發(fā)布時(shí)間：2020-08-25 04:00

【摘要】：目前對硬質(zhì)巖石材料的破壞手段有限,常規(guī)技術(shù)手段中,硬質(zhì)合金鉆進(jìn)存在鉆具磨損嚴(yán)重、鉆進(jìn)效率低等問題,金剛石鉆進(jìn)存在鉆頭脆性大、熱穩(wěn)定性差等問題,沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)存碎巖能耗高,裝備技術(shù)要求高等問題。因此研究硬巖破碎新方法及破壞機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。振動(dòng)疲勞破壞能有效降低巖石強(qiáng)度,尤其當(dāng)外界施加的振動(dòng)頻率與巖石的固有頻率相近時(shí),巖石內(nèi)部裂紋迅速產(chǎn)生,巖石更容易被破壞,可大大提高破碎工具的使用壽命、降低鉆進(jìn)成本,具有能耗低、破碎效率高、節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本等特點(diǎn)�；◢弾r在地殼中占比較大,是標(biāo)志性硬質(zhì)巖石材料,常呈侵入相以巖基、巖墻、巖床等形式廣泛分布于大陸上部地殼,蘊(yùn)含金屬礦藏、地?zé)崮艿戎匾Y源。其主要組成為長石、石英等硅酸鹽礦物及云母、角閃石等次要礦物。由于在漫長的地質(zhì)演變過程中,先后經(jīng)歷巖漿冷凝成巖、極高的地層壓力及低溫梯度等因素以及各種構(gòu)造演化地質(zhì)作用的影響,進(jìn)而導(dǎo)致了其細(xì)觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)的非均質(zhì)性特征。因此,本文將采用電鏡掃描方法對經(jīng)過不同超聲波振動(dòng)加載時(shí)間的花崗巖樣品表面進(jìn)行觀察,研究細(xì)觀裂紋演化規(guī)律及形態(tài)特征,并通過MATLAB對電鏡掃描試驗(yàn)的圖像進(jìn)行處理,得到巖石實(shí)際的細(xì)觀結(jié)構(gòu)。深入研究花崗巖在超聲波振動(dòng)作用下的細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化及其裂紋演化特征,研究和優(yōu)化花崗巖細(xì)觀力學(xué)模型及模擬方法,從花崗巖實(shí)際細(xì)觀結(jié)構(gòu)出發(fā),建立符合超聲波振動(dòng)試驗(yàn)要求的花崗巖破損行為的研究體系,實(shí)現(xiàn)超聲波振動(dòng)作用下花崗巖宏觀等效力學(xué)性能的預(yù)測。本文以中粒斜長花崗巖為研究對象,從理論研究出發(fā),數(shù)值模擬與物理試驗(yàn)相結(jié)合,對花崗巖在超聲波振動(dòng)作用下細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行研究,取得的主要研究成果如下:(1)微觀尺度上,裂紋擴(kuò)展過程實(shí)質(zhì)上是在外力作用下,礦物晶體內(nèi)部原子鍵斷裂的過程,其裂紋萌生主要受花崗巖在超聲波振動(dòng)作用下最大響應(yīng)位移的影響;細(xì)觀尺度上,裂紋擴(kuò)展至晶體邊界附近時(shí),裂紋擴(kuò)展方向受邊界兩側(cè)晶體失配程度影響,失配程度越大裂紋越傾向于沿礦物晶體邊界擴(kuò)展;宏觀尺度上,施加接近巖石固有頻率的高頻振動(dòng),巖石的響應(yīng)位移增大,巖石破碎效率提高。(2)花崗巖數(shù)值模型內(nèi)部裂紋以拉張型微裂紋為主,剪切型微裂紋僅在微裂紋貫通為宏觀裂紋時(shí)少量出現(xiàn),拉張破壞為數(shù)值模型主要破壞形式;微裂紋方位角主要集中在超聲波振動(dòng)加載正方向上,其中沿晶裂紋首先出現(xiàn)并集中于振動(dòng)加載方向,穿晶裂紋伴隨宏觀裂紋出現(xiàn)其方位角主要集中在超聲波振動(dòng)加載方向及宏觀裂紋方向。(3)超聲波振動(dòng)作用下,花崗巖內(nèi)部經(jīng)歷微裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展聯(lián)通為宏觀裂紋最終導(dǎo)致花崗巖試樣的宏觀破壞,期間伴隨著碎屑的脫落;宏觀裂紋擴(kuò)展過程中,花崗巖內(nèi)部主要以石英破壞為主,破碎粒徑較小,長石礦物主要沿解理方向破壞,且破碎粒徑較大;微裂紋由沿晶裂紋及穿晶裂紋組成,且多發(fā)生長石及石英晶體附近,云母礦物對微裂紋發(fā)育影響較小,幾乎不發(fā)生破壞;將電鏡圖片采取數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行處理分析可知:超聲波振動(dòng)作用下花崗巖樣品表面的微裂紋面積隨著振動(dòng)時(shí)間的加載不斷增大,尤其當(dāng)微裂紋擴(kuò)展為宏觀裂紋時(shí)最為明顯。裂紋方位角及長度服從正太分布特征。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P634.1
【圖文】：

技術(shù)路線圖

度上對超聲波振動(dòng)作用下巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化論冷凝作用形成，由顯晶質(zhì)礦物組成的脆性巖體交界面和不同微觀結(jié)構(gòu)的晶體組成的復(fù)合紋機(jī)理進(jìn)行理論研究，可以對超聲波振動(dòng)巖裂能量理論[33]可知，巖石整體的本征內(nèi)聚力可積分可得： 00pud2uBBR W基本微觀單元內(nèi)聚應(yīng)力，但 Griffith 理論并。

圖 2.2 晶體邊界角度示意圖當(dāng)裂紋從一個(gè)礦物晶體內(nèi)部擴(kuò)展至另一礦物晶體時(shí)，原來的能量關(guān)系被破，由 Smith[33]裂紋擴(kuò)展理論可知，在邊界處裂紋擴(kuò)展尖端區(qū)域 G(θ，φ)有：ⅢGEEGEE()K()(1)K()(1)()K()(1)K()(1)22 22 22 22 (2-1式中 K2Ⅰ、K2Ⅱ、K2Ⅲ為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子，ν為泊松比。G(φ)變化如圖 2.3 所示，隨著邊界兩側(cè)礦物晶體失配角的增大，機(jī)械能釋放率急降低，若裂紋繼續(xù)擴(kuò)展則需要增大外部載荷直到新的能量平衡： 0G , R(2-14在宏觀狀態(tài)下，則有： GG0 R,C (2-15由式 2-14 可知在晶體邊界處，內(nèi)聚力變化曲線為圖 2.3 的逆曲線。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫世杰;Russell Finex公司開發(fā)出超聲波振動(dòng)系統(tǒng)[J];粉末冶金工業(yè);2002年02期

2 辛志杰,祝錫晶,袁藝;超聲波振動(dòng)珩磨的切削機(jī)理及特點(diǎn)[J];工具技術(shù);1998年05期

3 李連詩，張力行，楊效平，鐘軾;超聲波振動(dòng)拔管拔絲的研究[J];鋼鐵;1995年03期

4 于勁;;用掃描電子顯微鏡研究超聲波振動(dòng)車削抑制顫振的微觀機(jī)制[J];電子顯微學(xué)報(bào);1992年06期

5 于勁,周曉勤;基于高頻變速特征的不分離型超聲波振動(dòng)車削抑制顫振機(jī)理[J];兵工學(xué)報(bào);1993年01期

6 王立江;馬春翔;;超聲波振動(dòng)車削參數(shù)的最優(yōu)化[J];電加工;1987年01期

7 何魯敏;;超聲波加濕器及其應(yīng)用[J];建筑技術(shù)通訊(暖通空調(diào));1988年03期

8 顧天浩;;多點(diǎn)超聲波振動(dòng)結(jié)晶器[J];上海金屬(鋼鐵分冊);1989年02期

9 鄭延鳳;超聲波振動(dòng)加工頭[J];機(jī)床;1980年02期

10 劉先蘭,鄒濟(jì)林;型腔表面超聲波振動(dòng)拋光技術(shù)[J];模具制造;2002年10期

相關(guān)會議論文 前10條

1 趙大軍;周宇;尹崧宇;孫梓航;王美艷;翟國兵;張書磊;袁鵬;;超聲波振動(dòng)花崗巖破碎機(jī)理初探[A];第十九屆全國探礦工程（巖土鉆掘工程）學(xué)術(shù)交流年會論文集[C];2017年

2 黃云;王福明;;超聲振動(dòng)精密砂帶磨削1Cr13葉片不銹鋼試驗(yàn)研究[A];2007年中國機(jī)械工程學(xué)會年會論文集[C];2007年

3 馬麗麗;劉貴民;;等離子噴涂Cr_2O_3涂層的超聲波振動(dòng)車削[A];第六屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

4 吳永孝;張廣玉;呂維新;徐建良;;超聲波振動(dòng)修整砂輪的研究[A];中國電子學(xué)會生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會機(jī)械加工專業(yè)委員會第六屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];1995年

5 馬麗麗;劉貴民;;等離子噴涂Cr_2O_3涂層的超聲波振動(dòng)車削[A];第六屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議暨首屆青年表面工程學(xué)術(shù)論壇論文集[C];2006年

6 黃云;王福明;;超聲振動(dòng)精密砂帶磨削1Cr13葉片不銹鋼試驗(yàn)研究[A];2007年中國機(jī)械工程學(xué)會年會之第12屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

7 彭太江;伍曉宇;李積彬;王紅志;梁雄;;超聲波懸浮與減摩技術(shù)及應(yīng)用[A];2009海峽兩岸機(jī)械科技論壇論文集[C];2009年

8 彭太江;伍曉宇;李積彬;王紅志;梁雄;;超聲波懸浮與減摩技術(shù)及應(yīng)用[A];2009年廣東先進(jìn)制造技術(shù)(佛山)活動(dòng)周文集[C];2009年

9 周寧寧;曲建俊;王彥利;;真空下超聲波振動(dòng)對摩擦磨損的影響[A];中國宇航學(xué)會深空探測技術(shù)專業(yè)委員會第七屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

10 李軍文;付瑩;包華博;桃野正;田湯善章;;利用超聲波去除金屬熔體內(nèi)氣體的研究[A];中國機(jī)械工程學(xué)會第十一屆全國鑄造年會論文集[C];2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 周寧寧;面向真空低溫下超聲波電機(jī)的振動(dòng)摩擦與懸浮特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 姜斌;超聲波送料機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2009年

3 孫梓航;超聲波振動(dòng)頻率對花崗巖破碎規(guī)律影響的研究[D];吉林大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王雨;超聲波振動(dòng)下花崗巖的細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究[D];吉林大學(xué);2019年

2 李海龍;發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴內(nèi)面超聲波振動(dòng)輔助超精密磨削研究[D];江蘇大學(xué);2018年

3 宋軍;不銹鋼超聲波振動(dòng)車削裝置設(shè)計(jì)及仿真分析[D];湖南大學(xué);2012年

4 袁鵬;超聲波振動(dòng)巖石破壞速率的研究[D];吉林大學(xué);2017年

5 胡永旭;超聲波振動(dòng)鏜孔系統(tǒng)精化及試驗(yàn)研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2016年

6 周芮;不銹鋼材質(zhì)光學(xué)元件的超聲波振動(dòng)輔助車削技術(shù)研究[D];長春理工大學(xué);2017年

7 楊傳龍;基于超聲波振動(dòng)時(shí)效的細(xì)金屬絲去應(yīng)力成形技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2014年

8 孫小磊;超聲波振動(dòng)輔助釬焊玻璃工藝及機(jī)理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

9 李雙雙;大功率超聲波振動(dòng)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[D];杭州電子科技大學(xué);2015年

10 于躍;基于郎之萬振子的直線式超聲波振動(dòng)給料系統(tǒng)的研究[D];吉林大學(xué);2008年

本文編號：2803244