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基于断裂力学的岩石切削数值分析探讨

岩土力学 2013年第4期34卷 1179-1184页

作者：江红祥杜长龙刘送永刘增辉中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

为研究岩石切削过程中刀具的力学特性以及刀具平均峰值作用力的预测,基于断裂力学和有限元理论建立了岩石切削的数值模型。模拟分析岩石对刀具的反作用过程,得到不同力学特性岩石和刀具作用条件下刀具所受的反作用力,结果表明,冲击速度... 详细信息

为研究岩石切削过程中刀具的力学特性以及刀具平均峰值作用力的预测,基于断裂力学和有限元理论建立了岩石切削的数值模型。模拟分析岩石对刀具的反作用过程,得到不同力学特性岩石和刀具作用条件下刀具所受的反作用力,结果表明,冲击速度在一定范围内对刀具平均峰值作用力影响较小;岩石体积呈阶跃性递减,刀具作用力大小与崩落岩石碎片体积变化一致。对模拟、实验以及已有理论计算得到的刀具平均峰值作用力进行线性回归分析,研究结果表明,数值方法计算结果与实验结果、Goktan[1]理论计算结果的线性相关系数分别为0.812、0.930,相关性较好,表明所建数值模型用于模拟岩石切削是正确和可靠的。

关键词：岩石切削数值方法刀具作用力线性回归分析

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水射流辅助岩石切削过程的刀具热应力分析

煤炭学报 2011年第1期36卷 152-156页

作者：杨晓峰李晓红卢义玉重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400030

建立了刀片在水射流辅助切削岩石过程中的热传导模型,并在对岩石切削过程进行热功转换分析的基础上,给出了热流密度、界面温度等边界条件的确定方法,从而建立了水射流条件下刀片的温度场模型。对刀片由于温度变化产生的热应力进行了系... 详细信息

建立了刀片在水射流辅助切削岩石过程中的热传导模型,并在对岩石切削过程进行热功转换分析的基础上,给出了热流密度、界面温度等边界条件的确定方法,从而建立了水射流条件下刀片的温度场模型。对刀片由于温度变化产生的热应力进行了系统分析,并给出了热应力的计算模型,并且结合计算分析了射流压力等参数对各种热应力的影响。研究表明:热应力是导致岩石切削刀具失效的主要影响因素。热应力受刀具与岩石材料热物性质、刀片尺寸、切削力、切削速度、射流压力等因素影响。水射流的存在可以大幅降低刀具的热应力,热应力的大小与射流压力p的四次方根的倒数成正比。选择合适参数可将热应力控制在临界范围内,避免刀具早期失效,延长其使用寿命。

关键词：水射流岩石切削刀具热应力温度

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绞吸挖泥船岩石切削理论与绞刀切削过程仿真

绞吸挖泥船岩石切削理论与绞刀切削过程仿真

作者：马健上海交通大学

学位级别：硕士

针对绞吸挖泥船岩石切削过程和特点,研究了二维岩石切削模型和理论,并利用“刀齿线性切削岩石实验装置”进行单刀齿岩石切削实验,得到了岩石切削过程的切削力变化规律和岩石切削力随切削参数变化的规律。将实验过程中收集的岩石碎块进... 详细信息

针对绞吸挖泥船岩石切削过程和特点,研究了二维岩石切削模型和理论,并利用“刀齿线性切削岩石实验装置”进行单刀齿岩石切削实验,得到了岩石切削过程的切削力变化规律和岩石切削力随切削参数变化的规律。将实验过程中收集的岩石碎块进行了筛选,得到了碎块质量尺度分布,并将分布曲线与切削力分布曲线进行比较分析。根据最大碎块质量和切削力峰值,分析了切削力峰值与最大碎块质量间的关系。通过绞吸挖泥船绞刀头刀齿运动轨迹分析,建立了绞吸挖泥船单刀齿和多刀齿的空间运动模型。基于绞刀头刀齿切削参数和切削力合成方法以及有效作业刀齿求解方法,对绞刀头工作过程中的切削力和切削力矩进行了数值仿真。利用MATLAB编制了计算求解程序,得到了绞刀头切削力和切削力矩的时历曲线,并探讨不同绞刀头倾斜角度和横移速度对切削力和切削力矩的影响,得到了对应切削力和切削力矩的峰值变化曲线,总结了其变化规律。所得结论可为相关疏浚设备研发设计提供理论依据和参考。

关键词：绞吸挖泥船岩石切削岩石切削实验运动模型数值仿真

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冲击荷载下岩石切削破碎能量耗散特征分析

冲击荷载下岩石切削破碎能量耗散特征分析

作者：苏俊青燕山大学

学位级别：硕士

随着工业和社会经济活动日益发展，人们从事的岩土破碎工作量日益增多。固体、气体、液体矿床的勘探开发，各种地下工程的建设等，都必须对岩土进行破碎剥离。目前，岩石破碎是涉及采矿工程、隧道工程、边坡工程、军事工程和地震工程等... 详细信息

随着工业和社会经济活动日益发展，人们从事的岩土破碎工作量日益增多。固体、气体、液体矿床的勘探开发，各种地下工程的建设等，都必须对岩土进行破碎剥离。目前，岩石破碎是涉及采矿工程、隧道工程、边坡工程、军事工程和地震工程等许多学科和工程领域的重要问题。在冲击钻进、爆破、切削和碾压等施工工艺中，用于破岩的有效能量相对于总的输入能量而言相当低。因此，在岩石的破碎行为中，能量的耗散问题被普遍关注。它不仅是优化破岩效率，提高生产能力的关键，也是控制岩石破碎块度的理论基础。根据澳大利亚新南威尔士大学采矿工程实验室线性岩石切削设备及相关实验结果，本人对室内岩石切削试验数据进行了整理和分析，研究切削岩屑筛余质量与块度特征，统计分析切削力与破岩比能之间的关系。利用颗粒流软件PFC2D构建岩石二维动态切削可视化模型，改变切削过程中切削速度、切削深度、岩体温度、强度均匀性、孔隙率、岩性、围压等参数，利用ENERY函数研究这些参数对破岩比能的影响特征，得到最优切削深度，为工程实际提供参考依据。利用CRACK函数研究参数对岩石声发射的影响特征，根据声发射特征研究岩石脆性破坏机制,揭示了岩石破坏的发展过程。自定义能量有效利用率系数，分析这些参数对岩石切削过程中能量利用率的影响特征，对岩石破碎难易程度进行评价。利用流软件PFC2D模拟切削过程，调整岩石切削过程中切削速度、切削深度、岩体温度、强度均匀性、孔隙率、岩性、围压等参数，分析其对岩石切削破碎耗能、声发射以及能量有效利用率的影响。为机械破岩设计提供理论基础和技术支撑，对于优化破岩效率和提高生产能力，无疑具有重要的理论意义和工程实用价值。

关键词：岩石切削能量耗散比能声发射能量利用率

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岩石切削机理模型分析及实验研究

探矿工程（岩土钻掘工程） 2014年第9期41卷 85-88页

作者：何录忠周琴李斌斌杜垚森中国地质大学〈北京〉工程技术学院北京100083 中国地质大学〈北京〉国土资源部深部地质钻探技术重点实验室北京100083 中国地质科学院勘探技术研究所河北廊坊065000

切削机理模型是研究岩石钻进切削过程中的切削力以及切削热的基础。在分析岩石切削机理模型的基础上,基于摩尔理论和裂纹扩展理论,分析中硬岩石切削状态,认为在中硬岩石切削过程中岩石存在着脆性切削和延展性切削2种方式,在此基础上得... 详细信息

切削机理模型是研究岩石钻进切削过程中的切削力以及切削热的基础。在分析岩石切削机理模型的基础上,基于摩尔理论和裂纹扩展理论,分析中硬岩石切削状态,认为在中硬岩石切削过程中岩石存在着脆性切削和延展性切削2种方式,在此基础上得到新的中硬岩石切削机理模型。以砂岩、大理岩和花岗岩为钻进对象,开展微钻实验研究。结果表明:切削过程为岩石在刀具的扭矩和推进力作用下发生破坏,导致小岩屑、大切屑不断循环产生的过程,小大切屑形成主要源于岩石挤压变形和裂纹生成扩展。实验结果与岩石切削机理表现出较好的一致性。

关键词：岩石切削切削机理模型切屑实验研究

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岩石切削的试验研究

矿山机械 1986年第3期 36-38页

作者：戴增惠

在石材的开采与加工、地下隧道掘进以及金属与非金属开采等工程中,有许多设备都免不了直接切割岩石。要想进一步发挥这些设备的性能、提高其生产率,必须对刀具切割岩石的原理予以研究。近年来国内外有关部门对此

关键词：走刀量切削速度切削用量岩石切削单位切削功刀具前角

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关于岩石切削的有限元摸拟分析

矿业科学技术 1994年第3期22卷 25-32页

作者：钱彪

本文建立了切削岩石等脆性材料的力学模型，采用有限元法对切削时产生的力学状态进行了分析。且对刀刃压入后裂纹的产生和扩展的初期阶段进行了摸拟。分析中根据莫尔强度理论，以相对破坏限接近度为指标来判断被削材料的破坏。结果认为... 详细信息

本文建立了切削岩石等脆性材料的力学模型，采用有限元法对切削时产生的力学状态进行了分析。且对刀刃压入后裂纹的产生和扩展的初期阶段进行了摸拟。分析中根据莫尔强度理论，以相对破坏限接近度为指标来判断被削材料的破坏。结果认为：对内部缺陷较少的材料。以应力基准判定裂纹的产生是可行的；裂纹的类型与材料的脆性度有关。切削阻力随切入深度增大呈非线性增加；裂纹扩展的初期路径也与实际切削实验时产生的现象相符。

关键词：裂纹岩石切削有限元模拟

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水射流辅助岩石切削

广东工业大学学报 1994年第S1期11卷 67-73页

作者：王成勇魏昕谢影明谭哲丽广东工学院机械工程系

综述了国内外有关水射流辅助岩石切削的研究成果，包括水射流辅助岩石切削对切削力和刀具磨损的影响，影响水射流辅助岩石切创效果的因素．最后对水射流辅助切削在石材加工中的应用可行性进行了分析．

关键词：水射流岩石切削切削力刀具磨损

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绞吸挖泥船绞刀头岩石切削动载荷数值仿真

中国港湾建设 2014年第12期34卷 10-14页

作者：马健欧阳义平杨启刘丹上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240

通过绞吸挖泥船绞刀头刀齿运动轨迹分析,建立了绞吸挖泥船单刀齿和多刀齿的空间表达模型。基于绞刀头刀齿切削参数和切削力合成方法以及有效作业刀齿求解方法,对绞刀头工作过程中的切削力和切削力矩进行了数值仿真。利用Matlab编制了计... 详细信息

通过绞吸挖泥船绞刀头刀齿运动轨迹分析,建立了绞吸挖泥船单刀齿和多刀齿的空间表达模型。基于绞刀头刀齿切削参数和切削力合成方法以及有效作业刀齿求解方法,对绞刀头工作过程中的切削力和切削力矩进行了数值仿真。利用Matlab编制了计算求解程序,探讨不同绞刀头倾斜角度和横移速度对切削力和切削力矩的影响,得到了对应切削力和切削力矩的最大值变化曲线,总结了其变化规律。

关键词：绞吸挖泥船绞刀头岩石切削数值仿真