超声波激励与机械冲击复合破岩机理研究

发布时间：2020-05-07 22:58

【摘要】：现有硬岩破碎实践证明,单一的破岩方法已不能完全满足矿井高效、节能、绿色生产的要求。将两种或多种破岩方法联合使用,降低岩石的截割难度、提升破岩机械的装机功率,有效提高破岩综合效率是今后岩石破碎研究领域的重要发展方向。为了克服传统的机械冲击破岩钻进强度低、成孔速度慢、机具及材料损耗大的缺点,考虑到超声波穿透能力强、能量集中的优点,探索将两种破岩手段联合应用于岩石破碎当中,运用理论分析、数值模拟等方法,对超声波激励与机械冲击复合作用下岩石的响应特征进行了系统分析,主要成果如下:(1)运用单自由度力学模型,将岩石视为理想粘弹性体处理,并结合冲击体-岩石冲击加载力学模型分别对超声波激励下、机械冲击下岩石的破坏特征及其影响因素进行了分析,明确了岩石在超声波激励下内部质点简谐振动响应振幅与激励频率、振幅、等效阻力及岩石固有频率间的关系,即响应振幅在激励频率与岩石固有频率相等时达到最大,随激励振幅的增大而增大,随等效阻力的增大而减小;掌握了岩石发生破坏的主要因素为冲击体与岩石试件的高度比、原始刚度比及接触面积,冲击速度和载荷越大,岩石越易发生破坏。(2)建立了岩石在超声波激励与冲击复合作用下动力学模型,分析了“超声激励-机械冲击”岩石系统的动力学特性。明确了岩石在复合作用下内部质点碰撞过程中速度以幂函数形式衰减的特征,认为获取的速度与超声波激励频率、冲击载荷频率、超声波激励应力幅值、冲击载荷应力幅值相关;分析得出了岩石在共振状态下受冲击的位移表达式,掌握了岩石内部质点的位移随冲击载荷的变化特征。(3)模拟分析了超声波激励与冲击复合作用下岩石的动态响应特征,分析了超声波激励下冲击速率对岩石裂隙发育特征的影响规律,掌握了超声波激励下冲击载荷对岩石内部质点的振动特性,揭示了复合作用下岩石破坏机理,对处于共振状态下的岩石施加冲击,岩石内部质点位移比单纯的冲击作用下的质点位移提高40%以上。
【图文】：

（a） （b） （c）图 3-5 超声波激励与冲击复合作用岩石类型Figure 3-5 Rock types under combined action of ultrasonic excitation and impac章将针对该模式的作用方式，重点分析超声波激励以及机械冲击模

所采用的加载频率，特点，其加载的应力不同，一般来说，冲远高于超声波应力水波是能量持续能量累，振动频率小，但是励应力幅值，单次作击，在岩石的接触表面远处岩石试件中会由于近处裂纹的扩展，，往往破碎岩石时由第二章超声波激励与破岩的模式，根据施一方向作用岩石的复3-5 所示
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD311

【参考文献】

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本文编号：2653673