液压支架随机载荷历程及Monte Carlo法的应用

为较准确地预测液压支架的使用寿命,利用支架与围岩的相互作用关系,通过围岩的运动规律,分析出了液压支架外载荷的来源及特征.应用Monte Carlo法进行随机抽样获取载荷谱,统计得到其载荷幅值服从形状参数为1.31,尺度参数为216.96的威布尔分布,而载荷均值服从均值为1 200 N·m,标准差为51.96N·m的正态分布,进而模拟出了液压支架在井下真实的载荷历程.为进一步研究和编制程序载荷谱,进行实验室模拟试验和疲劳寿命预测做好准备.     

装载机工作装置随机载荷统计特性分析

装载机工作装置随机载荷的统计分析是工作装置载荷谱编制及结构疲劳分析的基础。文章实测了装载机工作装置在大石方、原生土、小石方和沙子4种物料工况下铲斗的受力载荷时间历程,采用统计方法对信号中的毛刺进行甄别与剔除,按照工况时间比例对载荷进行分段拼接,检验分段载荷的平稳性和各态历经性;利用数理统计的方法分析分段实测随机载荷的统计特性,采用峰谷抽取和雨流计数法统计载荷均值和幅值的频次,得到了均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合分布数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立。随机载荷统计分析的方法和结果为装载机工作装置疲劳载荷谱编制以及可靠性台架试验提供了依据。     

液压支架强度可靠性及敏感性分析

为解决液压支架传统的安全系数设计法中存在的设计余量大、强度分布不匀,提高液压支架设计的可靠性,应用有限元法对液压支架进行强度、可靠性和敏感性分析,研究液压支架在不同工况下对不同载荷、材料特性等的敏感性,提出了用有限元法对液压支架进行可靠性及敏感性分析的方法,并以ZF8000/22/35放顶煤液压支架为例,使用有限元软件HyperWorks对液压支架进行强度分析,利用ANSYS进行可靠性分析,得出液压支架对设计参数的敏感性.     

支撑掩护式液压支架的优化设计

为了提高液压支架顶板管理以及承受较大载荷的能力,必须使液压支架顶梁前端的运动轨迹为水平摆幅最小的近似双扭线。通过对液压支架四连杆机构的运动特性分析,建立了四连杆机构的优化设计数学模型,基于遗传算法求出了使顶梁前端运动轨迹为近似双扭线,且双扭线水平摆幅e最小时的各杆长度及相应参数,并以ZY35型液压支架的设计为例进行了验证。结果表明:利用遗传算法对液压支架四连杆机构进行优化设计可以得到理想的设计参数,生产的液压支架工作状态平稳,支护效果良好。     

基于弯矩等效的装载机外载荷当量与载荷谱编制

为了编制装载机工作装置载荷谱进行结构疲劳性能研究,提出了一种基于动臂截面弯矩等效的装载机外载荷当量方法,将装载机铲装物料时所受外载荷简化为一个作用在铲斗上的集中载荷并进行载荷谱编制。以动臂前后两端铰点连线为基准构建动臂局部坐标系,将铲斗铰点实测载荷转化为局部坐标系下动臂铰点载荷,研究铲掘姿态下动臂截面弯矩和装载机外载荷的同步对应关系,确定了外载荷作用点位置和作用方向,利用动臂最大弯矩截面的弯矩等效建立了装载机外载荷的当量数学模型。由实测的铲斗铰点载荷时间历程和装载机外载荷当量模型得到ZL50G装载机当量外载荷的时间历程,采用雨流计数得到典型作业介质下当量外载荷均值、幅值、频次的统计特性,编制多工况合成的工作装置疲劳试验程序载荷谱。结果表明:基于动臂截面弯矩等效方法能够获取固定姿态下装载机当量外载荷作用位置和作用方向;利用动臂最大弯矩截面的弯矩得到当量载荷时间历程,且在当量载荷与实测载荷下动臂截面弯矩变化规律和大小保持一致;当量载荷均值服从正态分布、幅值服从三参数威布尔分布,利用雨流计数和参数外推法编制的适用于工作装置疲劳试验的变均值加速加载程序载荷谱,缩短了疲劳台架试验的加载时间。提出的基于动臂截面弯矩等效的装载机外载荷当量模型以及载荷谱编制方法,可为装载机工作装置疲劳寿命评估和台架试验规范的制定提供依据。     

大采高综采工作面上覆岩层破断规律的相似模拟

文章使用实验室相似模拟的方法,对同煤集团晋华宫矿南山12#层8210工作面的矿山压力显现与支承压力规律进行了研究,通过相似模拟实验得到8210工作面基本顶初次来压步距为40.8 m,周期来压步距平均为21.7 m。液压支架的额定工作阻力为1.3×105k N,能支撑顶板的压力,来压时间内动载荷支架工作稳定;对其他大采高工作面支架稳定性研究具有借鉴意义。     

基于APDL的液压支架参数化有限元分析

利用APDL参数化设计语言建立了液压支架的有限元计算模型,并针对不同加载形式进行分析,得出了液压支架在不同载荷作用下的应力分布规律,验证了支架的强度。     

稳定土拌和机转子轴动态扭矩的分析与测定

应用理论分析和实验研究方法,对稳定土拌和机转子液压驱动系统及其动态扭矩进行了研究通过在实测的多种工况下,对液压马达进口压力的频谱进行分析和比较识别,确认了由马达至转子的轴上动态扭矩的构成,从而为制定载荷谱奠定基础     

基于最小安全系数法对隧道围岩稳定性分析

隧道围岩稳定性一直是隧道施工控制的重点,本文采用最小安全系数法对隧道围岩稳定性计算进行了研究.基于随机场理论,考虑第二主应力对隧道围岩稳定性影响,结合最小安全系数法,分析隧道围岩稳定;隧道围岩存在不连续面,其参数存在变异,假设围岩的粘聚力和摩擦角服从正态分布,以参数的均值、方差和空间相关性表征,分析了隧道围岩在变异力学参数下的稳定情况.结果表明:隧道的最小安全系数在内摩擦角发生变化时,其失效概率也是变化的,即围岩稳定性是发生变化的.     

大倾角特厚煤层综放液压支架工作阻力确定

为提高大倾角特厚煤层综放开采"R-S-F"系统稳定,采用相似材料模拟实验,对长山子煤矿大倾角特厚煤层综放开采液压支架工作阻力进行研究.结果表明:沿工作面倾向,中部区域支架载荷最大,最大平均载荷为5 540 kN,上部区域支架载荷次之,最大平均载荷为5 340 kN,下部区域支架载荷最小,最大平均载荷为4 966kN,且工作面中上部区域支架易发生逆向侧翻失稳,工作面下部区域易发生错动性滑落失稳.并将测得的支架工作阻力与采用载荷估算和R-S-F动力控制理论计算等方法计算的结果进行对比研究,结果显示支架工作阻力在合理范围内,并确定长山子煤矿大倾角特厚煤层综放液压支架工作阻力5 000 kN.     

热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。     

巷道锚喷补偿收缩钢纤维砼支护结构数值分析

巷道支护结构稳定是煤矿安全生产的前提,结合巷道混凝土破坏特征和混凝土材料复合增强原理,提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土作为支护材料。以朱集矿-965水平轨道大巷为工况,采用ANSYS数值软件对巷道锚杆-喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护结构的稳定性进行数值分析。考虑围岩作用下锚杆与喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护体系建立三维有限元模型。采用弹塑性D-P本构模型进行计算,得出围岩-支护结构体系下围岩的应力场、位移场、塑性区以及支护内力的分布规律。通过荷载步设置探讨巷道开挖对围岩稳定性的影响,以及支护结构的受力特征,找出巷道支护结构的"危险点"和围岩的应力集中区。提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土的支护措施。通过工业性试验验证了该支护结构体系能够有效地改善和提高支护结构的稳定性。     

斜风作用下季冻区隧道冻胀力分布规律及结构安全性评价

为分析不均匀冻胀荷载对季冻区隧道结构受力及安全性的影响,本文依托某新建铁路隧道工程,在凝练工程区气象特征的基础上,利用数值模拟手段分析了斜风作用下隧道温度场的分布特征,解析得到了支护结构的冻胀力荷载,在此基础上分析了支护结构的受力特征并开展了安全性评价。研究结果表明：斜风作用下隧道较小进深范围内迎风侧与背风侧温度场存在差异,进深10m处差异最为显著;未铺设保温层条件下迎风侧围岩冻结深度约为背风侧的1.8倍,铺设保温层后迎风侧围岩冻结深度减小了约80%,背风侧围岩冻结区基本消失;围岩冻结深度不一致导致冻胀力荷载不均匀分布,冻胀力荷载作用下支护结构迎风侧的应力、轴力、弯矩均明显高于背风侧;未铺设保温层条件下仅仰拱区域符合安全性要求,铺设保温层后各区域均满足要求,但迎风侧安全性明显低于背风侧。     

隧道围岩稳定性及其支护作用分析

针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点及支护结构体系的协同作用原理3个基本问题进行研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为3个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.基于围岩失稳模式推导作用于支护结构的围岩荷载计算公式,它包括由浅层围岩确定的"给定荷载"和深层围岩传递的"形变荷载"两部分.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.     

钻地武器作用下坑道动被复结构荷载的计算

为研究坑道动被复结构在钻地武器作用下的荷载变化情况，通过震塌荷载经验公式的计算对比，给出4级围岩在典型钻地武器GBU-28作用下的荷载变化规律。计算结果表明，震塌荷载的变化同坑道动被复段的围岩级别和支护类型有关，支护条件一定时，围岩质量越好其震塌荷载就越小；围岩级别相同时，支护条件越好其震塌荷载就越小。Ⅳ级围岩在24m左右时，不论采用什么支护形式，其震塌荷载都较大，因此Ⅳ级围岩不适宜构筑坑道工程的口部结构，在设计中应予以避免。     

复杂条件下上提蹬空工作面矿压显现特征研究

为了解决蹬空对巷道围岩变形影响严重等问题,针对张集矿1410(1)工作面复杂的地质条件,采用计算机数值模拟(UEDC)系统和现场工程实践相结合的方法,对工作面推进不同距离时上覆岩层垮落形态、初次来压步距、周期来压步距、液压支架受力以及巷道围岩的变形特征进行研究。研究表明:工作面老顶初次来压步距约为32 m左右,周期来压步距约为16 m左右。工作面液压支架所需支撑的最大岩层高度约为25m。在工作面每天正常推进8m的情况下,工作面压架的危险性较小。     

含软弱夹层对巷道围岩承载结构的影响分析

为研究软弱夹层对巷道围岩承载结构和稳定性的影响,采用相似材料模拟和理论分析相结合的方法,通过三种不同方案对比分析了不同支承结构下含软弱夹层巷道围岩受力与变形情况,揭示了含软弱夹层巷道围岩稳定控制机理,并通过现场实测进行验证。结果表明:①巷道顶板和帮部破坏程度明显大于肩部;②采用方案三联合支护能够有效提高巷道围岩应力和承载力;③联合支护方案能够使软弱夹层与上、下硬岩层之间协同耦合承载,减少巷道围岩变形。     

山岭隧道Ⅳ级围岩不同应力释放率下施作二衬规律

依据在建的延崇高速杏林堡隧道工程地质条件,借助FLAC3D有限差分软件,采用Hoek-Brown屈服准则,对五种埋深条件下Ⅳ级围岩不同应力释放率下施作二衬进行了数值模拟。通过分析围岩特征点位移、二衬应力和围岩应力后得出结论:同一埋深条件下,围岩应力释放率对围岩位移影响不大,随着埋深加大,围岩位移和二衬应力呈倍数增长趋势;围岩释放率为70%～90%时为最佳支护二衬时机,此时初支承受荷载比二衬大,能充分发挥围岩自承能力;拱脚部位岩体存在应力集中,拱腰受水平应力影响较大,并随埋深的加大二者现象越明显,需对它们加强支护。     

隧道支护结构蠕变特性试验和非线性蠕变模拟

采用MTS815液压伺服系统对深埋隧道支护结构混凝土试件进行了三轴蠕变试验,分析了支护结构的蠕变特性,依据蠕变曲线特征求出了非线性蠕变参数。建立了考虑深埋隧道施工过程、围岩和支护结构蠕变特性的有限元数值分析模型,分析了围岩和支护结构的蠕变特性,得到了隧道初期支护和二次衬砌的位移特征及其不同位置处的有效应力和最大剪应力特征。隧道支护结构的位移、应力随时间的变化特征与不考虑蠕变效应有较明显的不同,计算位移与实际监测结果基本一致。对于深埋隧道,应该考虑围岩和支护结构的蠕变特性。     

地下厂房洞室群动力反应时程分析

采用动力时程分析法,对杨房沟水电站地下厂房洞室群地震反应进行了三维非线性数值模拟,分析了洞周围岩的加速度、位移时程变化及应力分布特征.计算结果表明,在地震荷载作用下,洞室高边墙对加速度有一定放大效应;洞周围岩地震位移波形与输入地震波形一致,围岩各质点间的相对变形及围岩永久变形均较小;围岩应力分布较为合理,最大主应力及最小主应力幅值较小,地下洞室群在设计地震荷载作用下抗震稳定性较好.