Menu

Основні принципи і схеми вивчення динамічного деформування і руйнування гірських порід

ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ І СХЕМИ ВИВЧЕННЯ ДИНАМІЧНОГО ДЕФОРМУВАННЯ І РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД

При бурінні свердловин мають місце виключно динамічні процеси. Якщо для опису статичних процесів достатня система рівнянь рівноваги сил і моментів, то для динамічних процесів додатково потрібно мати рівняння балансу енергії. Динамічні процеси є складнішими і не можуть бути вивченими в статичних умовах.

З точки зору буріння слід вивчати динамічне прикладення навантаження з боку елементів озброєння долота до гірської породи. При цьому слід мати на увазі, що ці процеси призводять до пластичного деформування і крихкого руйнування породи. Вони не піддаються єдиному математичному описові, і при їх вивченні основну роль відіграють експериментальні дослідження.

При експериментальному вивченні динамічного деформування і руйнування порід застосовуються принципи наближеного моделювання, котрі реалізуються на спеціальних установках. Найширше використовуються установки двох типів: копрові і кулачкові. На копрових установках використовується удар вільно падаючого ударника, або ударника, який розганяється прикладеною силою, наприклад тиском повітря. На кулачкових установках задається закон руху породруйнуючого елемента відносно породи, що дає змогу повніше моделювати процес його взаємодії з породою.

Строгий математичний опис процесу взаємодії породоруйнуючих елементів з гірською породою можна дати лише для найпростіших випадків.

Перший випадок . По поверхні породи, яка є пружним півпростором, здійснюється удар жорстким ударником масою m, який вільно падає. На момент контакту швидкість руху ударника v=v0 , а прикладена до нього сила Р дорівнює нулю в процесі усього деформування (рис 27). Кінетична енергія вантажу, що падає, на початок контактування з пружним тілом

 

 

Рисунок 27 – Розрахункова схема для вивчення взаємодії ударника з породою

[image]. (101)

 

Опір поверхні породи спричинює гальмування тіла, котре падає. Сила взаємодії при пружному деформуванні прямо пропорційна зміщенню поверхні d

 

[image], (102)

 

де К – коефіцієнт пропоргладжу, який залежить від пружних властивостей гірської породи і форми робочої поверхні ударника.

Максимальною сила взаємодії буде при максимальному зміщенні поверхні (d0), тобто в момент, коли швидкість руху ударника зменшиться до нуля.

При цьому потенціальна енергія деформування складе

 

[image] (103)

 

або з урахуванням виразу (102)

 

[image]. (104)

 

З умови U=Uк можна визначити максимальне зміщення поверхні

 

[image] (105)

 

і далі найбільшу силу взаємодії

 

[image] . (106)

 

Другий випадок. Розглянемо ту ж задачу при P=const деформування. Тоді баланс енергії при d=d0 запишеться в вигляді

 

[image] (107)

 

Розв’язок рівняння (107) має вигляд

 

[image] (108)

 

Враховуючи фізичний смисл процесу, приймаємо знак плюс. Підставивши значення d0 у вираз (102), визначимо максимальну силу взаємодії

 

[image] (109)

 

Якщо v0=0 , то Fmax=2P, тобто має місце так звана несподівана взаємодія (миттєве прикладення навантаження).

 

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:5251 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8408 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:5194 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Методика описания кристаллов.

Первый шаг при описании кристалла состоит в выяснении его симметрии и определении на основании этого, к какой кристаллографической системе (сингоний) он принадлежит. В начале данной главы говорилось о кристалле, свободно...

13-08-2010 Просмотров:9755 Генетическая минералогия

Спектроскопия индуктивно возбужденной пл…

Атомы испускают кванты рентгеновских лучей с характеристической энергией, когда происходит перераспределение их электронов с достижением ими более низкого энергетического уровня. Однако для того, чтобы атом находился в возбужденном состоянии или...

13-08-2010 Просмотров:4613 Генетическая минералогия

Расчет на прочность коленчатого вала

В процессе работы коленчатый зал нагружается переменными по величине силами от давления газов и инерционными силами от вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс. Переменные силы от действия газов и инерционные вызывают...

25-08-2013 Просмотров:10876 Основы конструирования автотракторных двигателей