地质构造物理模拟实验装置机械系统设计研究

摘要

地质构造物理模拟实验是研究地质构造运动的一种有效手段，是帮助地质学家认识构造变形过程、研究构造形成机理的重要方法。本课题的研究目标是针对目前国内外同类设备存在的不足，依据相似理论，根据地质现象模拟的要求，设计功能齐全、满足地质研究需求的构造物理模拟实验装置。
　　 地质构造物理模拟实验是以地质构造学为基础，目的是探索地质构造的成因和演化过程，寻求地质构造的形成机理。所以本文首先从理论分析的角度对地质构造运动的主要形态进行了研究，得到模拟实验装置力学加载的基本特征；然后对实验装置的机械系统进行了模块化设计。
　　 针对典型地质构造的变形特点，应用相似理论，用量纲分析方法对相似方程式进行推导，得出实验相似条件，计算出模拟实验的基本参数。
　　 根据实验装置机械系统模块划分的结果，应用现代机械设计方法，对实验装置机械系统模块进行了结构设计。主实验台与辅助实验台相互配合使用，所以将它们放在一起进行研究。主实验台台面设计为圆形，可实现任意方向施加载荷，同时为实现实验台面的倾斜设计了可摆动的下支撑台面。为了实现实验砂箱端板沿双向摆动，砂箱端板设计成了可伸缩结构。为了模拟不同地质现象的要求，对底辟、拱升、走滑三个可选实验模块进行了结构设计。底辟模块设计了多个可控喷发点，可以满足不同的地质喷射现象的模拟。拱升模块设计了滚珠丝杠传动，满足拱升现象发生在水平方向上的不同位置，设计了三个动力头为一组的结构，可实现拱升现象在垂直方向的不同形状发生。走滑模块设计为同步带传动，并设计有自动张紧装置和液压升降装置，可模拟地质现象中的俯冲运动。
　　 最后，应用ANSYS分析软件对实验装置主要结构件进行了强度分析，确保实验装置安全可靠。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文研究的意义

1.2地质构造模拟的研究现状

1.2.1地质构造模拟实验理论的研究现状

1.2.2地质构造模拟实验装置的研究现状

1.2.3砂箱模拟实验装置的研究现状

1.2.4砂箱模拟实验装置的主要工作原理

1.3本文的研究内容

第二章地质构造物理模拟实验装置机械系统方案设计

2.1实验装置的运动形态

2.1.1地质构造运动的主要形态

2.1.2地质构造物理模拟实验装置的运动形态

2.2实验装置的机械系统构架

2.2.1理论总体架构

2.2.2机械系统的模块划分

2.3各实验模块的方案设计

2.3.1主实验台与辅助实验台的方案设计

2.3.2砂箱模块方案设计

2.3.3实验系统底辟模块、拱升模块、走滑模块方案设计

2.4本章小结

第三章 实验模拟装置基本参数设计计算

3.1相似理论介绍

3.1.1相似基本理论

3.1.2相似条件的导出

3.2模拟实验相似参数计算

3.2.1材料相似

3.2.2几何相似

3.2.3力的相似

3.2.4其它相似

3.3实验参数计算

3.3.1选择实验材料

3.3.2计算相似常数

3.3.3确定实验参数

3.4本章小结

第四章地质模拟实验装置机械系统结构设计

4.1主实验台与辅助实验台的结构设计

4.1.1主实验台设计

4.1.2辅助实验台设计

4.1.3可摆动支撑台面的设计

4.1.4设计校核

4.2四边形实验砂箱的设计

4.3底辟模块结构设计

4.3.1底辟模块设计参数

4.3.2供液系统的设计

4.3.3底辟模块各部分结构设计

4.4拱升模块结构设计

4.4.1拱升模块的参数设计

4.4.2拱升动力系统的设计

4.4.3拱升水平位置调节系统的设计

4.4.4拱升模块其它结构设计

4.5走滑模块结构设计

4.5.1走滑模块的参数设计

4.5.2同步带传动系统的设计

4.5.3液压缸升降系统的设计

4.5.4走滑模块其它结构设计

4.6本章小结

第五章实验装置的强度分析

5.1主实验台的强度分析

5.2辅助实验台的强度分析

5.3可摆动工作台的强度分析

5.4本章小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢