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1、6探礦工程(巖土鉆掘工程)2011年第38卷第4期空隙率對(duì)潛孔錘鑿巖瞬態(tài)沖擊過程的影響l、．根，龔漢松，夏柏如(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，北京100083)摘要：潛孔錘的鉆進(jìn)過程是一個(gè)高度非線性、大變形、破碎巖石的過程，利用非線性有限元程序ANSYS／LS—DY—NA研究了在鑿巖過程中，球齒鑿入不同空隙率(塑性體積應(yīng)變)巖石的沖擊力特性。結(jié)果表明，巖石空隙率對(duì)鉆頭球齒與巖石之間的鑿入沖擊力幅值有很大影響，隨著空隙率的增大，球齒鑿入的沖擊力顯著減小，而對(duì)活塞與鉆頭間沖擊力幅值影響甚微。通過ANSYS／LS—DYNA瞬態(tài)沖擊數(shù)值模擬，形象地再現(xiàn)了潛孔錘鉆鑿系統(tǒng)沖
2、擊巖石發(fā)生侵入破壞的物理過程，為沖擊碎巖瞬態(tài)研究提供了一個(gè)有效的分析方法。關(guān)鍵詞：潛孔錘；空隙率；瞬態(tài)沖擊力；ANSYS／LS—DYNA中圖分類號(hào)：P634．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—7428(2011)04—0006—04SimulationStudyofRockVoidsRateAffectingonImpactForceofDTHHamme／BUChang—gen，GONGHan—song，XIABo—rlz(SchoolofEngineeringandTechnology，ChinaUniversityofGeosciences，Beiji
3、ng100083，China)Abstract：Theprocessofimpacthammerdrillingisverycomplexforhighnon—linearity，largedeformationanddamagebe—havior．TheexplicitfiniteelementcodeANSYS／LS—DYNAwasemployedtoresearchthetransientpercussiveeharacteris—tic0fbitinsertsimpactingbrittlerockwithdifferentrateofairvoid
4、s．Theimpactforcescurvesofconcreteandsandstoneunderhammerimpacthasbeenrecorded．Fromthesimulationresults，therockvoidrateafectsvariouslyonthetransientimpactforceofbitinsertspenetratingrock．Theimpactforcebetweenbitandrockdecreasessharplyastherockvoidraterises．However，thetransientimpact
5、forcebetweenpistonandbithasnothingwiththerockvoidrate．Thephysicalproces—sessuchasinsertpenetratingrockssubjectedtopercussivehammerdrillingaredisplayedvisually．Itisbelievedthatthenumericalsimulationwillbecomeagoodresearchmethodfortransientimpactprocess．Keywords：DTHHammer；rockvoids；t
6、ransientimpactforce；ANSYS／LS—DYNA0引言或錐形結(jié)構(gòu))，而活塞的氣槽及鉆頭的花鍵等局部潛孔錘鉆進(jìn)是一種以軸向沖擊力為主破碎巖石結(jié)構(gòu)尺寸都比較大，研究鑿巖系統(tǒng)的沖擊過程時(shí)，這的鉆進(jìn)方法，廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)工程基巖鉆進(jìn)領(lǐng)域。些局部結(jié)構(gòu)不能忽略。另外，活塞與鉆頭沖擊面之使用該鉆進(jìn)技術(shù)時(shí)，潛孔錘活塞沖擊鉆頭，產(chǎn)生的沖問的Hertz接觸模型屬于靜態(tài)范疇，對(duì)于活塞與鉆擊力以應(yīng)力波的形式作用于鉆頭，能高效地體積破頭的非一致性沖擊面，其物理意義不明確J。事實(shí)碎巖石。氣動(dòng)潛孔錘鑿巖系統(tǒng)(活塞一鉆頭一巖上，活塞與鉆頭沖擊面實(shí)際變形非常復(fù)雜，Liu等石
7、)的沖擊過程是應(yīng)力波的產(chǎn)生、傳播與耗散的過指出縱然活塞與活塞沖擊接觸變形這一非線性力學(xué)程，目前一般是采用一維彈性波理論來建立鑿巖系過程能用接觸撞擊彈簧模擬近似，但其剛度一般很統(tǒng)的沖擊數(shù)學(xué)模型，并通過特征線法或表算法來進(jìn)難通過理論計(jì)算得到，而必須借助于試驗(yàn)研究。實(shí)行數(shù)值計(jì)算¨“J?；钊c鉆頭沖擊面局部接觸的處際情況是多齒鉆頭的巖石動(dòng)態(tài)鑿入系數(shù)及卸載系數(shù)理是在活塞與鉆頭之問虛設(shè)一個(gè)非線性彈簧，其作目前很難測(cè)定。ANSYS／LS—DYNA是著名的通用用力與變形的關(guān)系符合Hertz接觸定律j。鉆頭與顯式動(dòng)力有限元分析程序，用于求解高度非線性復(fù)巖石之問的邊界是在鉆頭與
8、巖石之間施加等效非線雜問題，能夠有效處理多種沖擊接觸
