基于Hopkinson压杆试验的小钎杆动态应力特性研究

发布时间：2022-01-14 06:39

　　在对锥体连接钎杆和整体钎杆2种典型小钎杆的应力传播模型进行理论分析的基础上,通过Hopkinson压杆试验系统对这2种钎杆杆体中部和钎头端部进行了动态应力测试。测试结果表明:2种钎杆杆体中部应力幅值基本没有差异,但锥体连接钎杆接头处具有30%的应力波反射,而整体钎杆没有;整体钎杆钎头端部最大入射应力波幅值的平均值比锥体连接钎杆的相应均值高出23%,使得整体钎杆的凿速比锥体连接钎杆的要高,但其损坏更快,预期寿命只有锥体连接钎杆寿命的18%,故整体钎杆更适用于软岩钻孔作业,而锥体连接钎杆更适用于硬岩钻孔作业,该试验研究为技术人员如何选用钎杆提供了理论指导。 

【文章来源】：现代制造工程. 2020,(05)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

2种钎杆杆体中部动态应力波形

由图3中可以看出,在冲击载荷作用下,锥体连接钎杆和整体钎杆杆体中部的最大应力幅值基本没有差异,但前者杆体中部的入射应力波头部出现了反射波,加之锥体连接处端面为自由状态,导致反射波的幅值较高(见图3a),而整体钎杆无此现象(见图3b)。图4中:σzdmax、σtdmax分别为锥体连接钎杆和整体钎杆钎头端部最大入射应力波应力幅值(电压幅值);Δσz、Δσt分别为锥体连接钎杆和整体钎杆钎头端部入射波最大应力变程;σz1、σz2、σz3、σz4为锥体连接钎杆后续应力波应力幅值;σt1、σt2为整体钎杆后续应力波应力幅值。

对锥体连接钎杆和整体钎杆而言,前者通过锥体接头连接钻头,在能量传递过程中,通过锥体接头将能量传递给钻头;而后者本身就是一体结构,直接进行能量传递。锥体连接钎杆和整体钎杆的应力波传播模型如图1所示。从图1中可以看出,锥体连接钎杆中的入射应力波σ由于受到锥体接头的影响,会产生反射波σJr,使得实际进入钎头的入射应力波能量降低,而整体钎杆却没有这种情况;因此锥体连接钎杆钎头端部的透射波σz及其随后在钎头端部(岩石破碎面)产生的反射波σr均低于整体钎杆钎头端部的透射波σt和反射波σr,造成锥体连接钎杆钎头端部透射波和反射波的合成应力(σz+σr)与整体钎杆相应的透射波和反射波的合成应力(σt+σr)具有明显差异,整体钎杆钎头端部的应力比锥体连接钎杆钎头端部的应力要大,这是整体钎杆钎头端部在使用过程中早期损坏较快的主要原因。

【参考文献】：
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本文编号：3588011