瑶渠煤矿大巷间煤柱尺寸确定及支护优化

为研究大巷过剥蚀区时大巷间煤柱合理尺寸及围岩稳定性,以瑶渠煤矿西采区Ⅱ回风大巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟等研究方法,建立了煤柱尺寸计算模型,揭示了煤柱在8 m、10 m、12 m、14 m条件下巷道围岩应力、位移及塑性区的分布规律,确定了过剥蚀区大巷间煤柱的合理尺寸,并优化了西采区Ⅱ回风大巷的支护参数。研究结果表明,瑶渠煤矿西采区Ⅱ回风大巷与辅运大巷之间煤柱尺寸由14 m减小至8 m时,巷道围岩内的垂直应力由1.381 MPa增加至1.465 MPa、最大位移量增加了12.52%,塑性区逐渐贯通煤柱。当煤柱尺寸为10 m时,煤柱塑性区处于贯通的临界区域,煤柱内部具有一定的弹性核区域,且煤柱尺寸大于理论计算的9.23 m,能够满足巷道围岩的稳定性。综合考虑,确定煤柱最小合理尺寸为10 m。对10 m煤柱尺寸下西采区Ⅱ回风大巷进行支护优化,采用帮部3根锚杆支护后巷道围岩应力、位移和塑性区均显著改善,保证了巷道围岩的稳定性。

隐伏溶洞对隧道开挖稳定性影响研究

研究隐伏溶洞对隧道开挖稳定性的影响,对于提高隧道工程的安全性和可行性具有重要意义。以呼北高速金岩隧道为工程背景,采用Midas GTS NX软件建立隧道三维有限元模型,研究了不同溶洞位置、不同溶洞大小和不同溶洞与隧道间距下隧道围岩塑性区发展以及隧道衬砌结构变形受力规律。研究结果表明:位于隧道侧面的溶洞对隧道开挖稳定性影响最为明显,围岩塑性区分布最广,其次为位于隧道底部的溶洞,最后为位于隧道顶部的溶洞;溶洞与隧道间距越小,对隧道开挖稳定性影响越大,当距离足够近时塑性区的发展会贯通隧道与溶洞之间的中岩柱;地表V形影响区随着溶洞直径的增大而增加,也随着溶洞与隧道间距的增大而增加;中岩柱的破坏是由隧道侧面的围岩和溶洞侧面岩体同时向中间产生塑性发展而产生的。相关结论可为岩溶发育区山岭隧道安全施工提供参考。

动载冲击作用下煤柱动力响应特征数值模拟研究

煤柱的稳定性对矿井安全生产起着至关重要的作用。针对动载冲击下煤柱的动力响应特征,以某矿保护煤柱为工程背景,基于FLAC 3D模拟软件研究了保护煤柱的应力和塑性区扩展规律。研究表明,增大煤柱尺寸能够提高煤柱的稳定性,提高煤柱的支护能力;煤柱内部会出现应力集中现象,煤柱尺寸的增大会降低应力集中程度。研究结果为煤柱的破坏失稳提供了理论指导,为实现深部矿井的安全生产提供了理论依据。

洞室跨度对围岩分类影响探讨

随着大跨度地下工程日益增多,跨度对围岩分类或岩体质量分级的影响越来越受到人们的重视。通过对节理岩体中洞室支护代价、塑性松动区半径和岩体宏观力学参数尺寸效应的分析,根据洞室跨度增加导致围岩稳定程度降低的情况,强调重视围岩分类中洞室跨度因素的影响,并建议通过研究岩体强度等物理力学指标的尺寸效应,在围岩分类中科学地考虑洞室跨度的影响。

阳极溶解及氢进入对裂纹尖端局部材料力学行为的作用

在腐蚀疲劳过程中裂纹尖端阳极溶解及氢产生并进入材料内部两个过程同时存在．材料的阳极溶解过程增大裂尖塑性区尺寸，氢产生并进入材料内部减小裂尖塑性区尺寸．提出如果阳极溶解增大裂尖塑性区尺寸起主导作用，则总体上表现为裂尖塑性区尺寸增大，如果氢进入减小塑性区尺寸起主导作用，则总体上表现为裂尖塑性区尺寸减小．对上述设想给予实验验证．

裂纹尖端疲劳塑性区研究

循环塑性区大小是疲劳断裂研究中非常重要的一个参数。本文运用数值方法,考察了不同塑性本构模型、有限单元尺寸、几何非线性、载荷比等参数对于裂纹尖端疲劳塑性区大小的影响。结果发现除塑性本构模型外其他参数对于裂纹尖端疲劳塑性区大小影响不大。同时对Ⅰ、Ⅱ型混合裂纹在多轴非比例载荷下给出了由Jiang和Kurath定义的疲劳塑性区,由于其定义与应力强度因子无关,可以适用于复杂疲劳载荷下的混合型裂纹。

哈密顿体系在断裂力学Dugdale模型中的应用

利用平面扇形域哈密顿体系的方程 ,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法 ,以解析的方法推导出基于Dugdale模型的平面裂纹弹塑性解析元列式。将该解析元与有限元相结合 ,构成半解析的有限元法 ,可求解任意几何形状和荷载平板裂纹的Dugdale模型问题。数值计算结果表明本文方法对该类问题的求解是十分有效的 ,并有较高的精度。

弹塑性材料中裂纹的仿真研究

针对含裂纹的弹塑性材料结构,根据弹塑性断裂理论分析了裂纹增长的条件.建立了基于裂纹尖端存在塑性区的计算模型,得到了描述含裂纹弹塑性材料在外荷载作用下的塑性区尺寸及塑性区前端裂纹张开位移的解析解.按照所建立的计算模型对不同的裂纹长度、不同的外荷载对塑性区尺寸及张开位移的影响进行探讨.并给出了材料在外荷载作用下破坏的临界应力强度因子曲线.

Ⅰ型和Ⅱ型Dugdale模型解析元列式及其半解析有限元法

利用弹性平面扇形域哈密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,推导了两个圆形奇异超级解析单元列式,这两个超级单元能够分别准确地描述Ⅰ型和Ⅱ型Dugdale模型平面裂纹尖端场。将该解析元与有限元相结合,构成半解析的有限元法,可求解任意几何形状和载荷的Ⅰ型或Ⅱ型裂纹基于Dugdale模型的裂纹尖端塑性区尺寸和裂纹尖端张开位移(CTOD)或裂纹尖端滑开位移(CTSD)的计算问题。对典型算例的计算结果表明方法简单有效,具有令人满意的精度。

单轴拉伸岩样破坏过程及尺寸效应数值模拟

由于从实验及理论角度研究岩样单轴拉伸条件下的破坏全过程及尺寸效应难度都很大。因此采用拉格朗日元法来研究这些问题。在峰值强度之前后,岩石材料的本构模型分别取为线弹性及拉破坏线性应变软化模型。为了使拉伸塑性区不出现在试样的端部,在试样的两侧面中部预制了2个凹槽。数值模拟结果表明,全程拉应力-拉应变曲线分为峰前和峰后阶段。在接近峰值的峰前阶段,由于两凹槽附近具有明显的拉应力集中现象,拉伸塑性区最先出现在两凹槽附近。随着轴向拉应变的增加,发生拉伸破坏的单元的数目增加,新发生拉伸破坏的单元越来越接近试样的中心,直到两块拉伸塑性区在应变软化阶段贯通。两凹槽连线上各单元拉应力的分布呈现3个阶段,"澡盆型"("U 型")阶段,"双峰型"("M 型")阶段及"单峰型"("П型")阶段。"澡盆型"阶段对应于全程拉应力-拉应变曲线的弹性阶段。"双峰型"阶段及"单峰型"阶段对应于全程拉应力-拉应变曲线的非弹性阶段(包括峰值强度之前的一小段,即应变硬化阶段及峰后的应变软化阶段)。增加试样高度及降低试样宽度,拉应力-拉应变曲线的软化段变得越来越陡峭,因而试样越容易发生失稳破坏。由于试样宽度较大时,试样内部的单元并非处于单向拉应力状态,因此,增加试样宽度,全程拉应力-拉应变曲线的峰值强度增加。当试样宽度较小时,从出现塑性区,到塑性区贯通所需要的时间步较小,或应变范围较窄。这说明试样的脆性较强,前兆不明显。前兆不明显的脆性破坏对应常见的是洞室岩爆、冲击地压及地震等灾害。

超载基础上的短时间保载所产生的塑性区对疲劳裂纹扩展率的影响(英文)

潜水器所受变幅循环载荷中包含了疲劳和室温蠕变两种载荷模式。由于变幅载荷的复杂性,要预报结构的寿命需要对载荷进行合理的简化。其中一个典型的简化载荷模式就是在循环载荷的基础上具有单个超载并在超载基础上进行短时间保载。以往的试验研究表明,超载基础上的短时间保载会造成裂纹扩展的迟滞,但目前无可靠的理论模型能够预报这一现象。文章针对这一载荷模式,提出了一个基于裂纹尖端单向压缩塑性区变化的简化预报模型,给出了超载和保载共同产生的塑性区大小以及裂纹闭合大小的计算方法,并以常用潜水器材料TC4 ELI为例进行了演示。其中,裂纹扩展率模型及蠕变模型参数均通过试验获得。计算结果显示,该模型能够合理地反映保载塑性区造成的裂纹扩展迟滞效应。

圆盘状裂纹前缘塑性区尺寸及张开位移估计

将Ｄｕｇｄａｌｅ模型推广到三维裂纹问题计算了圆盘状裂纹前缘塑性区尺寸，并结合断裂力学中的Ｂａｒｅｎｂｌａｔ－Ｄｕｇｄａｌｅ裂纹模型和三维Ｊ－积分原理计算了圆盘状裂纹前缘张开位移，得到了Ｊ－积分与裂纹张开位移的关系。最后用非线性有限元方法对圆盘状裂纹的前缘塑性区尺寸作了数值分析，确定了公式中的未知常数，并对其正确性作了数值验证。

复合型裂纹扩展的最大塑性区尺度准则

为了预测复合型裂纹呈滑移型(Ⅱ型)的断裂,在此提出了复合型裂纹扩展的最大塑性区尺寸断裂判据。该准则成功地预测了金属材料复合型裂纹呈滑移型(Ⅱ型)断裂的裂纹开裂角和临界荷载,同时认为金属材料裂纹扩展的动力来源于形状改变比能的释放,与体积应变能无关。将其结果与最大剪应力准则相比,取得了较为一致的结果。因此,结果表明:该准则在预测复合型裂纹呈Ⅱ型断裂上是成功的。

基于D-M模型的研究与应用

在对D-M模型研究的基础上,给出了D-M模型塑性区尺寸的计算方法,并利用D-M模型对原裂纹尖端张开位移COD公式进行了推导.

复合材料层合板的HOFFMAN塑性区尺寸因子

本文在Hoffman强度准则的基础上,采用复合材料层合板第K层中心穿透裂纹尖端附近的应力分量,得到一个计算复合材料层合板Hoffman塑性区尺寸因子的公式.

晶粒尺寸对65Mn钢疲劳裂纹扩展的影响

晶粒尺寸对低强度材料疲劳裂纹扩展的影响规律,业已清楚,但为数不多有关高强度钢的类似工作,却出现矛盾结果。本文使用不同晶粒尺寸和经不同温度回火,即具有不同强度水平的65Mn 钢试样,进行疲劳裂纹扩展试验。研究结果表明,随奥氏体晶粒粗化,两种强度水平试样,都具有降低 dα/dN,增加△K_(th)的相同规律,且△K_(th)、△K_T 与d^(1/2)存在线性关系,但高强度试样对晶粒尺寸影响的敏感性比低强度材料低。作者通过对循环塑性区尺寸 r_y^c 的估算,分析了组织因素尺寸■的含义,并指出马氏体对奥氏体的分割作用降低了■值。高温回火使马氏体界面消失,恢复奥氏体晶界的主导作用,是不同强度材料在晶粒尺寸影响敏感性差别的主要原因。

基于有限元的弹塑性裂纹数值分析

在线弹性断裂力学和D-M模型的基础上,推导出了受单向拉伸含中心穿透裂纹的理想弹塑性材料J积分的解析式;通过ANSYS对弹塑性J积分进行数值计算,与推导出的解析解比较,表明了用有限元方法计算弹塑性J积分具有相当高的精度;分析了J积分与裂纹初始长度及外荷载的关系;对理想弹塑性材料塑性区大小进行了探讨,结果表明,塑性区尺寸随外荷载增大而增大,并且外荷载接近屈服应力时,裂纹塑性区尺寸趋近于无穷大,进入全面屈服。

熔融挤压快速成型机融化特性研究

分析熔融挤压快速成型机(FDM)的挤出原理,研究在加工过程中ABS塑料高黏弹聚合物的熔融机理,建立相应的物理模型,并利用Fluent软件对其熔融时间和熔融段长度进行了数值模拟计算,并研究机筒内径和外径对熔融段长度的影响。研究结果表明:当机筒内径不变的前提下,机筒外径的尺寸越小,融化段长度越短;当机筒外径不变的前提下,机筒内径的尺寸越大,融化段的长度变短。

有限长柱形药包土中爆腔特征尺寸的计算方法

为计算柱形药包土中爆腔尺寸,提出了一种有限长柱形药包在土中爆炸的特征尺寸近似计算方法,该方法利用球形药包爆腔膨胀准静态模型叠加的方式,给出了长径比较大情况下柱形药包爆腔特征尺寸及塑性区半径。与数值模拟对比表明,该方法的误差随长径比的增大而减小,当球形药包数量N=n、长径比在10及以上时,误差在12.2%以内,表明该方法能够较准确地预测有限长柱形药包爆腔的特征尺寸。