多功能地质构造物理模拟实验台的设计研究

作     者：王啸宇 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：赵宏林;赵旭平

授予年度：2021年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：构造物理模拟 模块化设计 曲柄摇杆机构 静力分析 模态分析 

摘      要：地质构造物理模拟实验装置是基于客观地质体的物理特性及相似理论建立起的概念模型或比例模型,是在实验室条件下研究地质体构造变形过程及其成因机制的重要媒介,其实验理论的发展对石油勘探、构造地质学等各领域的研究有着重要的指导意义。自然界中的构造变形往往是交叉存在的,重力滑动构造就是常见的基本构造之一,但目前缺少在自动化控制基础上实现大角度重力滑动构造同其他构造变形组合叠加的物理模拟实验装置。因此,本文设计了一种多功能地质构造物理模拟实验台,能够实现对于伸展、挤压、走滑、重力滑动构造及其组合构造变形的物理模拟。本文结合地质构造变形的基本形式与特点,提出了多功能地质构造物理模拟实验台的总体设计方案,在相似理论基础上确定了实验的材料、几何尺寸、动力学、运动学基本参数,基于动力充足、运动精度及自动化程度高、传动性能良好、结构可靠、拆装运输方便等原则,对实现各功能地质构造运动的砂箱模块、驱动模块、支撑框架进行了设计与研究。通过曲柄摇杆机构实现了实验台工作平台对重力滑动构造的物理模拟,并采用Adams运动仿真软件分析了此过程中的运动、动力特性,为旋转驱动装置的选型提供了准确的动力参数。通过ANSYS有限元分析软件校核了实验台关键零部件的强度与刚度;对直线驱动模块、工作平台支撑框架约束状态下的振动特性进行了分析。计算分析结果表明,实验台各零部件的强度、刚度符合要求,在合理设置构造物理模拟实验的构造变形速度后,能够有效避免直线驱动模块及上框架在电机调速过程中因共振而受到破坏。本文的工作能够满足对于伸展、挤压、走滑、重力滑动构造及其组合构造变形物理模拟的实验需要,为构造物理模拟实验理论的发展打下了坚实的基础。