,复合材料单次水射流冲击的典型损伤形貌为:冲击表面凹陷,中心几乎完好无损伤,周围产生一环状损伤带,环内有树脂去除、基体开裂、少量纤维断裂等损伤形式;内部损伤主要由基体开裂和层间分层组成。损伤尺寸呈现典型的各向异性,纵向尺寸大于横向尺寸;随射流速度和直径的增加,表面环状损伤和内部损伤的尺寸均向外扩展,环状损伤面积和内部分层面积也随之增加。水锤压力的压缩和卸载、侧向射流的剪切和应力波的相互作用是造成复合材料单射流冲击损伤的主要机理。     

冲击响应谱频率特征值法研究

本文以几次地下核爆炸实测波形为例,分析了响应谱的特点,建立了计算响应谱频率特征值的经验公式,介绍了绘制冲击响应谱的频率特征值法。对特定条件下的冲击响应谱可按该法绘制。     

基于夏比冲击试验的材料失效模型参数

结合夏比冲击试验和ABAQUS显式动力数值模拟,对Q370d钢进行了Johnson-Cook失效模型参数研究。首先,在不考虑材料失效的情况下,通过3种不同厚度的无缺口试件冲击实验对有限元模型参数设置和材料本构模型的准确性进行了验证,同时还讨论了试件断裂区网格的合适尺寸;在此基础上,基于正交设计,通过大量的有限元数值模拟得到失效模型参数样本,利用回归分析求得冲击功与失效模型参数的回归方程组;最后结合夏比V型缺口冲击试验,求解Q370d钢的失效模型参数,并对断裂截面的力学特性进行了分析,可为工程应用提供参考。     

钢纤维高强混凝土冲击压缩的试验研究

介绍了利用100 mm SHPB装置获得钢纤维高强混凝土冲击压缩应力-应变曲线的试验研究。同一类试样在静态和动态共4个不同应变率下的试验结果揭示混凝土是应变率敏感材料,其破坏应变、峰值应变和弹性模量表现出显著的应变率强化效应。从静态和动态压缩下混凝土损伤演化的不同形式对这种应变率强化效应进行了详细讨论。从相近应变率下不同钢纤维含量试样的试验结果中,发现冲击压缩下钢纤维对混凝土的增强效应随应变率的增大而减弱。从钢纤维对混凝土静态和动态压缩下损伤演化形式的影响,讨论了钢纤维对混凝土的这种增强效应。     

高强钢纤维混凝土冲击压缩特性试验研究

采用大尺寸SHPB装置 ,对钢纤维体积分数在 0～ 6 %的高强钢纤维混凝土进行冲击压缩试验 ,得到应变率约 10 0s-1下的应力 应变全曲线及方程 ,给出抗压强度与应变率的关系 ,讨论了钢纤维含量对冲击强度的影响。