基于颗粒力学的截齿破岩机理研究

来源 :中北大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wapp592
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
截齿破岩过程中截齿与煤岩之间相互作用会产生复杂变化,了解截齿的截割性能和煤岩的破碎过程至关重要。在矿用掘进机械和采煤机械的滚筒上,截齿截割性能的优劣直接影响着企业的生产成本。在截齿的作用下,颗粒间高强度的应力集中一方面可以增加煤岩产率,另一方面也存在安全隐患问题。因此,基于颗粒力学方法进一步分析煤岩颗粒裂纹、力链和应力的变化规律,以细观力链为纽带建立了煤岩在微观-细观-宏观之间的联系,进一步研究煤岩物质的力学性能,对煤岩高效、安全生产有着重要的意义。本文首先分析了颗粒细观参数对岩石物质宏观性能影响的一般规律,运用颗粒流PFC2D软件对岩石物质进行了直接拉伸和单轴压缩试验,获得了能够反映岩石宏观形变的细观参数,基于CAD软件中建立镐形截齿的二维模型,并将其导入PFC2D软件中建立截齿破岩模型,在截割角度为44°、48°、52°和截割深度为2 mm、3 mm、4 mm的条件下进行了动力学仿真;其次,分析了在岩石破碎过程中截割参数对岩石颗粒细观力链的影响,其中包括力链的长度、数目、方向等,运用测量圆的方法分析了岩石内应力的变化;再次,分析了岩石破碎的机理,探索了在不同截割参数下岩石裂纹的变化规律;最后,分析了在不同截割参数下截割载荷的变化以截割性能的变化规律。本文得到的主要研究结论如下:(1)在较小的截割角度和较大的截割深度下力链长度优先达到最大值;随着截割角度的减小,岩石颗粒间会产生较小的接触力,有利于力链的形成;随着截割角度的减小和截割深度的增加,力链数目呈对数形式逐渐增大;在截割过程中,力链平均接触力的方向滞后于截割角度的方向,力链法向平均接触力方向分布为花生状,切向平均接触力方向分布为花瓣状。综合考虑,在截割过程中选取较小的截割角度和较打的截割深度,有利于力链的形成和扩展,可以保证煤岩的安全生产。(2)较大的拉应力和剪应力会破坏颗粒间的接触状态,进而形成裂纹,拉应力和剪应力越大,产生的裂纹数量越多,通过记录裂纹的数量,发现拉裂纹的数目是剪裂纹数目的7倍左右。随着截割角度和截割深度的增加,裂纹的数目也会逐渐增加,截齿对岩石的破坏作用越强,其中剪破坏的占比会逐渐增大。因此,增大截割角度和截割深度有利于裂纹的产生。(3)通过分析在不同截割参数下截割载荷的变化,研究发现,截割切向力和截割法向力呈跃进式变化;随着截割角度的减小和截割深度的增大,平均切向力和法向力非线性增大;通过分析在不同截割参数下产率(PR)、脉冲数(PN)、比能耗(SE)、波动指数(FI)的变化规律,并对其进行归一化处理,研究发现,在截割角度为52°、截割深度为3 mm时,截齿的综合截割性能最佳。
其他文献
目前空间曲面零件打磨主要由人工完成,存在工作环境差、打磨效率低,且零件表面质量均一性差等问题。在自动化打磨领域,应用较广的打磨机器人为串联机器人。串联机器人具有结构简单、控制便捷等优点,但因其重复定位精度低、刚度低,不适用于较大的精密零件打磨。少自由度的并联机器人因具有重复定位精度高、刚度高、结构紧凑、易于控制的特点,在机器人加工行业得到广泛关注。但是相对串联机器人,其工作空间小,不适用于大尺寸零
学位
主轴承是柴油机的重要摩擦副之一,其工作状况会影响柴油机的安全性和耐久性。伴随使用需求的提高,柴油机爆发压力增大,转速升高,输出功率增加,导致主轴承所受动载荷变大,轴承润滑状态恶化。表面形貌结构对接触表面的摩擦磨损特性有显著影响,合理控制主轴承表面形貌结构可以改善轴承的润滑状态和提高柴油机的可靠性。因此,本文以柴油机主轴承为研究对象,基于轴承润滑理论,计入轴颈倾斜、轴承表面弹性变形和表面粗糙度的因素
学位
本文提出一种新型的(2-CRS-PU)&R混联式踝关节康复机构,相较于目前常见的康复设备,该机构的制造成本更低、精度更高、康复性能更优异,可满足患者的日常康复需求。本论文主要从以下几个方面对踝关节康复机构进行研究:1.对踝关节康复机构的构型进行设计。在分析踝关节生理结构与运动机理的基础上,根据康复机构设计原则与构型综合原理,设计了一种基于(2-CRS-PU)&R混联机构的踝关节康复机构,该机构的自
学位
超声振动磨料流加工是一种通过工具头振动驱使磨料流场冲蚀工件表面实现材料去除的方法。大量研究表明,受超声扰动影响,磨料流在脉冲与壁面挤压作用下会形成漩涡微团,随横向压力与剪切力的不断增大,最终形成湍流。湍流涡附近的磨料受流场脉动的影响,会在各个方向上产生附加脉冲速度,使运动规律趋于复杂。此外,磨料的碰撞及无规则运动会反作用于湍流,使其进一步发生演化。由此可知,超声磨料流场具有很强的随机性、不可预测性
学位
随着外骨骼技术日新月异的发展,对外骨骼和人体之间的运动融合性要求越来越高,以满足外骨骼的安全性要求,舒适性要求和工作效率要求。但是由于人机耦合模型的复杂性以及膝关节的复杂性等问题,外骨骼机构和人体关节之间的运动融合问题依然有待解决。本文从人体关节和外骨骼运动轴线对齐的角度出发,根据膝关节的运动学特点,设计了一种基于并联机构和绳驱共轭曲面的膝关节外骨骼。首先,利用螺旋理论对机构进行了运动学分析,验证
学位
随着人工智能(artificial intelligence,AI)技术的快速发展,基于深度学习(deep learning,DL)和机器学习的AI技术在医学领域上的应用受到了广泛的关注。AI在眼科的应用也逐渐向更全面更深入的层次发展,通过角膜断层扫描、光学相干断层扫描、裂隙灯图像等技术,AI在对角膜病变、结膜病变、白内障、青光眼等眼部疾病的诊断和治疗方面都表现出了良好的性能。然而AI在眼科的应用
期刊
生物骨的最外层是由高强度和硬度的皮质骨组成,它承担了机体所承受的大部分负荷。对骨组织的切削和修正是骨科手术中难度最大的部分。由于生物骨材料本身导热性能较差,切削热积聚造成骨组织发生热损伤,严重影响骨组织的自愈能力。本文采用目前唯一一种冷加工手段——磨料水射流技术——开展皮质骨的切削实验,重点研究其切削过程的热性能相关问题。实验使用具有生物相容性的氯化钠晶体颗粒作为磨料,即避免传统矿物磨料对生物组织
学位
近年来,眼科人工智能(artificial intelligence,AI)迅猛发展,眼底影像因易获取及其丰富的生物信息成为研究热点,眼底影像的AI分析在眼底影像分析中的应用不断深入、拓展。目前,关于糖尿病性视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)、年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)、青光眼等常见眼底疾病的临床筛查、诊
期刊
近年来随着人口老龄化的发展、人群用眼方式的改变,现有的眼科医疗资源正越来越难以满足日渐增长的医疗需求,亟需新型的诊疗模式予以补足。眼科人工智能作为眼科领域的新兴元素,在眼病的筛查诊断中发展迅速,主要表现为“眼部图像数据+人工智能”的模式。近年来,随着该模式在白内障、青光眼、糖尿病性视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)等常见病中研究的深入,相关技术日渐成熟,表现出了较大的应用
期刊
滚动轴承作为当代机械设备中的主要的组成部分,对机器的安全起着举足轻重的作用。因此,对其进行必要的障诊断研究显得就有十分重要的意义。常见的智能故障诊断研究步骤为:信号采集、特征提取以及分类识别。其中,特征提取以及分类识别作为智能故障诊断的关键环节。滚动轴承受实际工作环境的影响,其振动信号特征呈现非线性、非平稳等特点。由于传统的特征提取方法如:时域分析法、频域分析法以及时频域分析法对于复杂故障特征提取
学位