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1 引言1

1.1 概述1

1.2 冲击凿入的基本概念3

1.3 波动理论的建立及对冲击钻进动力学发展的意义3

2 凿岩机动力计算6

2.1 概述6

2.2 凿岩机气体热力学基础6

2.3 无阀气动凿岩机的电算模拟10

2.4 有阀气动凿岩机的电算模拟17

2.5 液压凿岩机冲击机构的等加速模型计算21

2.6 液压凿岩机冲击机构的电算模拟24

2.7 电动凿岩机的电算模拟26

2.8 点变换方法30

2.9 凿岩机内回转机构的动力分析32

2.10 冲击和转钎机构的统一动力方程34

3 一维波动理论基础38

3.1 振动和波38

3.2 一维波动方程38

3.3 一维波动方程的解39

3.4 质点速度和应变关系44

3.5 波的叠加45

3.6 应力波在界面处的传播特性45

3.7 活塞以速度Vp向杆施加碰撞的应力波传播特性47

3.8 自由悬杆在冲击力作用下的运动49

3.9 一维纵波在杆中传播的能量50

3.10 波的衰减51

3.11 考虑到杆横向效应的波动方程52

3.12 波的弥散55

4 活塞冲击钎杆产生的入射应力波形——不同几何物理参数活塞产生的应力波形特性56

4.1 刚体活塞冲击钎杆的入射应力波形56

4.2 单圆柱活塞冲击钎杆的入射应力波形57

4.3 双圆柱活塞冲击钎杆的入射应力波形64

4.4 钎杆端变径部对入射应力波形的影响74

4.5 撞击面有局部变形的入射应力波形75

4.6 双圆柱活塞的DMS模型78

4.7 入射应力波形的品质因数80

4.8 采用特定的活塞形状以降低峰值应力81

5 岩石凿入特性84

5.1 岩石在静力加载下的力-凿深特性84

5.2 动力凿入试验87

5.3 力-凿深曲线的理想模式89

5.4 岩石的动态凿入系数92

5.5 力-凿深曲线的分析93

5.6 考虑凿速影响的凿入特性94

5.7 岩石的压痕试验96

6.1 凿入微分方程99

6.2 刚体活塞冲击凿入系统的波动理论分析99

6 冲击凿入过程的波动理论分析99

6.3 应用刚性模型计算凿碎比功103

6.4 和钎杆等直径活塞凿入系统的波动理论分析104

6.5 任意入射应力波函数的普遍解106

6.6 单圆柱活塞的凿入分析112

6.7 双圆柱活塞凿入效率的计算116

6.8 任意入射应力波形的凿入分析121

6.9 不同入射应力波形的影响122

6.10 最优入射应力波形和最优力-凿深特性125

6.11 岩石为弹粘性模型的凿入过程分析128

6.12 考虑钎头质量的凿入方程129

6.13 撞击面有局部变形的凿入分析135

6.14 凿入系统的数值计算方法137

7 钎杆中的弯曲波142

7.1 细钎杆弯曲波传播的初等方程142

7.2 活塞撞击钎杆引起弯曲波的试验研究145

7.3 钎杆中弯曲波能量的理论研究149

7.4 钎杆弯曲波对噪声产生的影响152

7.5 降低钎杆内弯曲波和噪声的方法154

8 钎杆接头对应力波传播特性的影响157

8.1 概述157

8.2 应力波通过接头传播特性的试验测定158

8.3 钎杆接头的弹性模型计算159

8.4 钎杆接头的刚性模型计算161

8.5 应力波通过多个接头的传播164

8.6 考虑阻尼的接头模型168

8.7 接头处有局部变形的模型172

8.8 具有局部变形和阻尼综合影响的接头模型175

8.9 接头系统的辨识研究177

8.10 具有接头系统的冲击凿入效率研究180

9 冲击凿入过程的随机分析186

9.1 凿岩机入射应力波形及其能量的随机分布特性186

9.2 钎杆的受力分析187

9.3 钎杆工作载荷谱189

9.4 钎杆疲劳寿命估测192

9.5 岩石凿入过程的随机分布193

9.6 力-凿深特性的回归分析195

9.7 室内等效模拟试验原理197

9.8 室内快速等效模拟试验199

10 应力波法测试凿岩机冲击能的研究203

10.1 凿岩机冲击能量及其测试方法203

10.2 测试系统的基本原理及测试方法205

10.3 吸能装置207

10.4 应力波通过单摩擦点的能量传播207

10.5 应力波通过多摩擦点的能量传播208

10.6 吸能装置摩擦系数分布的优化设计分析209

10.7 入射波采样时间和应变片粘贴位置的确定211

10.8 系统的动态标定212

参考文献214