基于弹-塑-断裂理论的镐型截齿截割机理研究与实验验证

摘要

为研究镐型截齿在截割煤岩过程中的截割机理,建立镐型截齿外轮廓的数学模型,基于弹性力学、塑性力学和断裂力学等理论,提出了煤岩截齿截割力作用下发生弹-塑-断裂失稳理论模型,以此来描述截齿截割煤岩机理,并依据理论模型分别推导出煤岩在弹性变形、塑性变形和断裂失稳状态下截齿截割力以及煤岩应力表达式.最后采用自主搭建实验设备进行不同截割倾角的镐型截齿截割煤岩实验,实验结果表明:煤岩在截齿截割力作用过程中,随着截齿截割深度的增加,截齿与煤岩的接触面积逐步增大,煤岩存在弹性变形阶段、塑性变形阶段以及断裂失稳阶段并与理论模型相符;截割倾角为90°、75°、60.时,截齿截割阻力理论值与实验值的均方根误差分别为0.082 kN、0.199 kN、0.204 kN,理论值与实验值相差较小,验证理论模型的正确性.