掘进机截割硬岩时镐齿磨损特性试验研究

为了研究掘进机镐齿在截割时的磨损特性,开展独头掘进与诱导开挖下的掘进试验,对比分析不同工程条件下截齿的磨损失效情况。结果表明,在掘进机硬岩掘进过程中,由于截割头的形状导致截齿的受力状况不一样,截齿的磨损程度也不相同,处在圆角区的截齿磨损情况最严重,圆锥区的截齿受损最轻微;在诱导开挖条件下,截齿的质量磨损减小,截齿的使用寿命得到提高。     

不同围压与不同截齿侵入角作用下镐形截齿破岩数值模拟分析

为分析围压、截齿侵入角等对镐形截齿破岩效果的影响,采用颗粒流离散元法对不同围压和截齿侵入角下的镐形截齿破岩进行数值仿真,研究不同围压与截齿侵入角下对应的岩石破碎模式、牵引力、切割力以及裂纹数目的变化。研究表明:随着围压与截齿侵入角的变化,截齿破岩时呈现3种破坏模式:当围压为0~20 MPa、截齿侵入角为45°~60°时,可以产生向岩石内部扩展的裂纹,最利于破岩;当围压一定,截齿的侵入角为45°左右时,切割力最大而需求的牵引力最小,且两者波动最小,切割岩石最稳定;当截齿的侵入角为45°时,破岩效果最好,侵入角为60°时,围压10~20 MPa左右破岩效果较好,当截齿的侵入角为90°时,围压对截齿破岩无影响,且切割效果差。通过模拟,得出合适的截齿破岩参数,为截齿参数的选择提供指导。     

硬岩掘进机振动特性研究

基于Pro／E、MATLAB、ADAMS和ANSYS联合构造的协同仿真环境，建立了掘进机截割部刚柔耦合虚拟样机的振动模型。施加外部激励，利用ADAMS／VIBRATION模块对其振动特性开展了研究，确定出回转台在截割硬岩载荷激励作用下的响应，得出对系统整体性能不利的模态振型和频率；并与减速机构转动频率进行比较，为掘进机截割部的振动提供了理论依据，对全面掌握截割部系统的动态性能具有重要价值。     

螺旋钻采煤机钻头载荷的模拟研究

为了研究螺旋钻采煤机钻头的力学特征和动力学行为,通过截齿受力分析,给出了单个截齿上各阻力的计算方法.在此基础上建立了钻头三向载荷的数学模型,利用编制的计算机程序,模拟得到了在不同煤岩、不同结构参数下钻头的载荷曲线.结果表明,钻头载荷存在明显的波动,且载荷大小随煤岩硬度的增加而增加,随钻头直径的加大而增大；在钻头直径一定情况下,钻头的锥角越大,钻头的载荷越大.研究结果对于合理选择螺旋钻采煤机、正确地确定钻头的结构参数、改善螺旋钻采煤机的性能、提高钻采效率有重要的意义和参考价值.     

掘进机截割头辅助设计软件的研究与开发

针对目前国内掘进机截割头设计大多凭经验进行以及截割负载的非线性、时变性和强耦合等特点，通过对纵轴式掘进机截割头的分析与研究，建立了截割头负载的瞬态动力学模型；基于VC＋＋和MATLAB联合开发了用于掘进机截割头设计和负载计算的计算机辅助设计软件。应用此软件可以获得截割头载荷波动曲线及波动系数、生成截割头瞬时负载的文本及截割头三维参数化实体模型，以评价截割头设计的合理性并进一步指导截割头的优化设计；解决了掘进机截割头设计中盲目缩放几何尺寸及其负载计算因人而异造成设计与计算结果迥异的问题；为新型截割头的研发及对现有机型的改进提供了新的方法和手段。软件界面友好、操作简单、方便实用，使基于科学方法的截割头计算机辅助设计在工程中的应用和推广成为可能。     

掘进机截割部刚柔耦合动力学建模与仿真研究

将大位移运动与小变形刚-柔耦合体动力学的建模理论应用于掘进机截割部的动态特性研究，利用ANSYS把截割部的截割主轴和截割套筒生成模态中性文件，导入ADAMS中建立刚柔耦合虚拟样机并进行运动学和动力学仿真，研究柔性体对截割部的影响。通过与刚性体模型仿真结果对比，揭示了工作装置中柔性体与刚性体耦合时的运动学、动力学特性。仿真结果表明柔性耦合模型更加符合实际情况。     

基于Pro／TOOLKIT的截割头截齿及齿座虚拟装配

通过建立单个截齿及齿座的定位模型，应用PROE的二次开发工具包Pro／TOOLKIT、VC＋＋和数据库技术，开发出掘进机截割头截齿及齿座的虚拟装配程序。该程序只需输入所有截齿定位模型的参数数据，即可得到整个截割头截齿与齿座的装配体。由此装配体能确定各个齿座的安装平面。进而得到满足设计要求的截割头头体，实现整个截割头的虚拟装配。为质量高、性能好的掘进机截割头的研发提供了一种高效、快捷的途径。     

强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法

钢筋混凝土不但在土木工程领域有着广泛的应用,而且其强动载荷下动态力学行为的研究在国家安全方面也具有十分重要的需求,其非均质、各向异性、多组分的特性亦给其动力学特性的研究带来诸多困难.本文针对强冲击载荷下钢筋混凝土的力学行为的研究进展进行了评述,具体包括:1)钢筋混凝土材料动态力学行为、破坏机理及动态本构模型;2)钢筋混凝土结构的侵彻及爆炸作用破坏机理;3)强冲击载荷下结构力学行为的数值模拟方法与软件.在此基础上,分析了针对强冲击载荷下钢筋混凝土的动态特性、侵彻机理和数值方法等方面的研究所存在的不足之处,并对需要进一步深入开展的研究工作进行了展望.     

考虑孔隙压密的岩石非线性变形行为计算分析

含孔隙裂隙岩石的非线性变形对分析岩体工程中的力学响应和安全评价具有重要意义.需要考虑岩石的孔隙性建立能够反映岩石变形非线性特性的本构模型.本文首先分析了岩石非线性变形的力学机理,将岩石的全应力应变曲线分成两段.然后对两段分别建立本构关系:在压密闭合阶段,提出压密因子的概念,以表征孔隙率变化对岩石变形特性的影响;除压密闭合阶段外的另一阶段,基于损伤理论,采用岩石细观单元本构模型来描述,以最大拉应变准则和摩尔-库仑准则作为损伤判断准则.借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics,通过MATLAB编程实现对该模型的数值求解.为验证模型的正确性,将数值模拟得到的结果与试验数据进行对比.最后,对6种孔隙率不同但岩石基质相同的岩石进行了单轴压缩破坏过程数值模拟.研究结果表明:运用提出的压密因子所建立的本构模型可以很好地模拟岩石的压密闭合阶段的非线性,对同种岩石孔隙率越大单轴抗压强度越小,随孔隙被压密弹性模量越来越大.     

电容压力微传感器数值分析

用伪谱算法对电容压力微传感器极板膜在均匀载荷条件下的弯曲行为作了数值模拟, 叙述了伪谱算法原理, 并将其用于微传感器的载荷与电容关系分析. 对于非接触式电容压力微传感器, 只有在小载荷(引起的最大垂向位移甚小于极板膜厚度)的条件下, 才可以忽略作用于极板膜的中平面的张力, 此时, 微传感器的电容与载荷之间呈线性关系. 当进一步增加载荷时, 两者的关系呈非线性, 电容随载荷的增大迅速增加. 对于接触式电容压力微传感器, 给出了接触半径的计算公式, 数值计算了载荷与电容关系曲线, 为压力微传感器分析和设计提供了理论依据.     

煤层冲击倾向性试验及数值模拟

冲击地压是一种特殊的矿山动力现象,而冲击倾向性是煤岩体发生冲击地压的内在因素和必要条件.对松树镇煤矿主采煤层进行冲击倾向性试验,对冲击能量指数、弹性能量指数和动态破坏时间三个煤层冲击能量指标进行分析,得出煤层无冲击倾向性.但对开采煤层数值模拟,得出深部煤层顶部最大主应力值、顶板下沉较大,需要实施一定的防治措施.这为该矿防治冲击地压提供了科学依据.     

镐形截齿截割不同硬质岩石的随机载荷模拟

在假设截齿的截割阻力和牵引阻力服从Gamma分布、侧向力服从正态分布并考虑其相关性的条件下，运用随机过程理论通过MATLAB编程对其进行计算机模拟。结果表明，三向力随谱氏系数_厂呈剧增趋势；牵引阻力是栽荷最大峰值的最大分力。通过模拟，可单独研究某一参数对截齿截割性能的影响，从而部分地替代实验和工程实测，节省大量的实验费用。     

燃料电池-真空热离子混合系统的性能特性和优化分析

基于固体氧化物燃料电池（SOFC）和真空热离子发电器（VTIG）的粒子流及电流模型,建立考虑多种不可逆性的一类不可逆SOFC-VTIG混合功率系统的一般循环模型.通过该混合模型得到了混合功率系统的效率与输出功率表达式,应用数值模拟获得混合功率系统的效率和功率随系统一些重要参数变化的关系曲线,从而揭示了混合功率系统的性能特征,确定了系统一些重要性能参数的优化判据,讨论了混合功率系统中的一些不可逆损失对系统优化性能的影响.本文所得的结果可为实际SOFC-VTIG混合功率系统的优化设计和运行提供理论依据.     

刚交错桁架结构的抗震性能分析

为研究新型结构体系-钢交错桁架结构在地震作用下的动力特性,首先提出一种新的计算模型--伪空间模型,在通过模态分析和Pushover分析验证了由伪空间模型研究钢交错桁架结构横向抗震性能的可行性之后,对10层、15层和20层钢交错桁架结构分别进行IDA分析,并通过分析结构的动力响应,评估其抗震性能,研究成果对分析钢交错桁架结构的动力特性具有一定意义.     

被保护煤层底板穿层抽采钻孔合理布置方式研究

为了保障穿层抽采钻孔施工安全和提高被保护层卸压瓦斯抽采效果，通过上保护层开采邻近煤层瓦斯涌出情况的分析和上保护层开采底板煤岩体卸压特征的数值模拟分析，对不同层间距被保护层穿层抽采钻孔的合理布孔方式进行了研究。现场试验表明：下伏不同层间距被保护层底板穿层抽采钻孔不同的布置方式能保障钻孔的安全施工和被保护层卸压瓦斯高效抽粟。     

大理岩单轴受压全过程细观损伤量化研究

设计基于SEM的大理岩细观损伤全程数字化跟踪试验方案，对四川锦屏大理岩试样进行了单轴压缩细观损伤的全程试验。基于数字图像处理技术，对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行定量分析，提取试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据。然后利用统计学理论对获取到的32组试样微裂纹的损伤全过程的细现信息进行了统计分析，得到在单轴压缩过程中微裂纹的方位角、长度和间距服从变参数的广义极限分布这一结论，最后引入G Swoboda损伤理论，模拟得到单轴压缩试验的应力一应变关系，并与实际试验的结果进行了比较。结果显示可以较准确模拟单轴压缩力学状态下的应力一应变关系。