IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ВВедение

Проектирование и конструирование горных машин позволяет изучить возможности взаимодействия механизированной крепи (арочной) с кровлей выработок. При этом применяются пакеты автопроектирования AutoCad, Kompas 3d, SolidWorks, и пакеты позволяющие моделировать Adams, Ansys. Первый из них в основном применяется для моделирования динамических поцессов. В данной работе будет рассмотрено поддержание арочной выработки металлической крепью такого же сечения и будет использован метод конечно-элементного моделирования на основе пакета Ansys.

Отметим, что геометризацию задачи можно было бы произвести в среде КОМПАС 3Dv. Затем, после импорта проекта в Ansys можно произвести исследование напряженно-деформированного состояния в породе и металлоконструкции.

Для выполнения данного действия существуют 2 различных способа:

- импортировать данную деталь в SolidWorks и произвести конвертацию объекта с склеиванием объемов в формат «Parasolid»

- установить специальную вспомогательную программу для «Компас», которая называется «ParasolidConvector». В Компас 3Dv.14 этот конвектор встроен в пакет «Машиностроение»[1].

Если производить импорт детали другими способами, возможны потери информации по конструкции детали, дефекты в объемах и др. Экспорт в Parasolid позволяет более точную передачу информацию по объекту. Ведь Parasolid при экспорте разбивает деталь на точки и сохраняет их координаты. При импорте в Ansys 13.0 строятся точки по сохранённым координатам и точки соединяются линиями, образуя фантом детали. Для того чтобы преобразовать данный фантом в объемную фигуру необходимо выполнить операцию преобразования смарт объекта в объемный объект.

Однако, в рассматриваемом случае выполнено неполное моделирование конструкции крепи, а её контура, что достаточно для рассмотрения взаимодействия крепи с кровлей в случае если соблюдено подобие её упругих характеристик. Поэтому все операции проектирования и моделирования можно произвести в пакете Ansys не используя импорт.

Арочные крепи предназначены для крепления горизонтальных и наклонных горных выработок при незначительном пучении пород почвы. На шахтах применяют следующие виды арочных крепей: податливую – в выработках со значительным смещением горных пород, жесткую – в выработках с установившимся горным давлением. Металлическая арка податливой арочной крепи изготавливается из проката специального желобчатого профиля, состоит из верхнего сегмента и двух боковых криволинейных стоек. Стойки с верхняком соединяются внахлестку при помощи двух скоб с планками, каждая арка соединяется с соседней тремя стяжками из угловой стали.

Возведение арочной крепи тяжелый труд в котором значительная его доля выполняется в ручную. Но на наш взгляд, разработка горного робота для выполнения таких операций не за горами и чем больше модельных представлений об этом труде в программах тем ближе это время. Понять как это будет осуществлено затруднительно без представления о базах данных, которые сегодня не просто хранилище информации о конструкции, материале и технических условий применения машины, но и комплекс моделирующих, прогнозирующих её работу программ, которые также описывают взаимодействие сопрягаемых узлов и деталей, обуславливают их траекторию движения и исполняемые силовые параметры. При этом они хранят, обрабатывают, моделируют и прогнозируют сотни параметров машины в каждом рабочем цикле и посылают управленческие сигналы для их исполнения или корректировки.

1 Теоретические задания

1.1Разработка базы данных для автоматизации проектирования технологических машин

Работая в AnSYS, мы убедимся в возможности «вертеть» деталь под различными углами относительно трёхмерных осей определяя нужный ракурс для представления её эффективного вида, выбора требуемой линии или объёма для последующей работы с ними. Многомерность баз необходимый атрибут современного анализа, без которого его оперативность снизилась бы существенно. Но многомерность баз следует рассматривать не только для детали, но в целом для совокупности узлов машины или в целом для технологии ей эксплуатации в рабочей среде. Автоматизация построения баз – важная задача создания автоматизированных, а затем и робототизированных систем. И прежде всего для этого нужны простые алгоритмы их создания для:

- создания инфологической модели базы (логически и рационально связанной - информационной модели рассматриваемого процесса);

- создания таблиц;

- соединениия таблиц [1]

Первое мы получаем, применяя метод многомерных классификаций, строя классификацию объекта по правилам иерархического подчинения независимых элементов объекта по горизонали (измерения) и по уровням. Второе мы привели выше, поясняя алгоритм построения таблиц, а третье, - их связи на рисунке 6. В [1, 10] приведены особенности построения баз для автоматизированных систем, ниже мы рассмотрим простой пример контроля параметров редуктора машины, в котором логика связей узлов и деталей машин более ясна, рисунок 7. В данном случае таблицы базы уже расширенны после создания скелетной части от 5 столбцов до 8 и, введены поля надёжность, расчёт на прочность и чертёж. Стуктура таблиц уточнена, так, что в базе нет таблиц вне логики инфологической модели, все процессы отраженны и нет лишних операций. Например, при расчёте надёжности в таблице ТРедуктор будет уточнена и надёжность корпуса редуктора, а в таблицах 1 вал, учтена надёжность вала и установленных на нём левого и правого подшипника и шестерни. Здесь чётко установлена иерархия деталей их взаимосвязанность и подчиненность. Так структура базы учитывает, что эти детали установлены на валу 1. Правильно отраженная функциональность узлов и деталей позволяет соответственно и организовать расчётные части машины. Справа представлена заготовка таблицы «1 вал» для автоматизированной системы. Т.е. обновлённая таблица, где теперь легко и логично ввести поля датчик левой опоры и датчик правой опоры, которые фиксируют амплитуду и частоту давления при вращении вала. Легко понять, что эти параметры во многом способны идентифицировать возникший вибро процесс от неточностей изготовления зубчатого зацепления, выкрашивания зубьев, разбалансировки одного из подшипников и т.п., если перед эксплуатацией редуктора были осуществленны тестовые записи его амплитудно частотных характеристик под опорами подшипников. Точно также правильная структуризация многомерной базы позволяет осуществить эффективную организацию записей давлений и смещений в гидростойках механизированной крепи для идентификации геомеханических процессов взаимодействия с боковыми породами. Причём наличие программного комплекса учёта смещений лемнискатного механизма (см. вышеприведенную модель) позволит уточнить эти процессы. Организация записей датчиков в БД хорошо известная процедура, но затруднения имеются в их идентификации и алгоритмах хранения (какие данные следует сохранить или стереть). Поле «Идентификация вибраций» содержит результаты анализа полученных данных, который, в частности, может содержать следующие данные идентификация которых относительно не сложна:

- Нормальный режим;

- Износ на левом подшипнике;

Отказ на левом подшипнике;

Выкрашивание зубьев;

Поломка зубьев.

Идентификация осуществляется в специальной программе обычно встаиваемая в базах в систему запросов, а лучше в блок «модули» (для базы Access). Для этого полученные амплитудно-частотные характеристики с учетом скорости вращения вала сравниваются с табличными. А в случае, если данных для анализа не хватает процессор базы рассылает срочные сообщения экспертам, используя каналы Интернет. Заметим, что в лучшем случае данные датчиков должны накапливаться в специальном хранилище которое периодически просматривают эксперты оборудования и которым они имеют ограниченный доступ [3].

Рисунок 1. Элементы базы для характеристики записи идентификационных свойств фиксируемых давлений по аплитуде и частоте

1.2 Методика расчёта НДС с применением МКЭ

Методика расчета напряжено-деформированного состояния массива и крепи будет изложена в специальном разделе, где будет построена модель взаимодействия. Можно сказать что машина заменяется совокупностью сеток узлы которых взаимосвязаны между собой в основе которых конечный элемент, в данном случае с именем Solid 92. Программы этих ячеек сетки универсальны и решают задачи составления, хранения и решения систем уравнений равновесия по алгоритмизированным приемам, которых в общем то целый набор. Это позволяет создать унифицированный метод расчета узловых параметров сетки, а затем и иных требуемых в задаче. Поэтому обеспечение равновесия конструкции существенно упрощается за счет возможности ПК с огромными скоростями решать похожие друг на друга процессы хотя и очень много раз. При этом пользователь должен хорошо представлять трудности которые имеет процессор для сведения в одну систему сотен и тысяч ячеек сетки. Представлять где и какую "свободу" следует представлять решателям пакета, так что бы они могли сводить концы с концами при измельчении размеров деталей при стремлении построить очень мелкую сетку.

Этот метод возник из строительной механики и теории упругости, а уже потом был осмыслен математиками, которые часто называли данный метод вариационно-разностным, подчеркивая тем самым его математическую природу. Они занимаются математическим обоснованием МКЭ, т.е. проводят теоретический анализ его сходимости и точности результатов. Представители же инженерного направления решают довольно сложные технические задачи, часто не задумываясь над строгим обоснованием применяемых ими приемов, а построенные алгоритмы и программы проверяют на известных точных решениях.

Существенный толчок в своем развитии МКЭ получил после того, как было доказано (1963 г.), что этот метод можно рассматривать как один из вариантов известного в строительной механике метода Рэлея – Ритца, который путем минимизации потенциальной энергии позволяет свести задачу к системе линейных уравнений равновесия.

Связь МКЭ с процедурой минимизации позволила широко использовать его при решении задач в других областях техники. Метод применялся к задачам, описываемым уравнениями Лапласа или Пуассона (например, электромагнитные поля). Решение этих уравнений также связано с минимизацией некоторого функционала. Известны решения с помощью этого метода задач распространения тепла, задач гидромеханики и, в частности задач о течении жидкости в пористой среде.

Область применения МКЭ существенно расширилась, когда было показано (1968 г.) что уравнения, определяющие элементы в задачах строительной механики, распространения тепла, гидромеханики, могут быть легко получены с помощью таких вариантов метода взвешенных невязок, как метод Галеркина или способ наименьших квадратов. Установление этого факта в теоретическом обосновании МКЭ, т.к. позволяло применять его при решении многих типов дифференциальных уравнений. Таким образом, МКЭ из численной процедуры решения задач строительной механики превратился в общий метод численного решения дифференциальных уравнений или систем дифференциальных уравнений [14].

Краткая сущность МКЭ. Основная идея метода конечных элементов состоит в том, что любую непрерывную величину (перемещение, температура, давление и т.п.) можно аппроксимировать моделью, состоящей из отдельных элементов (участков). На каждом из этих элементов исследуемая непрерывная величина аппроксимируется кусочно-непрерывной функцией, которая строится на значениях исследуемой непрерывной величины в конечном числе точек рассматриваемого элемента [4].

В общем случае непрерывная величина заранее неизвестна, и нежно определить значения этой величины в некоторых внутренних точках области. Дискретную модель, однако, очень легко построить, если сначала предположить, что известны значения этой величины в некоторых внутренних точках области (в дальнейшем эти точки мы назовем «узлами»). После этого можно перейти к общему случаю.

Чаще всего при построении дискретной модели непрерывной величины поступают следующим образом:

1. Область определения непрерывной величины разбивается на конечное подобластей, называемых элементами. Эти элементы имеют общие узловые точки и в совокупности аппроксимируют форму области.

2. В рассматриваемой области фиксируется конечное число точек. Эти точки называются узловыми точками или просто узлами.

3. Значение непрерывной величины в каждой узловой точке первоначально считается известным, однако необходимо помнить, что эти значения в действительности еще предстоит определить путем наложения на них дополнительных ограничений в зависимости от физической сущности задачи.

4. Используя значения исследуемой непрерывной величины в узловых точках и ту или иную аппроксимирующую функцию, определяют значения исследуемой величины внутри области.

В сплошной среде число связи точки бесконечно, и именно это составляет основную трудность получения численных решений в теории упругости. Понятие «конечных элементов» представляет собой попытку преодолеть эту трудность путем разбиения сплошного тела на отдельные элементы, взаимодействующие между собой только в узловых точках, в которых вводится фиктивные силы, эквивалентным поверхностным напряжениям, распределенным по границам элементов. Если такая идеализация допустима, то задача сводится к обычной задаче строительной механики, которая может быть решена численно [5].

1.3 Дифференциальные уравнения в параметрическом синтезе

В рассматриваемой курсовой работе не будут решаться динамические задачи, так как меню пакета "Инерция" будет использовано для моделирования гравитации, имеющей в задаче огромное значение. Поэтому представим простые условия которые возникают при учете движения

- движение поршня гидроцилиндра

- дифференциальные уравнения и НДС объектов

Гидроцилиндры широко применяются в работе горных машин. При этом осуществляют работу при движении штока гидроцилиндра или сдерживают давление других узлов (стойки механизированных крепей). Выдвижение штоков осуществляется давлением насосой станции, а сдерживание других узлов машины за счёт гидравлического замка, закрывающего рабочую полость гидроцилиндра и открывающегося при достижении предельного давления.

Силовые гидроцилиндры обычно состоят из цилиндра 1 штока с поршнем 2,3 грундбуксы 3, (рисунок 8). Цилиндр имеет отверстия для нагнетания и слива рабочей жидкости. В зависимости от условий работы могут устанавливаться дополнительные устройства, например, на стойках, удерживаюших давление горных пород кровли, - гидрозамки. При подаче давления в поршневую полость шток выдвигается и рабочая жидкость из штоковой полости вытесняется на слив.

На шток действуют следующие нагрузки: Сила F, направленная по оси штока, в худшем случае она действует с некоторым смещением от оси (вследствие износа проушин или других причин). По поверхности поршня действует давление Р равное рабочему, или давлению срабатывания клапана гидрозамка. По поверхностям скольжения поршня и грундбуксы действуют опорные реакции, направленные нормально к их поверхностям.

Наиболее опасный режим нагружения при частично выдвинутом штоке и отклонении нагрузки F от оси.

Задача о расчёте напряженно-деформированного состояния гидроцилиндра таким образом распадается на две: для штока и цилиндра.

На рисунке показана схема для расчёта штока в объёмной постановке. Сила F приложена со смещением от оси Е и расчитана исходя из площади дна поршня и давления Р

F = (πD²/4)P

По периметру грундбуксы и поршня который скользит по поверхности цилиндра, запрещены перемещения по осям Х и У, а по площади дна поршня -перемещения по оси Z. Для моделирования действия грундбуксы участок, на котором она действует, построен как часть штока отдельно. Это позволяет выделять его отдельно от штока для ограничения перемешений.

Для цилиндра расчёт производиться при действии гидростатического давления Р, действующего по всей внутренней поверхности.

При учете скорости движения штока поршня и рабочей жидкости следует учитывать параметры трения штока и поршня, площади на которые действует давление в поршневой и штоковой полости, ускорение движущихся частей

Дифференциальное уравнение движения поршня

F – F_тргб – F_{тр. порш.} - πD²/4·P_порш+ πD²_шт/4·P_шт+(m_п + m_шт+m_ж)·d²x/dt²

F–сила сопротивления

F_тргб– сила трения грундбокса

F_{тр. порш} – сила трения поршня

πD²_порш – площадь поршня

P_порш– давление на поршне

πD²_шт – площадь штока

P_шт – давление на штоке

m_п– масса поршня

m_шт – масса штока

m_ж– масса жидкости

В общем, при движении гидроцилиндров горных машин инерция не большая и часто не учитывается в расчетах. Однако существуют условия, когда пренебрежение ими может привести к существенным ошибкам. Так движение секции крепи может сопровождаться резкими ускорениям, когда она встретив препятсвие "срывает" его и реализуется энергия накопленной деформации системы.

2 Введение в ANSYS

2.1 Основное назначение ANSYS

Выбор пакета для моделирования определяется поставленной задачей, когда на заданной глубине рассматривается выработка поддерживаемая арочной крепью.

Необходимо смоделировать комплекс пород с различными физикомеханическими свойствами таким образом, что бы они отражали реальность.

Кроме того НДС (напряженно-деформированное состояние ) вокруг выработки возможно будет зависеть от окружающего выработку пространства её структуры, наличия искусственных и естественных полостей от выработок , целиков близости фронта выемочных работ. Мы останавливаемся на принципиальной возможности провести моделирование и создании приемлемой модели и выявить влияние крепи и ответить на вопрос возможен ли учет остальных факторов. Очевидно, что такие исследования проводились, но в рамках курсового проекта нам представляется возможность создать инструментарий самостоятельно и определиться с тем какой вклад мы могли бы здесь вложить. На первом этапе нет необходимости детально проектировать арочную крепь - слишком много и других принципиальных вопросов требующих своего подтверждения. Однако основные характеристики влияющие на способность крепи к деформациям должны быть учтены.

ANSYS – программное обеспечение, позволяющее решать следующие задачи:

1. Построение модели конструкции (геометрия, реологические свойства, краевые условия) или импорт их из CAD¹ систем.

2. Изучение реакции конструкции на различные физические воздействия, такие, как воздействие различных нагрузок, температурных и электромагнитных полей, решение задач механики жидкости и газа.

3. Оптимизация геометрии конструкции [8].

2.2 Как организована программа ANSYS

Для удобства пользования ANSYS имеет графический интерфейс пользователя (ГИП), предоставляющий быстрый доступ к различным функциям, командам, а также к обширной HELP – системе [9].

Работа программы ANSYS организована в два уровня:

- начальный уровень (Beginlevel);

- процессорный уровень.

Работа программы ANSYS начинается с начального уровня (Beginlevel). На этом уровне доступны команды работы с файлами (сохранение, удаление, переименование и т.д.).

На процессорном уровне доступны несколько процессоров. Каждый процессор предоставляет доступ к различным функциям и командам. Список наиболее часто используемых процессоров и задач, с помощью них решаемых, приведен в таблице1.

Таблица 1

Описание основных команд Ansys

Процессор		Функция		Путь в ГИП		Команда
PREP7		Построение геометрической модели объекта, задание реологических свойств и краевых условий.		MainMenu> Preprocessor		/PREP7
SOLUTION		Задание краевых условий, выбор решателя, спецификация решателя, решение.		MainMenu> Solution		/SOLUTION
POST1		Обзор результатов решения для стационарного случая или по шагам нагрузки или времени. Средства вывода в файл. Графическая визуализация. Анимация.		MainMenu> GeneralPostproc		/POST1
POST26	Обзор результатов решения в виде графиков результат – шаг нагрузки или результат – время.		MainMenu> TimeHistPostpro		/POST26

Работать с программой ANSYS можно с помощью как графического интерфейса пользователя (ГИП) – интерактивный режим, так и с помощью команд – командный режим [10].

2.3. Командный режим в ANSYS

Каждое действие, производимое с помощью ГИП, можно выполнить с помощью команды, вводя ее в окно меню ANSYS Input. Все эти команды отражаются в LOG-файле. ANSYS содержит около 1000 команд, используемых для различных целей. С помощью этих команд можно запрограммировать необходимые для анализа действия. Исполнить программу можно по пути в меню UtilityMenu>File>ReadInputfrom.

Для написания программы в ANSYS используются следующие правила:

1. В каждой строке должен быть один оператор.

2. Допускается применение в одной строке нескольких операторов, при этом их необходимо разделять знаком $. (Хотя это делать не рекомендуется из-за плохой читаемости программы.)

3. Максимальное число знаков в строке, включая пробелы и разделители $, не должно превышать 130.

4. В ANSYS отсутствует типизация переменных, в связи с этим не требуется описание типов переменных. Все переменные, организуемые пользователем, воспринимаются как действительные.

5. Специфицированные в ANSYS переменные распознаются автоматически. Так, например, если при задании целой переменной (например, число слоев в пакете пластин и др.) задать действительное число, то программа округлит это число до ближайшего целого. Для таких переменных пределы используемых чисел: 0-9999999. Если будет задано не числовое значение, то возникнет ошибка. Если не будет задано ничего, то ANSYS присвоит значение 0.

6. Для задания действительных чисел используется десятичная точка. Для чисел в экспоненциальной форме можно применять формы записи с E и D. Например, число 25000 может быть записано в форме 25E3 или 25D3.

7. Допустимые пределы изменения переменной: от ±10^-60 до ±10⁶⁰.

8. Для имен переменных используются латинские буквы, при этом в именах не допускаются символы: ! @ # $ % & ^ * ( ) _ - + = | { } [ ] “ ‘ / ~

9. Комментарии в командной строке записываются, используя ![11].

2.4 Определение единиц измерения

Поскольку в расчетах по умолчанию используется британская система мер, то для перехода к системе единиц СИ необходимо задать команду /UNITS. Данная команда недоступна из ГИП и должна непосредственно вводиться в командное окно: /UNITS, SI. Стоит отметить, что во многих задачах это делать не обязательно [12].

3Взаимодействие крепи с кровлей

3.1 Общие сведения

Кровля выработки – поверхность горных пород, ограничивающая подземную горную выработку сверху.

Арочная крепь — рамная крепь, состоящая из отдельных креплёных арок (металлических, железобетонных, смешанных), устанавливаемых перпендикулярно продольной оси горной выработки на некотором расстоянии одна от другой. Промежутки между арками, кровлей и боками выработки перекрываются затяжками. Расстояние между арками обычно 0,5-1,25 м.

Арочные крепи предназначены для крепления горизонтальных и наклонных горных выработок при незначительном пучении пород почвы. На шахтах применяют следующие виды арочных крепей: податливую — в выработках со значительным смещением горных пород; жёсткую — в выработках с установившимся горным давлением. Металлическая арка податливой арочной крепи изготавливается из проката специального желобчатого профиля; состоит из верхнего сегмента (верхняка) и двух боковых криволинейных стоек. Стойки с верхняком соединяются внахлёстку при помощи двух скоб с планками; каждая арка соединяется с соседней тремя стяжками (распорками) из угловой стали. Податливость крепи при нагружении осуществляется за счёт вдвигания концов верхняка в боковые стойки арочной крепи.

Несущая способность крепёжной арки (в зависимости от типоразмера спецпрофиля и размеров выработки) в период податливости — 137-216 кН, после исчерпания податливости (в жёстком режиме) — 245-343 кН. Величина податливости трёхзвеиной арки с болтовыми податливыми узлами до 0,3 м. Осваиваются конструкции арочной крепи с безболтовыми (кулачковыми и клиновыми) податливыми узлами и четырёхзвенной крепёжной аркой (верхняк из двух частей, дополнительный податливый узел в своде арки). Арочные крепи этой конструкции имеют большую несущую способность (в податливом режиме) и податливость (до 0,6 м), а четырёхзвенная арка, кроме того, — боковую податливость (до 0,4 м).

Арка жёсткой арочной крепи изготавливается из двутавровых балок или рельсов; состоит из двух криволинейных элементов, жёстко соединяемых в вершине свода при помощи планок и болтов. Планки, плоские (из полосового железа) или фигурные (литые или штампованные), передают нагрузку непосредственно на полки двутавровых балок и предохраняют тем самым болты от среза [13].

За рубежом применяются арочные крепи податливые, шарнирноподатливые и жёсткие. В крепёжных арках преобладают податливые узлы и соединения с применением хомутов, полускоб с резьбой и планок; выпускаются арочные крепи с клиновыми податливыми узлами.

Крепь податливая металлическая арочная применяется для крепления подготовительных и капитальных горных выработок на шахтах Кузбасса. Крепь податливая металлическая арочная и крепь с обратным сводом подводится в выработках для предотвращения обрушения и вспучивания в слабых неустойчивых породах и окружающего массива угля, и сохранения необходимых размеров выработки. Выработки, закрепленные данной крепью, служат для: транспортировки угля с применением ленточных и скребковых конвейеров, подвижного состава, проветривания, передвижения людей, доставки оборудования и материалов. Крепь изготавливается в климатических условиях У категории размещения 5 ГОСТ 15150.

Рисунок 3

Расшифровка условного обозначения крепи:

КМП-А3 - крепь металлическая податливая арочная трехзвенная;

КМП-А4 – крепь металлическая податливая арочная четырехзвенная;

КМП-А5 – крепь металлическая податливая арочная пятизвенная (базируетсяна трехзвенной крепи КМП-А3, имеет дополнительные прямолинейные звенья,

удлиняющие стойки, по одному на каждую стойку).

Пример условного обозначения крепи:

КМП-А3 ТУ-25-27

К - крепь

М - металлическая

П - податливая

А3 – арочная трехзвенная

25 – сечение в свету крепи до осадки, м2

27 – прокат СВП-27 ГОСТ 18622-83

3.2 Описание задачи

На рисунке 4 структура модели, при этом размеры блоков породы по длине и ширине подобраны так, чтобы их увеличение не влияло на НДС вокруг выработки. В процессе программирования выполнялось:

1. Переход к объемной задаче

1.1 Вход в препроцессор

1.2 Переход в систему СИ

1.3 Ввод данных

На рисунках 5-10 построение расчетной схемы

Рисунок 4 Модель: 1 почва, 2- пласт; 3- кровля; 4 - породы до земной поверхности; 5 - земная поверхность; 6- арочная выработка; 7 - зона установки крепи

2. Построение блоков породы и пласта

2.1 Построение почвы, пласта, кровли, поверхности

Рисунок 5

3. Строим цилиндр и вырезаем его

Рисунок 6

4. Строим секцию арочных крепей

Рисунок 7

5Строим сетку для секции арочной крепи

На рисунках 8-9 конечно-элементная сетка

.

Рисунок 8

6. Строим сетку для почвы, кровли, пласта и поверхности

Рисунок 9

7. Решение

7.1 Приступаем к решению

7.2 Решение найдено (Рисунок 7)

Рисунок 10

8. Получаем картину деформации

На рисунке 8 показана картина дефформации

Рисунок 11

9. Картина распределений напряжений

На рисунках 9-11 показаны картины распределений напряжений

9.1 Ось X

Рисунок 12

9.2 Ось Y

Рисунок 13

9.3 Ось Z

Рисунок 14

10. Строим графики

На рисунках 12-13 графики напряжений

10.1 Для луча X₁=0 Y₁=3,1 Z₁=0 до X₂= 0 Y₂=3,1Z₂=-60

Рисунок 15

График представляет напряжения вдоль оси х и у по лучу через середину модели, пересекающим и незакрепленную и закрепленную зону, что позволяет сделать выводы о влиянии крепи

Рисунок 16

Из графика, проведенного для уточнения данных в основно через зону крепи видно, что максимальная σX= 11·10⁴ Па, это примерно равно 110 кг/см². При пределе прочности для Cтали 5 на уровне 1.8·10⁴Па разрушение крепи не произойдет.

Из модели и методики построения также очевидно, что нет принципиальных затруднений и для учета структуры недр и с боков выработки (полости целики). т. е. всего можно достичь из представленной базовой методологии. Более точные данные можно было бы получить детально имитируя свойства пласта, котрые вблизи выработки меняются и происходит их дезинтеграцияю. Тогда роль крепи можно существенно уточнить

3.3Блок команд

10.2 От X₁=0 Y₁=3,1 Z₁=-23 до X₂=0 Y₂=3,1 Z₂=-30

/NOPR !переход к объемной задаче

/PMETH,OFF,0

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

/prep7 !Вход в препроцессор

/UNITS,SI ! расчеты в с.СИ

ET,1,SOLID92 ! Выбор конечного элемента

!Порода

!1 поверхность

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0 ! Отключить температуру

MPDATA,EX,1,,3e9 !Модуль упругости

MPDATA,PRXY,1,,0.35 !Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,1,,4000 !Плотность

!кровля

MPDATA,EX,2,,4e9 !Модуль упругости

MPDATA,PRXY,2,,0.3 !Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,2,,3000 !Плотность

!пласт

MPDATA,EX,3,,1e9 !Модуль упругости

MPDATA,PRXY,3,,0.35 !Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,3,,3000 !Плотность

!4 почва

MPDATA,EX,4,,3e9 !Модуль упругости

MPDATA,PRXY,4,,0.35 !Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,4,,3000 !Плотность

!крепь

MPDATA,EX,5,,2e10 !Модуль упругости

MPDATA,PRXY,5,,0.35 !Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,5,,7000 !Плотность

x1=-30

x2=30

y1=0

y2=5

y3=-30

y4=35

y5=125

z1=0

z2=-60

xc=0

yc=0

r1=3

t1=0

r2=0

t2=180

dl=-30

block, x1, x2, y1, y2, z1, z2 !Пласт

block, x1, x2, y1, y3, z1, z2 !Почва

block, x1, x2, y2, y4, z1, z2 !Кровля

block, x1, x2, y4, y5, z1, z2 !Поверхность

cyl4, xc, yc, r1, t1, r2, t2, dl

VSBV, 1, 5

vglue, all

r2=2.9

z1=-27.8

z2=-28

cylind, r1,r2,z1,z2, 0, 180

z1=-27.3

z2=-27.5

cylind, r1,r2,z1,z2, 0, 180

z1=-26.8

z2=-27

cylind, r1,r2,z1,z2, 0, 180

z1=-26.3

z2=-26.5

cylind, r1,r2,z1,z2, 0, 180

z1=-25.8

z2=-26

cylind, r1,r2,z1,z2, 0, 180

vglue, all

!Построение сетки

Type,1! крепь

Mat,5

Vmesh,2

Type,1! крепь

Mat,5

Vmesh,5

Type,1! крепь

Mat,5

Vmesh,10

Type,1! крепь

Mat,5

Vmesh,11

Type,1! крепь

Mat,5

Vmesh,12

Type,1! пласт

Mat,3

Vmesh,14

Type,1 ! почва

Mat,4

Vmesh,13

Type,1! кровля

Mat,2

Vmesh,3

Type,1 ! поверхность

Mat,1

Vmesh,1

Заключение

Проведен анализ экспериментально аналитических методов исследования, которые показали принципиальную возможность расчета параметров взаимодействия крепи с кровлей выработки на основе конечно-элементных технологий при этом показана возможность дальнейшего уточнения решений.

В ходе выполнения курсового проекта были приобретены навыки использования пакета Ansys.

В задаче, решенной выше,было рассмотрено взаимодействие арочной крепи с кровлей. Для начала были построены почва, кровля, пласт, поверхность. Затем секции арочных крепей. Были построены соответствующие сетки и , в дальнейшем, проходил расчет задачи.

Было установлено что в местах контакта крепи с кровлей напряжение наивысшее, что наглядно видно на графике

Из модели и методики построения также очевидно, что нет принципиальных затруднений и для учета структуры недр и с боков выработки (полости целики). т. е. всего можно достичь из представленной базовой методологии. Более точные данные можно было бы получить детально имитируя свойства пласта, которые вблизи выработки меняются и происходит их дезинтеграция. Тогда роль крепи можно существенно уточнить

Список использованной литературы

1. Бейсембаев К.М., Дёмин В.Ф., Жетесов С.С., Малыбаев Н.С., Шманов М.Н Практические и исследовательские аспекты разработки горных машин в 3 d монография. Караганда, 2012, изд-во КарГТУ, 135с.

1. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 336 c.: ил..

2. Кондаков А.И. САПР технологических процессов. – М.: М.: Издательский центр «Академия»,2007. – 272с

3. М.В. Головицына Основы САПР, INTUIN.ru, ISBN: 978-5-94774-847-5, Электронный учебник

4. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.

5. Нургужин М.Р., Даненова Г. Т. Инженерные расчёты в ANSYS: сборник примеров, Караганда 2006 319 с.

6. Пивень Г.Г., Климов Ю.И. Имитационное моделирование гидромеханических систем (математические модели): учеб.пособие / КарГТУ. – Караганда, 2004. – 106 с.

7. Басов К.А. ANSYSв примерах и задачах / Под общей редакцией Д.Г. Красковского. – М.: КомпьютерПресс, 2002. – 224 с.

8. Климов Ю.И., Айдарханов А.М. Моделирование гидромеханических систем технологических машин: Учеб.пособие. – Караганда: КарГТУ, 2002. – 86 с.

9. Бейсембаев К.М., Шащянова М.Б. Основы системного анализа в базах данных.Караганды, Болашак-Баспа, 2008, 208 с.

10. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С. Практические аспекты разработки промышленных информационных систем.Караганда 2009, изд-во КарГТУ, 207 с.

11. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С., Шманов М.Н. Геомеханические основы разработки угля в нестационарных системах.Караганда 2009, изд-во КарГТУ, 207 с.

12. Бейсембаев К.М., Технологиялық машиналарды автожобалау. Караганда 2012, 95с.

13. Бейсембаев К.М., Дёмин В.Ф., аспекты разработки горных машин в 3 d монография. Караганда, 2012, изд-во КарГТУ, 135с.

14. Жетесов С.С., Бейсембаев К.М., Абдугалиева Г.Б. Гравитациялық көмірді өндірудегі технологиялық машиналардың көрсеткіштері мен үрдістерін зерттеу. Караганда, 2011,изд-во КарГТУ, монография,107 с.

Код для цитирования: Скопировать