Циклическое разрушение крепких пород инструментами горных машин, формирующими трещины нормального разрыва

• Автор: Полкунов, Юрий Григорьевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 515 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ КРЕПКИХ ПОРОД ТРЕЩИНАМИ НОРМАЛЬНОГО РАЗРЫВА

1.1.Особенности работы очистных комбайнов при отработке пластов
сложного строения
1 .Моделирование циклического разрушения горных пород на основе экспериментально-статистического подхода
1.2.1 .Результаты экспериментальных исследований
1.2.2.Экспериментально-статистический подход в моделировании
нагруженности инструментов
1.3.Модели накопления микротрещин
1.4.Анализ и классификация трещин, образованных в результате контактных взаимодействий инденторов с различными материалами
1.5 .Цель и задачи исследований
ВЫВОДЫ
2. МИКРОМЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ ПОРОД ЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРЫ ГОРНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ
2.1.Анализ влияния дефектов структуры на процесс разрушения пород горными инструментами
2.2.Анализ и выбор моделей пород зернистой структуры
2.2.1 .Анализ моделей структур зернистых горных пород
2.2.2.Моделирование пород зернистой структуры под лезвием
горных инструментов
2.3.Метод моделирования микротрещин в дискретных горных породах
2.4.Анализ результатов моделирования микроразрушения зернистых пород горными инструментами

2.4.1.Влияние угла заострения инструмента на образование микротрещин в породах, имеющих сети микротрещин по границам зерен материала
2.4.2.Микроразрушения зернистых пород инструментами с углами заострения 90°<ф<180°
2.4.3.Микроразрушение зернистых пород симметричными клиновыми инструментами
2.4.4.Микроразрушение зернистых горных пород клиновыми коническими инструментами
ВЫВОДЫ
3.КРИТЕРИИ РОСТА ТРЕЩИН НОРМАЛЬНОГО РАЗРЫВА
3.1.Предварительные сведения
3.2.Анализ критериев локального разрушения и экспериментальные методы определения критических коэффициентов интенсивности
напряжений
3.2.1 .Анализ критериев локального разрушения
3.2.2.Анализ методов определения критических коэффициентов

интенсивности напряжении для горных пород
3.3.Схемы, моделирующие взаимодействия дисковых инструментов с горными крепкими породами, и метод моделирования трещин в

объемной постановке
3.3.1.Схемы, моделирующие взаимодействия дисковых инстру-

ментов с горными породами

3.3.2.Метод моделирования трещин в объемной постановке
3.4.Критерии роста трещин нормального разрыва под лезвием диско-

вых инструментов
3.5.Анализ параметров, оказывающих влияние на рост микротрещин
нормального разрыва в зернистых горных породах
3.5.1.Анализ критериев, описывающих развитие микротрещин

нормального разрыва в зернистых породах
3.5.2.Анализ влияния диаметра зерна материала на нагруженность
дисковых инструментов
3.6.Анализ параметров, оказывающих влияние на рост трещин нормального разрыва в горных породах
3.6.1.Анализ параметров, оказывающих влияние на рост устойчивых трещин нормального разрыва в горных породах
3.6.2.Масштабный эффект, возникающий при разрушении дисковыми инструментами твердых включений, и геометрический размер неустойчивых трещин в твердых включениях
ВЫВОДЫ
4.МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕУСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ ПОД ЛЕЗВИЕМ ДИСКОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ В УСТУПНОМ РЕЖИМЕ РАЗРУШЕНИЯ
4.1.Режимы разрушения горных пород
4.2.Интегральные методы расчета траекторий трещин
4.2.1.Модели макроструктур горных пород
4.2.2.Метод граничных интегральных уравнений
4.2.3.Критерии разрушения горных пород
4.3.Методика экспериментальных исследований
4.4.Напряженное состояние пород под лезвием дисковых инструментов в условиях уступного режима разрушения
4.4.1.Блокированный уступный режим разрушения
4.4.2.Блокированный уступный режим разрушения с дополнительным внешним воздействием на боковую поверхность уступа
4.4.3.Свободный уступный режим разрушения
4.5.Анализ влияния геометрических и режимных параметров дисковых инструментов на объем разрушенных крупных элементов гор-

е)полное снятие ведет к расширению боковых трещин и возможному выходу их на поверхность образца.
Если непосредственно вслед за этим снова нагрузить образец, то боковые трещины закрываются, а медианные осевые раскрываются. Однако при внедрении тупых инденторов, таких как шар большого радиуса, конус с большим углом раствора при вершине, преимущественно упругий контакт, может быть достигнут лишь в начальной стадии нагружения.
На рис. 1.2 приведена схема трещинообразования при упругопластическом внедрении шара. Здесь введены следующие обозначения: ПЗ -зона пластической деформации; КТ - конические трещины; МТ - медианные осевые трещины; РТ - радиальные трещины; БТ - боковые трещины.
Последовательность этапов развития трещин при внедрении шара будет следующей (рис. 1.2) [30]:
а)под шаром образуется упругое напряженное состояние, которое достаточно хорошо описывается по Герцу;
б)при увеличении нагрузки в материале зарождается пластическая деформация, и на поверхности около контактной зоны появляются круговые трещины в виде развитого усеченного конуса, так называемого конуса Герца;
в)дальнейшее увеличение нагрузки приводит к расширению пластической зоны, у основания которой возникает медианная трещина;
г)при разгрузке медианная трещина закрывается за счет сжимающих сил упругодеформированного материала;
д)при разгрузке на поверхности возникает система радиальных трещин;
е)после полного снятия нагрузки около деформированной зоны возникают большие растягивающие напряжения, которые приводят к образованию системы боковых трещин. Эти трещины принимают блюдцеобразную форму. Пересечение радиальных трещин с боковыми приводит к образованию осколков на поверхности.