新型多臂凿岩台车钻头破岩机理仿真研究

摘要

凿岩台车作为隧道钻爆法施工的主导设备，在隧道施工中的作用越来越重要，特别是在复杂的地质条件下，凿岩台车的钻孔效率、成孔质量直接决定隧道施工的质量和工程进度。随着岩石硬度与钻进深度的不断增加，凿岩台车钻眼机具选配以及冲击凿岩时的凿岩参数匹配是影响钻进效率的关键因素，而凿岩参数的匹配与钻头破岩机理有着很密切的联系，因此，对于凿岩台车钻头破岩机理的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　本文介绍了凿岩台车的结构原理，详细阐述了其核心机构液压凿岩机的基本结构与工作原理，在此基础上，对凿岩台车钻头破岩过程中的核心机构液压凿岩机的主要性能参数、测试方法以及性能参数的选择进行了重点分析，并且分析了凿岩台车施工钻孔质量的控制及要求；然后，根据岩石的物理力学特性，结合凿岩台车钻眼机具的结构特点，分析了凿岩台车钻眼钻进过程以及钻进过程中所遇到的问题；最后，本文利用波动力学理论，对钻头破岩过程中的动力学进行了分析，综合岩石连续损伤本构模型建立了钻头单次冲击破碎岩石的有限元模型，运用ANSYS有限元软件中的LY-DYNA模块进行了动力学仿真分析，通过仿真结果分析，了解了钻头破碎岩石的整个详细过程，得到了钻头破碎岩石过程中的钻头钻进速度、深度与凿岩反力的时程曲线，同时还针对不同性能凿岩参数对钻头破岩参数的影响进行了仿真分析，讨论了不同性能凿岩参数对于钻头破碎岩石的影响，得到了在不同性能凿岩参数匹配作用下岩石的破碎机理。本文针对凿岩台车钻头破岩机理的研究为今后实际工程应用中凿岩台车凿岩钻进机具的合理选择与参数匹配提供了理论指导，同时也为凿岩台车的设计与改进提供了一定的参考依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章绪论

1.1论文选题背景与研究意义

1.2钻头破岩的国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第二章凿岩台车结构原理与液压凿岩机性能参数分析

2.1凿岩台车的结构原理

2.2液压凿岩机主要性能参数分析

2.3液压凿岩机性能测试方法

2.4凿岩台车冲击凿岩参数选择

2.5凿岩台车施工钻孔质量控制

2.6本章小结

第三章凿岩台车冲击凿岩钻进过程研究

3.1岩石及岩石损伤理论

3.2凿岩台车钻具结构特点与选取

3.3凿岩台车冲击凿岩钻进过程

3.4本章小结

第四章凿岩台车冲击凿岩动力学分析

4.1岩石本构模型的建立

4.2凿岩台车钻进系统冲击凿岩动力学分析

4.3凿岩台车钻进系统冲击凿岩的效率分析

4.4本章小结

第五章 凿岩台车钻头破岩有限元仿真分析

5.1有限元软件简介

5.2钻头破岩有限元仿真模型的建立

5.3钻头破岩仿真结果分析

5.4不同性能参数对钻头破岩的影响

5.5本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢