Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Численное исследование напряженно-деформированного состояния породного массива при его взрывном разрушении скважинными зарядами Стуканов, Анатолий Леонидович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Стуканов, Анатолий Леонидович. Численное исследование напряженно-деформированного состояния породного массива при его взрывном разрушении скважинными зарядами : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 01.02.04 / Тверской ун-т.- Тверь, 1990.- 17 с.: ил. РГБ ОД, 9 91-1/1687-1

Введение к работе

Актуальность.

Интенсивное развитие народного хозяйства невозможно осуществить без использования продукции черной металлургии - железа и его сплавов. Добыча основного сырья железорудной промышленности осуществляется взрывным разрушением массивов горной породы (Ш j - железистых кварцитов - с помощью скважинннх зарядов (СЗ). В связи с этим большую важность приобретает изучение сложных ударно-волновых процессов, происходящих в массивах ГО. Возникает необходимость анализа поведения горных пород при взрывном нагружении породных массивов, который позволил бы выявить основные закономерности распространения и взаимодействия волн напряжений по всей глубине массива горной породы, качественно и количественно оценить области возможных разрушений в массиве, выявить влияние на формирование напряженно-деформированного состояния ( НДС) различного рода факторов, таких, как скорость детонации взрывчатого вещества (ВВ) в заряде, задержка по времени в инициировании соседних зарядов ВВ, а также место инициирования заряда.

Проблемы динамического деформирования.и разрушения упру-гопластических тел, к которым, в рамках механики сплошной среды (МСС) можно отнести горные породы, являются одними из сложнейших в механике деформируемого твердого тела(мдтт). Трудность их решения обусловлена большим разнообразием параметров, характеризующих физико-механические свойства горных пород. Системы уравнений, описывающие движение таких сред с учетом разрушения, существенно нелинейны, и их решение, особенно в двух- и трехмерных случаях, может быть, получено лишь с использованием численных методов.

Современное состояние вычислительной техники позволяет достаточно эффективно осуществлять численные решения двумерных задач динамического поведения материалов, несмотря на трудности, связанные с необходимостью учета большого числа параметров. Применяемая в работе модель разрушения горной породы позволяет описывать эволюцию зон разрушения в массивах ГП с различными физико-механическими характеристиками в зависимости от действующих в них зарядов ВВ.

Целью данной работы является:

  1. Математическое моделирование процессов, протекающих в массиве горной породы при подрыве системы скважинных зарядов взрывчатого вещества с учетом различных схем их расположения и инициирования;

  2. Разработка на основе численного метода механики сплош- -ной среды программы, позволяющей рассчитывать в рамках предложенной модели в двумерной плоской и осеоимметричной постановках эволюцию НДС и разрушение в массиве горной породи при подрыве скважинных зарядов;

  3. Определение баланса слагаемых полной начальной энергии взрыва СЗ во времени для оценки влияния заряда применяемой конструкции на производимые им разрушения в массиве ГП.

Научная новизна.

- В рамках МСС в двумерной плоской и осеоимметричной поста
новках, с применением модифицированного метода конечных эле
ментов решена задача о динамическом иагруженин массива горной
породы взрывом скважинного заряда. Использование выбранной
численной методики даег возможность исследовать волновые про
цессы, возникающие в массиве ГП при взрыве как одиночного,
так и системы скважинных зарядов ВВ при различных условиях.

К ним относятся: варьирование жеста инициирования заряда ВВ и учет скорости распространения детонации в ВВ, что позволяет рассчитать форму поля напряжений, создаваемого зарядом применяемой конструкции. Численное моделирование процесса взрыва расположенных.рядом скважинных зарядов ВВ с задержкой подрыва один относительно другого позволяют подбирать из расчета опти^-мальное время задержки в инициировании зарядов и расстояние между ними. Полученные результаты дают возможность расширить представления о процессах, протекающих в массиве ГП при ее взрывном разрушении.

— Произведен расчет разрушений в породном массиве, которые
вызываются воздействием взрыва СЗ, причем, разрушение рассмат
ривается как процесс, состоящий из зарождения, роста и слия
ния несплошностей. Предложенная методика учитывает релакса
цию напряжений во времени в процессе растяжения-сжатия, что
представляется на сегодняшний день более приближенным к реаль
ности, чем расчеты с использованием традиционных статических

критериев разрушения.

Проанализирован процесс перераспределения начальной энергии вэрнва скважинного заряда ВВ в сплошном и пористом массивах горной породы во времени, что позволяет количественно оценить воздействие выбранной конструкции заррда и самого вещества ВВ на формирование напряженно-деформированного состояния массива. Учет эволюции во времени энергетических составляющих позволяет, в определенном смисле, решить задачу оптимизации процесса разрушения горной породи.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

  1. В рамках механики сплошной средч применительно к горным породам реализован численный алгоритм расчета динамического ЦЦС упругопластической среди на основе модифицированного метода конечних элементов.

  2. Разработана методика и проведены расчеты НДС (плоская и осевая симметрия} массива горной породи при подриве как одиночного, так и системы скважининх зарядов. Качественно и количественно исследована эволюция НДС во времени для различных случаев детонации ВВ в породном массиве.

  3. Проанализирована эволюция зон разрушения материала горной породы с учетом пористости среды, что позволяет реально оценить масштабы воздействия скважинного заряда ВВ на породный массив.

  4. Произведена оценка распределения во времени начальной энергии взрыва скважинного заряда, что позволяет подобрать заряд оптимальной конструкции с точки зрения его воздействия на образование зон разрушения породного массива. Полученные результаты свидетельствуют о большой важности учета некоторых физико-механических характеристик горной породы, например, пористости, для анализа ее разрушения.

Таким образом, разработанная и реализованная в работе методика расчета динамического НДС в породных массивах может быть использована в проектно-конструкторских работах по созданию новых эффективных методов разрушения горной породы при добыче полезных ископаемых и созданию эффективно действующих конструкций зарядов ВВ.

Диссертационная работа выполнена на кафедре "Вычислительная математика" Тверского госуниверсгтета в соответствии с про-

граммой "Механика деформируемого твердого тела" Гособразования СССР на 1989 - 1993 г.г. и по плану АН СССР по математическим наукам'З.22.016.05 и 3.22.017.02 "Численные методы" РК 018.3068.34 по разделам 27.03/02 и 27.03/15.

Результаты работы использованы на практике в проектно-конструкторских работах, что засвидетельствовано актом о внедрении.

Достоверность полученных результатов подтверждается тестовыми расчетами, сравнением этих результатов с численными расчетами других авторов и с известными экспериментальными данными.

Апробация работы,.

Основные результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры ФГПиП Московского горного института под руководством проф. Дербенева Л.О. (Москва, 1987, 1988, 1989 гг) , кафедры СМТУиП Тверского политехнического института ( Тверь, 1989 г.) .под руководством проф. Зубчанинова В.Г., кафедры "Вычислительная математика" Тверского госуниверситета под руководством проф. Корнеева А.И. (Тверь, 199о) .

Публикации.

Всего по теме диссертации опубликовано 3 работы. Основные результаты и защищаемые положения проведенных исследований изложены в работах /1-3/.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из 5 глав, включая введение и заключение, списка литературы, изложенных на 133 страницах машинописного текста. Список литературы (109 наго-'енований) занимает 10 страниц, иллюстрации к работе представлены на 40 страницах (42 рисунка).