砾石地层中自钻式锚杆锚固特性现场试验与数值仿真

自钻式锚杆为集钻进、注浆、锚固功能为一体的新型锚杆,能够克服卵砾石地层易塌孔及套管施工效率低的难题,拥有施工效率高、综合经济效益良好等优点,具有广阔的工程应用前景。基于洛阳某卵砾石场地现场拉拔试验与ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了自钻式锚杆在砾石地层中的锚固特性和荷载传递规律。结果表明:自钻式锚杆在砾石地层中的锚固性能优异,能够满足工程需求。锚固体-土体界面平均黏结强度随锚固长度的增加逐渐降低;锚杆轴应力、剪应力和锚固体轴应力沿锚固深度呈指数分布;锚固体剪应力随锚固深度的增加先快速上升后逐渐下降,剪应力峰值随荷载的增加不断增大,但峰值点位置基本不变;随着拉拔荷载增加,锚杆对周围土体应力的径向影响范围增大,而深度方向影响范围维持在一定数值附近。

自进式管棚施工技术在软弱围岩隧道中的应用

针对传统管棚在软弱围岩段施工时易塌孔、送管困难等难题,以郑万铁路高家坪越岭隧道为工程实例,建立简支梁模型,对R51×10自钻式锚杆作管棚替代Φ76×6钢花管管棚的可行性进行了分析。结果表明:自进式管棚的抗剪强度和抗弯强度分别达到236.41,118.2 MPa,满足支护设计要求。采用自进式管棚对不同隧道Ⅴ类围岩段施工跟进2 043 m,施工效率达1.42 m/min,整体效益较钢花管管棚支护提高22%。以直径减少33%的自进式管棚替代钢花管管棚,在保证围岩支护安全的同时可提高施工效率、降低劳动强度,解决软弱围岩隧道的施工问题。

基于ANSYS Workbench对螺母与锚杆螺纹联结的数值分析

为达到自钻式锚杆在岩土锚固工程中的支护稳定性,保证锚杆抗拉力和蠕变性能,需满足配件与锚杆等强。通过ANSYS Workbench对R32锚杆与螺母配合后在轴向载荷作用下的应力和变形的有限元数值模拟分析,结果表明:1)在400 kN作用力下,径向配合间隙为0.2 mm时,锚杆与螺母联结最大应力值基本位于前3个联结螺纹的底部,65 mm长的螺母配合模型整体变形仅0.68 mm。2)0.5 mm的径向配合间隙的变形值较0.2 mm时增加97.06%。通过在0.2 mm间隙条件下与50 mm长的螺母配合比较可知,50 mm的螺母全长存在较大的应力区域,变形贯穿所有螺纹,存在失效风险。整体数值分析结果说明螺母在长度为65 mm时和锚杆配合间隙≥0.5 mm的情况下不能满足系统等强要求,而配合间隙≤0.2 mm的情况下,可满足锚杆系统的等强要求。试验验证的结果显示出与分析的一致性,系统拉伸时,90%的试样均在螺母与锚杆连接的底部出现失效断裂,其力值的变化也符合螺纹底部硬度测试规律。

冷轧和温轧对中空锚杆体性能的影响

在软岩巷道锚杆支护中,采用传统冷轧工艺生产的中空锚杆,由于其低延伸率与围岩变形不协调,易造成锚杆失效和巷道失稳。为提高锚杆的延伸率,同时保证强度,从锚杆的轧制工艺出发,改进传统的冷轧工艺为感应加热温轧工艺。以材质40Cr的D28型中空锚杆体为例,将冷轧和感应加热温轧工艺下的力学性能试验数据进行对比。结果表明：冷轧工艺下D28型锚杆的抗拉力为350~370 k N,抗拉强度为900~950MPa,延伸率为8%~9%;温轧工艺下D28型锚杆的抗拉力为340~360 k N,抗拉强度为800~900 MPa,延伸率为12%~16%。二者相比,感应加热温轧工艺下锚杆在保持原有高强度的同时,延伸率显著提高。因此,在软岩巷道支护中,采用感应加热温轧工艺加工的中空锚杆,更能有效控制围岩稳定。

两种试样加工制备工艺对锚杆冲击韧性结果的影响

在锚杆施工过程中,锚杆常常承受一定的冲击载荷,低韧性中空锚杆将会严重影响支护效果,危及人身安全。在以后的锚杆发展中,韧性指标会成为中空锚杆的质量控制指标之一。为更好地研究中空锚杆的韧性,常采用夏比冲击试验,采取线切割方式加工V型缺口,为验证试验结果的准确性,本文以材质为40Cr的R38N高韧性中空锚杆为例,分别以线切割加工V型缺口和机加工加工V型缺口,将两种试样加工工艺路线的锚杆冲击试验结果进行数据对比分析。结果表明:采用机加工工艺锚杆的冲击吸收功在50～75 J,集中在65 J附近波动,稳定性较好,合格率100%,符合韧性材料的特性;采用线切割加工V型缺口,锚杆冲击吸收功在4～85 J,数据极其不稳定,离散性很大,无规律可言,不合格率偏高,达83.3%。因此在锚杆轧制工艺相同的条件下,机加工加工V型缺口更适合作为一种有效的试样加工工艺来研究锚杆冲击韧性值,而线切割直接加工V型缺口后进行夏比冲击试验结果不准确,不具有生产运用指导意义。

控温轧制下中空锚杆体的力学性能研究

针对一般轧制工艺生产的中空锚杆,出现的锚杆性能参差不齐、质量差,易造成锚杆失效和巷道失稳等问题,采用控温轧制的方法,以材质为Q345的D25中空锚杆体为例,利用感应加热控温轧制技术,将3种不同温度下的锚杆力学性能试验数据进行对比。研究结果表明:750℃控温轧制时,D25锚杆的抗拉力为206~230 kN,屈服力为160~185 kN,延伸率为19.5%~23.07%;800℃控温轧制时,D25锚杆的抗拉力为194~213 kN,屈服力为144~166 kN,延伸率为21.8%~24.9%;860℃控温轧制时,D25锚杆的抗拉力为175~200 kN,屈服力为123~155 kN,延伸率为23%~25%。相比较,在800℃控温轧制时,D25中空锚杆综合性能优良;反之,当在750℃控温轧制时,出现延伸率部分不合格的现象;当在860℃控温轧制时,虽有较好的塑性,但会出现抗拉力低于技术要求。不过,3种温度下控温轧制时性能均比较稳定。在锚杆支护中,使用一定温度条件下的控温轧制工艺加工的中空锚杆,综合性能优良且稳定,质量更稳定,更能有效实现围岩稳定与控制。

自钻式锚杆连接套与中空锚杆体连接失效分析

基于材料塑性双线性随动硬化模型,在有限元软件ANSYS中建立自钻式锚杆中空锚杆体与连接套螺纹连接数值模型。研究了自钻式锚杆在承受轴向拉伸时,中空锚杆体与连接套的应力分布及变化规律以及二者的变形情况。进一步分析了导致连接套与中空锚杆体螺纹连接失效的原因。最后采取试验的对数值计算结果进行对比。结果显示,连接套与中空锚杆体螺纹连接失效的表现形式主要为螺纹拉脱,主要原因在于在自钻式锚杆在承受轴向载荷时,连接套与中空锚杆体径向会产生变形,连接套会发生膨胀,而中空锚杆体会发生"颈缩"现象;另外,在承受较大载荷时,中空锚杆体与连接套螺纹旋合段螺纹牙会发生塑性变形,螺纹牙会发生挤压变平。

冷轧无缝钢管拉伸试验及其断口位置

冷轧无缝钢管因具有尺寸精度高、表面光洁度好、直线度好等特点,广泛应用于精密机械结构、液压设备、岩土锚固等领域。拉伸试验是测试无缝钢管力学性能和材料特性的重要手段之一。但是在进行无缝钢管的拉伸试验时常常因为断口的位置太靠近钳口,而不能准确得出钢管的断后延伸率,增加了试验人员的判定难度和工作量。研究发现:在进行冷轧无缝钢管拉伸试验时样杆断裂的位置和两端插入的塞头长度有很大关系;总体而言,随着钢管两端塞头长度的增加,试样断在中间区域的概率不断提高,但是塞头的长度也并不是越长越好,塞头过长不仅会使取塞变得困难,还会影响样杆标段区的延伸。为了保证冷轧无缝钢管拉伸数据的准确性,塞头的长度超出钳口长度20 mm最好。

喷淋冷却对温轧中空锚杆体螺纹强度的影响

温轧中空锚杆体具有良好的综合力学性能,可有效控制围岩的稳定性,但其与螺母配合后无法达到杆体所要求的抗拉脱力,在实际使用时易出现螺母拉脱失效的风险。为提高锚杆体与螺母配合后的抗拉脱力,采用温轧后增加喷淋冷却的工艺。以加工材质为40 Cr的R38N中空锚杆体为例,将温轧工艺生产的中空锚杆体与温轧后进行喷淋冷却的中空锚杆体分别与螺母配合,然后进行抗拉脱力的试验。结果表明:温轧后增加喷淋冷却加工的中空锚杆体,其抗拉脱力在500~530 k N,而常规温轧工艺加工的中空锚杆体抗拉脱力在410~440 k N,温轧后喷淋冷却能够大幅提高中空锚杆的螺纹强度。

冷轧和温轧对中空锚杆体直线度的影响探析

针对锚杆内应力对锚杆直线度的影响,为保证锚杆施工工艺的顺利进行,对比了不同轧制工艺试验数据,从锚杆的轧制工艺出发,将传统的冷轧工艺改为感应加热温轧工艺。以材质为Q345B的R25中空锚杆体为例,对比了冷轧和感应加热温轧工艺下的锚杆直线度试验数据。研究表明:冷轧工艺下R25锚杆的直线度为3~6 mm,最大拱高为1.5~3.0 mm;温轧工艺下R25锚杆的直线度为0.4~3.0 mm,最大拱高为0.2~1.5 mm。相比较,感应加热温轧工艺下锚杆的直线度显著提高。在岩土锚固锚杆支护中,采用感应加热温轧工艺加工的中空锚杆,直线度更好,更能有效保证施工工艺的顺利进行,为工程实践提供一定指导意义。

温轧中空锚杆体抗剪性能分析

在岩土锚固工程中,随着自钻式锚杆的应用不断增多,仅研究抗拉强度、屈服强度及延伸率等性能已经无法满足实际工程需求,工程设计方对中空锚杆体抗剪性能的需求不断凸显。为了给工程设计方提供可靠的抗剪性能依据,特以R32S波形螺纹温轧中空锚杆体为例,对其抗剪强度进行了理论分析计算和实际剪切试验验证。结果表明:R32S中空锚杆体理论抗剪强度为142~208 MPa,而实际试验得出的抗剪强度为290~360 MPa;温轧中空锚杆体的试验数据表明抗剪强度与屈服强度具有一定的线性关系。

弧齿锥齿轮加工系统几何仿真研究

当前我国国民经济飞速发展,我国各行各业都有了显著的发展提升。在这样的背景之下,我国航空以及工程机械领域迅速发展成为国家重要产业。目前航天航空以及工程机械等重工业领域对于我国的发展极为重要,也是现代化发展过程中影响到国家综合实力的重要产业。而弧齿锥齿轮凭借其独特的优点,如传动平稳、承载能力强等,在航空以及工程机械等领域得到了广泛的应用。但当前对于弧齿锥齿轮的使用存在着一定的问题,主要是其几何形状的复杂在一定程度上增加了加工制造的难度,因而需要对此进行深入的分析研究,就其几何仿真研究现状进行分析,总结出可能存在的问题,由此来促进弧齿锥齿轮加工技术的进一步发展。