机械设计外文翻译--- 为一个锥形螺栓发展动态模型

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1、 为一个锥形螺栓发展动态模型 摘要 为了能够在地下发掘时，确保安全，能够抵御岩爆产生的动态负载这一点是很重要的，例如，使用的支持系统。在本文中，为一个锥形螺栓的动态仿真模型实验研究的基础上提出的。树脂基锥螺栓进行落锤试验。这些实验表明，螺栓有两个能量吸收机制：在树脂和塑料的变形滑动。为了模拟这种行为，提出了两个度的自由度集中质量模型。实验发现，滑动和塑性变形的比例显着变化从一个到另一个测试。为了解释这种变异，提出了两种方法来确定树脂螺栓滑动参数值，而一个充满活力的力量 延伸模型被用来模拟塑性变形。以模拟实验数据的比较结果证明，该模型的构成要素是适当的模拟锥形螺栓的动态响应。 如今，地下挖掘深为

2、 5000 米。在这样的水平，可以高度强调岩体造成岩爆的频率和严重性增加。在岩爆的中度至主要的严重性，抛出的岩体可达到速度 3至 10米 /小号从 10至 501cJ/mz的水平相应的能量变化 1。由于这些现象的动态性， 为了正确设计支持系统， 知道岩石加固元素的动态行为 是很重要的 。 为了 研究 该 课题，麦吉尔大学的机械和采矿工程部门 与CANMET 采矿和矿物科学实验室（ MMSL）在渥太华 进行 合作。通过这种 合作进行工作，到目前为止，已经有三个主要目标： 通过 CANMET-MMSL 提供的检测仪器 验证 ，确定测试参数对锥形螺栓的响应和性能的影响，并开发了一个模型来模拟锥形螺栓

3、的动态行为。前两个目标的 已经在 2、 3中 报道，而这篇文章的重 点， 是 第三个 目标 ，即锥形螺栓的动态行为建模 。 在 这一为了支持 岩石 的各 元素的文献 中， 动态模型可分为两大类：集中质量 模型 和动态变形模型。 Thompson 等人。 4采用集中质量模型来模拟动量转移的原则为基础的动态测试 5。利用这个原理，锚杆进行测试，同时装载质量下降。当自由落体的元 素已达到所需的速度，锚定螺栓迅速停止和装载质量的惯性动态加载测试的强化元素。在他们的模型，装载质量，锚杆安装的其他组件进行离散准时群众串联弹簧和减震器。然而，使用的弹簧和阻尼器连接每个元素可能不是最合适的选择模型，每个互动，

4、特别是通过树脂锚杆春耕。一个集中质量模型也被用来由 Tannant 等。 6模拟锚杆机械锚固过程中原位测试测量轴向应变响应。动态负荷生产炸药，但其幅度始终低于钢材的屈服极限 。 另一方面，动态变形模型是基于理论的应变（或应力）在固体中的波 7,8。 Yi 和 Kaiser9,10上夹紧钢 线材，来模拟机械锚杆进行落锤试验。螺栓装弹性或塑性取决于使用的降体重。然而，模型模拟弹性波的传播 11。模拟应变波的持续时间和幅度，被发现与实验数据吻合良好。 为了研究当地的应变分布沿螺栓， Ansell 12-14使用播放器等的动量传递原理类似的方法进行动态测试 5。 然而，使用装载质量更轻，冲击速度更快。

5、来模拟观测到的应变分布，安塞尔使用两种不同的技术应变波理论的基础上： graphodynamical 菲舍尔提出的方法15-18和数值的计划，戈东诺夫的方法，在 19详细说明。由这两种方法得 到的结果是令人满意的，但他们依靠一个重要的假设：螺栓被认为是无限长，这意味着没有反映在另一端的应变波。这个假设是塑料波前的时间，需要前往螺栓的长度是相同的顺序为有效由安塞尔执行的测试，因为影响工期。然而，这个假设是不是在任何情况下有效。此外，动态变形模型不允许锚杆在模拟过程中滑动。当试图模拟动态行为的锥形螺栓，螺栓在泥浆中滑动时摩擦消散，因为相当数量的能源，这是一个重要的制约因素 20。 在本文中，集中质

6、量模型来模拟基于树脂的锥形螺栓的动态行为。这集中质量模型的优势，相比其他的， 是 它的简单，特别 是利用干摩擦，更准确地模拟螺栓滑动树脂。相反 ， 上面介绍的某些型号，这里提出的制定有效的弹性和塑性变形。 2.实验 CANMET-MMSL 提供 的 测试仪器 ，如 图 1 所示。 落锤，用于动态加载螺栓 ， 使用 未在图1 中画出的遥控 磁铁 来 被取消和下降 。 要测试的螺栓 放入一个 可以很容易地 通过 一根针 连接结构的其余部分 的样品管 。 反复地 对每个样品进行 实验 ，但总是从相同的高度，并使用相同的质量。 装备精良的安装在任何时间来衡量有关 displacemenu 和力量在影响

7、。 displacemenu，有导线电位器连接到下拉的重量来衡量其立 场和两个数字线的相机，记录四肢螺栓，即锥和板块位移，位移。设置为力量，配备了两个压电负载降体重和传播的力量支撑梁螺栓的力测量细胞。都加载信号被认为是非常相似，所以只能传送到支撑梁力将整个本文所示。有关仪器仪表的更多细节，可以 在 2,3,21中发现 。 2.2 螺栓测试 到目前为止 ,所有的测试了改性锥螺栓 (MCB)的尺寸见图 2(a)。筒螺栓在南非最初设计由雅格 22,可以使用水泥浆液。 Ortlepp20表明南非锥螺栓具有优良的能量吸收能力下的动态加载当浆液使用 ,但它被发现当使用以有效地降低聚酯树脂浆液 23。因为聚

8、酯树脂经常被使用在加拿大矿山 诺兰达 些微调技术中心的设计使它更加锥螺栓效率 ,这种类型的浆液。主要的修改螺钉增加 resin-mixing 叶片锥的顶部。名盾牌的尺寸非常相似的孩童的南非锥螺栓 。 锥形螺栓的实验中，被灌入钢两个的杜邦 Falsoc 聚酯树脂墨盒管。每个墨盒有两个舱室：一个包含聚酯树脂和其他人有催化剂。样品管以及安装过程中的尺寸如图所示。 （二） 2。在安装过程和样品管的内部直径的推进和旋转速度，获得锥形螺栓制造商（男子酸味矿业公司，萨德伯里，安大略，加拿大）。此外，样品管够厚，在测试过 程中，要考虑为刚性。显然，样品管有不同的径向刚度比在原位岩体 ；然而，这是假设没有重大影

9、响力的动态响应，由于脆性性质的聚酯灌浆螺栓。当螺栓滑动树脂，后者似乎被分解，而不是简单地压缩在径向方向。如图节的样品管。 3，说明这个效果。 同样重要的是提锥角有重大影响力的锥形螺栓的表演。锥角的增加将使螺栓，以消耗更多的能量，在树脂滑动时。然而，这也将增加的需要加以克服，以激活滑动螺栓的锚固力。因此，如果锥角过大，螺栓将不能够导致过早失效的肌腱滑动。然而，在这项研究中，锥角将不会被更改 ；我们只集中于我们的利益，目前在 加拿大的矿山使用的螺栓。 2.3 进行测试 大部分落锤试验进行了以下两个测试配置之一：从 1.5 米，从 1.0 米或 1461 公斤 1016公斤。这两种配置也有类似的冲击

10、能量（ 14.9514.331cJ），分别和他们的比较突出螺栓响应的落锤冲击速度的影响 2,3。 此外，还有两个样品进行检测，无树脂，以获得当地的应变分布比较结果与安塞尔 13。在这些测试中，锥形螺栓夹紧，其轴被标记为每 40 毫米，采用雕刻笔。对每个样品进行了两滴后，每一个局部应变测量。第一个样品进行了测试，质量下降了 1.5 米， 570 公斤， 而第二个样品的质量为 1016 公斤，下跌 0.75 米 。 2.4 与其他测试仪器的比较 比较典型的文献报道的各种实验装置使用的测试参数可以揭示洞察力有用的信息类型选择模型模拟测试。表 1 给出了这样一个比较。首先，人们可以看到，典型的撞击速度

11、是 5至 6 米 /秒，而安塞尔使用 10 米 /秒。这些值是在良好的协议，在中度至严重岩爆，即 3 一10 米 /秒 1。测量速度弹射 然而，使用不同的质量显着表 1 中的设置。此外，人们可以看到，使用更轻的质量测试配置有一个较短的影响持续时间。这可以很容易地了解考虑牛顿第二定律： FDT= M DV，其中 F 是影响力， DT 的持续影响，米的质量和 DV 速度在变化的影响。这也是有趣的实验测试影响持续时间较短，（安塞尔彝族和 Kaiser）一直使用模拟动态变形模型。 在一般情况下，如果影响的试验持续时间太短，使塑料波前达到螺栓的另一端，一个动态的模型将被优先考虑到集中质量模型。钢塑模量的

12、 15 兆帕（ 14）和密度 7800 kg/m3 的 考虑，塑料的应变波速度大约是 44 米 /秒。因此，一个 2 米的螺栓，将采取 45 毫秒的塑性应变波达到螺栓的另一端。这是一般的标准， 45 毫秒的价值，是在良好的协议，表 1 报告的信息。 3.分析结果 3.7 典型结果 落锤试验期间收集到的典型结果如图。 4。 加载信号的观测，测试可以分开在三个不同的部分：（ 1）第一次冲击，这是最重要的一个加载幅度和影响持续，那么（ 2）有一系列的弹性篮板板螺栓的质量和（ 3）系统，通过一系列的阻尼振荡达到平衡。寻找图。 4，人们可以看到，只有第一次冲击产生永久位移的螺栓。 圆锥体的位移表示的螺栓

13、滑动树脂板和锥位移之间的差异，而给人的螺栓伸长量。这是两个机制的锥形螺栓消散和吸收冲击能量。这两种机制是目前在每下降，但其比例从另一个测试显着变化。这也是值 得注意图。 4，在第一次冲击，是在负荷曲线扭结时发生螺栓开始滑动树脂。当力施加到板，螺栓轴负载转移锥构成锚定螺栓。当这种力量超过了锚固强度，圆锥体开始滑动通过树脂放宽螺栓的紧张和挑起了在测量负载的扭结。 3.2。螺栓的刚度和阻尼 加载信号的第三部分，即一系列阻尼振荡，可以由弹簧和阻尼器并行连接固定基地的大规模模拟。 24介绍一种方法来获得实验数据的刚度和阻尼值。 使用这种方法，刚度和阻尼值计算每个测试振荡部分是足够长的时间（约三至五年期间）给一致的结果。符合这个标准和平均 刚度和阻尼获 得十四测试，分别等于 12.868 千牛顿 /毫米和 9.968 千牛 S / M。刚度值被认为是准确和重复的，因为被发现是 1.220 千牛顿 /毫米，幅度小于平均标准偏差。另一方面，阻尼值分别为减少重复，标准差等于 2.249 千牛顿 /米。这样的变化可以解释群众的倾向锁定在冲击后的导轨。这个问题将在 4.3 节调查后。 3.3 钢变形 在上一节，螺栓弹性刚度，获得实验数据。然而，在测试过程中，螺栓下进入显着的永久