冲击器频率的声波测试法

介绍一种非接触式的冲击器频率测试方法 ,通过计算机声卡采集声音波形 ,对波形进行处理 ,计算出冲击器的冲击频率。     

冲击器无损测试的探讨

随着冲击回转钻进技术的迅速发展,许多大专院校、科研单位在研制冲击器的同时,对其性能参数的测试方法,进行了大量的研究。到目前为止,对压力、流量、冲击频率的测试已有一套比较有效的方法。而对冲击功的测试还存在一些问题。例如,无论是冲锤末速度计算法,还是示功图法,都要损坏冲击器,这就给测试工作带来极大的不便。我们在研究MT型冲击器的过程中,对无损测试冲击功方法进行了反复研究。在武汉地院北京研究生部1983年研究的冲击力传感器的基础上,研制成功了MZG型冲击功传感器。     

孔底电动冲击回转钻具的研制

为克服传统液动、气动冲击器的缺陷,依据直线电机原理,研制了孔底电动冲击回转钻具。该钻具包括孔底电动冲击器、电机驱动器、动力电池3部分。电机驱动器负责接受地表指令并控制孔底电动冲击器的冲击频率和冲击功,从而实现在不提钻的情况下适应不同地层对冲击功和冲击频率的要求。实验表明,该钻具效率高,性能可靠,调节方便。     

钻井提速用振动冲击工具研究进展

振动冲击工具作为降本增效的有效手段之一,正在得到行业内的广泛认同和重视。本文通过详细列举轴向冲击器、扭转冲击器和复合冲击器等工具的最新研究进展,可以看出振动冲击工具通过合理利用泥浆水力能量并将其转化为冲击破岩能量,有效提高了破岩效率,改善了钻头破岩环境,降低了破岩阻力。并根据现场应用情况来看,可以不同程度地提高钻井过程中的机械钻速,缩短钻井周期。     

多参数液动潜孔锤测试平台的研究

液动冲击回转钻进技术现已广泛应用于地质勘探领域,但在石油、地热、煤层气等其他钻井领域应用还较少。原因之一是现有的液动潜孔锤正常工作所需泵量和泵压与输出冲击功和冲击频率难以适应上述钻井领域的要求。针对这一问题,分析了冲击功与冲击力的关系,利用压电石英传感器测定液动潜孔锤的冲击功,并研制了多参数液动潜孔锤测试平台,探索液动潜孔锤结构参数对其输入、输出性能参数的影响,以适应不同领域钻井技术的要求。新研制的液动潜孔锤测试平台由数据采集和处理模块、循环动力模块和机械固定模块3个主要模块组成,实现了在尽可能不破坏液动锤结构的前提下对其输出冲击功、冲击频率及泵量、上下腔压力、背压等多个参数进行实时动态监测,进而开展液动潜孔锤理论研究,进一步提高其研究水平和适用领域。     

增大液动射流式冲击器单次冲击功的试验研究

:试验结果发现 ,当行程加大时 ,获得较高的冲锤末速度 (5 .43m/s) ,单次冲击功 34 6 .45J。当活塞运动所需瞬时流量已大大超过了水泵供水的供给量时 ,冲击器仍能稳定地工作 ,这体现了射流冲击器作为一开放的系统所特有的流量可自动补偿的优点。射流冲击器对负载的适应能力较高 ,且在大行程条件下 ,增加锤重可较大幅度地提高单次冲击功。     

球体冲击器及其在回转冲击钻进中的应用研究

提出了在大量遇到的中软-中硬岩层中采用硬质含金回转冲击钻进的问题,在论述球体冲击器结构及工作原理的基础上,介绍了室内外回转冲击钻进试验使机械钻速明显提高的效果,借助数理统计方法建立了球体冲击器冲击频率与风压、风量之间高度显著的相关关系式,可用于冲击频率及其它重要工艺参数的预测与控制.全文表明球体冲击器具有很好的推广前景.     

球体冲击器用于回转冲击钻进的工艺研究

在大量遇到的中硬岩层中采用硬质合金钻头 球体冲击器实现回转冲击钻进可明显提高机械钻速和取心效果,并防止孔斜,具有很好的推广前景.借助数理统计方法建立了球体冲击器冲击频率与风压、风量之间高度显著的相关关系式,可用于冲击频率及其它工艺参数的预测与控制.     

新型钢球冲击器及其试验效果

从固体力学理论着手,利用岩石变形时的应力计算公式,分析讨论了“冲击回转”钻进的破岩机理;介绍了中俄合作开发的“新型钢球冲击器”的结构及工作原理。通过对室内及野外实验数据的分析,获得了该冲击器的各种参数关系。实践表明,采用普通硬质合金(或金刚石)钻头加钢球冲击器进行冲击回转钻进,可明显提高机械钻速,降低成本。     

页岩气钻井用机械式螺杆冲击器结构设计与应用

为突破深层页岩气钻井过程中遇到的难钻地层提速提效瓶颈,本文引入旋冲破岩理念,将螺杆钻具和轴向冲击器的功能机构进行融合,研制了可实现旋转切削+轴向冲击双作用的机械式螺杆冲击器。通过对机械式螺杆冲击器进行结构设计和原理分析,明确了其工作特点;通过对凸轮机构和冲击执行机构进行强度校核,明晰了其结构强度可以满足使用要求。将机械式螺杆冲击器应用于西南页岩气工区现场2口井,结果表明,与常规螺杆钻具相比,机械式螺杆冲击器在2口井的机械钻速分别提高了20.4%和24.4%,说明其具有进一步推广应用的价值。     

落石冲击力计算方法的比较研究

落石冲击力计算依赖于一些半经验半理论的算法,但这些算法的适宜性、合理性一直未能得到充分讨论和厘清。本文选择国内外代表性的5种冲击力算法,在设定落石尺寸、自由落高和缓冲土层厚度下进行冲击力计算结果的系统对比分析,发现国内有关规范推荐的落石冲击力算法实际计算的是落石冲击过程平均冲击力,而并非最大冲击力,从而导致工程应用中冲击力计算结果严重偏小,应是落石冲击力作用下结构开裂和失效的原因。相应地,以日本道路公团算法为代表的基于落石现场冲击实测冲击力拟合得到的经验算法比较符合实际,建议引入使用,但其不足在于不能反映冲击角度、缓冲土层厚度等对冲击力的影响,要圆满解决落石冲击力计算问题需要在以上各方面进一步努力。     

落石冲击混凝土棚洞力学特性研究

落石冲击棚洞结构作用过程复杂,缺乏统一的落石冲击力表达式。首先,将落石简化为刚性球体,基于Hertz接触理论,推导得到落石冲击力半正弦算法的理论表达式,考虑落石冲击下棚洞的非弹性特征,根据落石与材料碰撞过程中落石加速度曲线特征,采用函数拟合法推导得到落石法向冲击下其冲击力的理论计算方法;然后,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立落石冲击棚洞数值计算模型,研究不同冲击速度下落石冲击棚洞动力特征;最后,与现存常见的多种方法进行对比,得出以下结论：Hertz半正弦法得到的落石冲击力远大于函数拟合法和数值法,而函数拟合法和数值法得到的落石冲击力时程曲线相接近,表明函数拟合法更能反映落石与棚洞接触碰撞动力关系;对比其他计算方法可以得到,Hertz算法适用于分析无能量损失下的弹性碰撞问题,而Logistic算法适用于材料大塑性变形的情况,弹塑性接触理论结果和动力有限元结果存在差异,而采用函数拟合推导的计算方法得到的落石最大冲击力和落石冲击作用时间与动力有限元法更接近,更能反映落石冲击棚洞动力响应特征,推导的落石冲击力计算方法可为工程实践中棚洞防护设计提供理论参考。     

坡面降雨溅蚀及其模拟

对雨滴的溅蚀过程及影响因素作了全面的分析。在揭示黄土地区梁峁上部雨蚀规律的基础上,运用牛顿第二运动定律,推导出雨滴对土粒撞击力的表达式。在假定雨滴溅蚀率与雨滴侵蚀力成线性关系情况下,推导出雨滴溅蚀量表达式,经桥沟流域径流场上应用,效果令人满意。     

滚石冲击力测试研究

以国内外代表性滚石冲击力计算方法为基础,针对冲击力的影响因素,设计了一套滚石冲击力测试装置。通过试验设计,选取不同的滚石质量、冲击速度、入射角度、缓冲材料性质及厚度等影响因素,获得冲击力变化规律。结果表明：最大冲击力随滚石重量的减小或冲击速度的降低而逐渐减小,2 cm厚度缓冲层比直接冲击时减小了90%左右,缓冲效果明显。同时最大冲击力随着入射角度的变小而降低,但入射角度越小,冲击力值降低的幅度越小。结合冲击试验结果,通过冲击力计算方法对比分析,建立了可用于各影响因素的最大冲击力计算方法,验算表明误差很小。研究结果可为滚石灾害的防治设计提供参考依据。     

基于线黏弹性接触的落石冲击地面参量理论研究

落石与坡面或者防护结构接触过程中冲击参量随时间变化特征是描述落石碰撞过程的重要指标,对于揭示落石与坡面相互作用机制以及采取合理的防护措施具有重要的意义。在现有的相关设计规范中,并没有给出关于落石冲击力时程关系的计算方法,仅参照有关规范或经验方法确定一个落石最大冲击力值。为此,首先基于线黏弹性接触理论,建立落石冲击地面力学模型,根据位移-速度组合初始条件以及速度-加速度组合初始条件分别推导得到两种落石冲击特征参量理论解析解;然后基于 ANSYS/LS-DYNA 非线性动力学软件,建立落石冲击地面三维数值模型,研究球体落石冲击地面力学特点;最后将理论结果对比室内试验和已有的研究成果,得出以下结论：（1）Hertz 弹性接触理论结果中各参量变化在加载阶段和恢复阶段均呈现对称的趋势,速度、加速度初始条件下的落石冲击特征参量和动力有限元法非常接近,而位移-速度初始条件组合并不适用于研究落石冲击下的动力特征;（2）不同速度和下落高度下,落石最大冲击力值随落石下落高度和冲击速度的增大而增加,而落石冲击作用时间随下落高度和冲击速度的增加而减小;（3）计算结果得到的落石最大冲击力以及落石冲击作用时间与室内试验结果和已有成果相接近,相比室内试验和有限元结果的震荡性,此结果更能体现落石冲击力变化规律; （4）多种冲击速度下,对比不同方法得到的落石最大冲击力,可知计算结果均在各种冲击力计算结果的范围内,具有很好的可靠性。考虑到现有研究理论的不足,难以求解落石冲击力时程关系,求解结果丰富了落石碰撞理论,可以指导工程有关落石灾害的防护设计。     

泥石流冲击弧形拦挡坝动力响应研究

泥石流冲击过程中,坝基位置处承受了较大冲击力,易引起该位置出现应力集中而导致局部冲击破坏。为此,将竖向拦挡坝结构优化为弧形拦挡坝,并基于动量及能量守恒开展泥石流冲击弧形拦挡坝理论计算研究,推导泥石流对弧形拦挡坝的冲击力及爬升高度计算公式。为验证理论公式的正确性,进一步开展泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验。研究结果表明:物理模型试验结果与所推导的理论公式计算结果具有较高的拟合度,该理论公式可适用于泥石流对弧形拦挡坝的冲击计算;泥石流流速、冲击力、爬升高度与泥石流沟道纵坡坡度呈正相关关系;冲击力及爬升高度主要受弗洛德数Fr、泥石流沟道纵坡坡度α、拦挡坝弧形半径R控制,并与Fr呈二次方正相关,与泥石流沟道纵坡坡度α的余弦值成反比;与竖向型拦挡坝结构相比,弧形拦挡坝结构在爬升高度上无显著影响,然而可较大程度降低泥石流对坝体的法向冲击力,局部结构增强也使得坝体结构强度得到提升。该研究可为泥石流拦挡坝工程的结构设计提供理论及技术支持。     

泥石流对桥墩冲击力的试验研究

泥石流冲毁桥墩是桥梁在遭受泥石流冲击时的常见破坏形式。为了研究泥石流对桥墩的冲击力大小,通过调整黏土、沙、石子、水的不同含量,配置不同流变特性、不同密度的泥石流,使用所配置的原料在泥石流槽内对两种形状（圆形、方形）的桥墩缩尺模型进行冲击,综合考察了流变特性、流速、桥墩形状以及冲击力的关系。试验表明：试验配置的泥石流原料流变特性差异明显,且可以用简单的选择流变仪测得,用牛顿流体或宾汉体描述。泥石流的流速可用曼宁公式求得,而公式中的糙率系数与泥石流黏度满足幂函数关系。相同工况下,不同形状桥墩所受的冲击力差异明显,方形桥墩阻力系数普遍大于圆形桥墩。使用非牛顿流体雷诺数（Re）可以综合反映流变特性和流速,因此,圆墩的阻力系数可表达为Re的函数,而方墩则没有明显关系。为方便工程应用,可根据黏性泥石流、稀性泥石流对圆墩的阻力系数分别为2.3、0.9,对方墩分别为2.6、1.9进行选用。     

空隙率对潜孔锤凿岩瞬态冲击过程的影响

潜孔锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破碎岩石的过程,利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DY-NA研究了在凿岩过程中,球齿凿入不同空隙率（塑性体积应变）岩石的冲击力特性。结果表明,岩石空隙率对钻头球齿与岩石之间的凿入冲击力幅值有很大影响,随着空隙率的增大,球齿凿入的冲击力显著减小,而对活塞与钻头间冲击力幅值影响甚微。通过ANSYS/LS-DYNA瞬态冲击数值模拟,形象地再现了潜孔锤钻凿系统冲击岩石发生侵入破坏的物理过程,为冲击碎岩瞬态研究提供了一个有效的分析方法。     

滑源区粒序分布及颗粒粒径对碎屑流冲击作用的影响研究

滑体的运动速度、堆积形态、冲击力等因素决定了碎屑流的致灾程度。滑源区不同岩性特征和结构分布的差异导致了滑体粒序分布和颗粒粒径的差异。在运动过程中产生的碰撞、摩擦、跳跃,影响着滑坡碎屑流的致灾程度。在物理模型试验的基础上,运用三维离散元软件PFC3D,探究滑源区粒序分布及颗粒粒径对滑体运动速度、堆积形态、冲击力的影响。研究结果表明:碎屑流中各粒径颗粒的平均速度受颗粒粒径及滑源区初始粒序的共同影响,且初始粒序对各颗粒平均速度影响更大;在堆积形态方面,粒径大小对厚度方向上的粒序排布影响较大,而滑源区粒序分布对单种颗粒的堆积形态影响较大;在颗粒分选作用下,颗粒粒径成为控制峰值冲击力的主要因素,而滑源区粒序分布则通过决定滑体堆积形态控制了准静态堆积阶段碎屑流的冲击力。     

TSYrockfall落石分析计算软件的开发与应用

边坡危岩落石作为在山区工程建设中经常遇到的一种地质灾害,严重威胁着铁路等交通工程的施工与运营安全。在多种因素的影响下,落石运动轨迹具有随机概率分布的特征,其能量状态和冲击大小和落石的运动状态密切相关。真实描述落石的运动轨迹,从而求解其能量状态及冲击力是后续针对性制定防护措施的前提和主要参考依据。本文在系统总结国内外既有落石分析软件的基础上,引入基于正态分布的概率计算方法,改进了落石运动轨迹计算的实用模型,并据此编制了一套落石分析计算软件,在概率计算的基础上,提出了落石运动的两条最不利轨迹,并采用多种方法对最不利轨迹的落石冲击力进行了计算。本软件已在贵广铁路何屋特大桥危岩落石工点进行了成功应用,取得了良好的效果,可在后续工点中推广应用。