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冰川冻土 2024年第4期46卷 1246-1258页

作者：赵涛冯云枫贾海梁唐丽云李国玉西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000

冻结岩体的力学性质是决定冻结地层工程施工与运营安全的核心因素,而冻结岩体的力学性质由裂隙结构和冻结温度等条件决定。本文在常温和冻结条件下开展了含预制裂隙砂岩的力学实验,通过高速摄影技术对试样表面的裂纹起裂和扩展过程进行... 详细信息

冻结岩体的力学性质是决定冻结地层工程施工与运营安全的核心因素,而冻结岩体的力学性质由裂隙结构和冻结温度等条件决定。本文在常温和冻结条件下开展了含预制裂隙砂岩的力学实验,通过高速摄影技术对试样表面的裂纹起裂和扩展过程进行了监测,基于实验结果着重讨论了冰充填裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响机制。结果表明:(1)冻结没有改变试样强度随裂隙倾角的变化趋势,随裂隙倾角的增大,试样的强度均呈先减后增的趋势。强度最小值出现在裂隙倾角α=60°时,最大值出现在α=90°时;(2)在冻结状态下,试样的起裂模式随裂隙倾角的增加整体呈现“拉伸起裂→剪切起裂→拉伸起裂”的变化趋势,此外,相同裂隙倾角的试样在冻结状态下起裂的应力水平均高于在常温状态下;(3)冻结裂隙砂岩的力学性质受冻结作用和裂隙倾角双重控制。并进一步分析了冰填充裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响,认为冰均起到了支撑、填充和黏结作用。在裂隙倾角较小时(0°~30°),裂隙冰的法向压力较高,强化效应主要来源于冰的支撑作用;当裂隙倾角较大(45°~75°)时,裂隙冰上的法向压力较低,强化效应主要来源于冰-岩界面黏结作用;裂隙倾角(近90°)与加载方向平行时,裂隙冰的法向应力变为拉应力,强化效应主要来源于冰-岩界面黏结作用。

关键词：冻结岩体夹冰裂隙起裂与扩展冰-岩界面冻结强化

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基于水力压裂的岩体裂缝起裂与扩展机理

基于水力压裂的岩体裂缝起裂与扩展机理

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2016（第七届）中国矿业科技大会

作者：王超刘长武李勃张印四川大学-香港理工大学灾后重建与管理学院四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川大学水利水电学院

根据岩体低孔、低渗和非均质等特点,分析了水力压裂过程中岩体的裂缝起裂与扩展机理,并讨论了影响裂缝起裂与扩展的主要因素。结果表明:1岩体的物理力学性质和原始裂缝性质是决定裂缝起裂与扩展的关键因素;2孔壁处最大拉应力达到煤岩石... 详细信息

根据岩体低孔、低渗和非均质等特点,分析了水力压裂过程中岩体的裂缝起裂与扩展机理,并讨论了影响裂缝起裂与扩展的主要因素。结果表明:1岩体的物理力学性质和原始裂缝性质是决定裂缝起裂与扩展的关键因素;2孔壁处最大拉应力达到煤岩石的抗拉强度时,裂缝在孔壁处起裂;3裂缝尖端的等效应力强度因子大于等于煤岩石的断裂韧度时,裂缝开始扩展。

关键词：岩体水力压裂裂缝起裂与扩展影响因素

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基于开槽下料一体化的中大直径棒料低应力下料方法研究

基于开槽下料一体化的中大直径棒料低应力下料方法研究

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作者：金永山中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

低应力精密下料作为一种新兴的下料方式,具有节能、节材、环保的特点,是具备很大发展前景的下料技术。但目前针对直径为40～65mm的中大直径金属棒料低应力下料的机理研究较少。为此本文采用理论分析和数值仿真方法对中大直径棒料下料过... 详细信息

低应力精密下料作为一种新兴的下料方式,具有节能、节材、环保的特点,是具备很大发展前景的下料技术。但目前针对直径为40～65mm的中大直径金属棒料低应力下料的机理研究较少。为此本文采用理论分析和数值仿真方法对中大直径棒料下料过程中V型槽尖端裂纹的起裂扩展机理进行了研究,提出基于开槽下料一体化的低应力下料方法并搭建了下料试验样机,最后基于该系统开展了下料试验研究。首先,利用ABAQUS的XFEM(扩展有限元法)在未预制裂纹条件下研究了中大直径棒料V型槽尖端裂纹起裂机理,分析了45#钢棒料的起裂角、起裂位置和临界加载力,研究结果表明棒料夹持力臂L、加载力臂L对裂纹起裂位置影响很小,起裂位置靠近尖端;L越大,L越小,起裂角越小,确定L为20mm,L为125mm;通过FRANC3D研究了裂纹扩展规律,在弯曲载荷作用下裂纹扩展以I型裂纹为主,II型裂纹为辅,初始裂纹在近表面处扩展能力超过裂纹深处,I型裂纹扩展逐步占据主导作用。不同深长比初始裂纹扩展时K、K分布规律基本一致,最终扩展形貌趋于长椭圆形。其次,提出了针对中大直径棒料的开槽下料一体化低应力下料方案,将棒料表面开槽和下料整合到同一模块。根据已得到的棒料仿真结果确定了下料机结构的关键参数。然后设计了下料机机械结构,包括前端加载机构、中间进给与自动夹紧机构及后端辅助支撑机构等,并对关键零部件进行了受力分析与校核。在机械结构中:明确了各零部件组成及布局;计算刀具参数并分析了开槽模块的模态振型是可靠的;设计转盘配重块提升了旋转加工稳定性;分析主夹紧与辅助夹紧机构受力并设计定位V形块可靠夹紧直径为40～65mm的棒料;设计了三角-楔形结构支撑长棒料和调节棒料定位中心。最后,设计并研制了低应力下料机的液压系统和控制系统。对液压系统的液压缸、液压泵等进行计算选型,明确了各液压元件并设计了液压工作路线;完成了PLC、人机交互界面的设计及变频器与电机的计算选型。搭建了低应力下料试验样机,并在试验中提出包括起裂偏距、起裂角和瞬断面积比等参数的断面评价方法。对3种材质的棒料进行试验,结果表明下料机可适用不同材料的金属棒料,下料结果满足实际生产的要求。

关键词：低应力下料起裂与扩展中大直径棒料开槽下料一体化 V型槽

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中小直径金属短棒料低应力精密下料机理研究

中小直径金属短棒料低应力精密下料机理研究

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作者：张军伟中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

低应力下料技术具有节材、节能、绿色环保等特点,是未来具有很大发展前景的下料技术。但目前对于长度为20-25mm、直径为15mm的金属短棒料下料时存在着断面质量差、耗能高等问题,为此本文在初期下料试验的基础上,采用理论分析、数值仿真... 详细信息

低应力下料技术具有节材、节能、绿色环保等特点,是未来具有很大发展前景的下料技术。但目前对于长度为20-25mm、直径为15mm的金属短棒料下料时存在着断面质量差、耗能高等问题,为此本文在初期下料试验的基础上,采用理论分析、数值仿真等方法,对短棒料低应力下料中裂纹起裂和扩展机理、加载方式等进行了研究。在此基础上,给出了提高短棒料低应力下料断面质量的解决方法和途径。(1)利用ABAQUS软件,对金属短棒料V型槽尖端的应力状态进行分析,研究了应力场对V型槽尖端裂纹起裂位置、起裂角等的影响。研究结果表明,现有条件下短棒料V型槽尖端应力分布较为复杂,其中切应力会影响到裂纹的萌生位置和扩展路径,起裂角维持在14°-15°之间。(2)当前低应力下料中采取一端夹持一端加载棒料的方式,为进一步解决这种加载方式下棒料V型槽尖端产生较大切应力问题,本文创新性地提出了径向掰断低应力下料方式。相比于目前的低应力下料方法,掰断下料能够增大V型槽处的应力集中效应,降低切应力值,最大降幅48.8%,且V型槽尖端处的切应力分布更均匀,对裂纹的萌生影响较小;裂纹萌生位置更靠近棒料V型槽尖端,大约提高了47.4%,同时起裂角最大减小了37.9%。分析显示低应力掰断下料中应该使加载力臂L尽量大,夹持力臂L尽量小,为径向掰断低应力下料机的设计提供了理论指导。(3)提出在短棒料上添加套筒机构来增加其加载力臂的下料方法。采用XFEM方法研究了套筒式力臂补偿器对短棒料V型槽尖端起裂力、起裂位置及起裂角和起裂前最大Mises应力的影响。补偿器的夹持力臂L对棒料V型槽的应力集中效果不大;增长力臂L对裂纹起裂力和起裂角有明显影响,综合考虑起裂力、起裂角及挠度,确定L的合适长度为20mm。当套筒厚度H为4mm时,V型槽处应力集中效应最明显。在此基础上提出了针对直径在13-18mm范围内短棒料下料时套筒式力臂补偿器的L与V型槽尖端起裂角之间的计算公式。(4)提出了一种新的短棒料下料断面起裂质量的评价方法,主要包括三个起裂阶段特征评价指标:起裂衔接系数r/h、起裂偏距l和起裂角α。下料试验结果表明,采用上述参数的套筒,有利于短棒料V型槽尖端的起裂,且效用明显。

关键词：低应力下料短棒料起裂与扩展掰断下料套筒式力臂补偿器

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