XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение

Современные системы автоматизированного проектирования, обеспечивающие окончательное проектирование сложных изделий и выполняющие множество проектных процедур, имеют многомодульную, многомерную структуру. Многомерный подход в базе данных позволяет в одном проекте визуализировать каждый из узлов и рассмотреть многопозиционный дизайн в узле детали. Кроме того, детали можно поворачивать в 3D-плоскости. Модули отличаются своей направленностью на определенные проектные задачи, относящиеся к определенным типам устройств и конструкций. Кроме того, возникают естественные проблемы, связанные с созданием общих баз данных, выбором протоколов, форматов данных и интерфейсов гетерогенных подсистем, организацией обмена модулями в групповой работе [1-4].Но основной задачей для таких систем является строительство основного объекта, например, механизированной установки для фиксации и управления угледобывающими лавами

В свою очередь, горнодобывающая машина оснащена механическими и гидравлическими подсистемами. Но на современном уровне проектирование осуществляется с использованием программных пакетов, с помощью которых создается основной объект и из него могут быть изготовлены детали для расчета параметров прочности и прочности и изготовления. Кроме того, некоторые детали изготавливаются с использованием 3D-принтеров.

В этой связи на первом этапе внедрения САПР-технологий в Республике Казахстан считаем актуальным разработку 3D проектов и их внедрение в горнодобывающей промышленности. Это отвечает основным требованиям и целям расширения и создания несырьевых инновационных производств. Данная технология применяется на всех этапах жизненного цикла продукции-проектирование, производство и эксплуатация, изучение предельных возможностей машин, обеспечение ресурса и безопасности конструкции и обеспечение экономической эффективности, без которой невозможен успех в новых условиях рыночной экономики. Применение методов автопроектирования в пакетах САПР, в данном случае, опирается на коллективную работу программистов специалистов горнодобывающей отрасли. Поэтому рассматриваемая работа выполнена двумя студентами с частичным разделением функций по предварительному использованию пакета Adams и Ansys в существующей структуре и получению нового с учетом полученных на их основе результатов. Также обратите внимание, что при поиске аналогов не было найдено примеров 3D-дизайна крепления. Поэтому возможность представить этот проект на сайте Российской академии естествознания будет нам полезна с точки зрения получения замечаний для дальнейшей работы.

ANSYS — соңғы 30 жыл ішінде қалыптасқан және дамып келе жатқан стандартты элементтік талдаудың әмбебап бағдарламалық жүйесі (ICC) среди специалистов по автоматизированным инженерным расчетам (CAD или CAD) и CE-решение линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твердого тела и структурной механики (включая бесконтактные геометрические и физические нелинейные задачи структурных элементов), механики жидкости и газа, теплопередачи и теплопередачи, электродинамики, акустики, а также механики смежных полей.

1 Краткая теоретическая информация

Расчет горного давления в лавах

В настоящее время разработано множество методов расчета горного давления, основанных на различных гипотезах процесса разрушения горных пород и учитывающих свойства горных пород, глубину выработок. Все они используются при определенных условиях, но универсальный метод расчета еще не разработан. Поэтому очень важно изучить физическую сущность явлений, окружающих горные породы, и рассчитать горное давление, рассмотрим простые и приемлемые методы расчета горного давления для выработок, проходящих в твердых монолитных породах, без учета глубины их образования с поверхности земли.

Прогрессивные взгляды П. М. Цимбаревича на механизм проявления горного давления, его метод расчета горного давления по основным правилам сохраняют свое значение в настоящее время.

П. М. Цимбаревич публикует комплекс вопросов по механике горных пород и массивов: изложены сущность механических процессов, происходящих в горных породах при очистных и подготовительных работах, результаты шахтных и лабораторных исследований этих процессов, приведены различные методы расчета горного давления и затворов в лавах в мягких и вертикальных слоях, описаны закономерности процессов взаимодействия емких пород и затворов, лавы и Целиков. Большое внимание уделяется рассмотрению основных задач механики непрерывной и смешанной среды и задач, возникающих на границе непрерывной и непрерывной среды. Новая проблема: создание методов прогнозирования деформаций и разрушений горных пород, а также геологических нарушений на основе физического зондирования горного массива.

Горно-геологические и горно - технические условия, при которых может произойти обрушение, определяются состоянием массива угольных пластов и пород в горных выработках, наличием крепи, а также управлением взаимодействием системы "крепь-массив". Опасность обрушения усугубляется особенно в зонах геологических разрушений.

По мере расширения сферы применения механизированных комплексов в очистных выработках на больших глубинах и в сложных условиях, особенно при применении щитовой крепи, значительно увеличивается расстояние между забоем и первым рядом опор крепи, в связи с чем возрастает актуальность работ по уточнению особенностей взаимодействия крепи с боковыми породами и уточнению конструктивных особенностей горных пород, схем взаимодействия с опорными элементами, особенностей расположения и перемещения горных пород, также необходимы методы, учитывающие конструктивные особенности крепления.

Күрделі тау-кен геологиялық жағдайларда механикаландырылған кешендерді қолдану тәжірибесі бекітпенің шатырмен және топырақпен недостаточное внимание к взаимодействию, к авариям, длительно тормозящим очистные работы, а также тормозящим разработку новых схем рытья.

Изучение данных вопросов позволяет повысить техническую производительность механизированного комплекса с учетом взаимосвязи конструктивных и силовых параметров взаимодействия механизированной крепи с боковыми породами и копающей машиной в подвижном очистном забое, а также предложить новые схемы разработки.

Формула Протодьяконова применима только в том случае, если верх трубы или канала заглублен, чего достаточно для формирования арки из высоких пород; поэтому лучше. В противном случае расчет горного давления должен производиться по весу всего столба породы до поверхности Земли.

использование программы ANSYS

ANSYS-это универсальная программная система стандартного элементного анализа (ICC), созданная и развивающаяся в течение последних 30 лет для решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твердого тела среди специалистов по автоматизированным инженерным расчетам (САПР или САПР) и механике конструкции (включая бесконтактные геометрические и физические нелинейные задачи структурных элементов), механике жидкости и газа, теплопередаче и теплопередаче, электродинамике, акустике , а также механике смежных полей.

Ansys также занимается перспективным бизнесом, создавая инструменты визуализации для быстро развивающегося сегмента 3D-печати. Решения Ansys позволяют проектировать изделия для трехмерной печати из различных материалов, включая лазерную печать SLM из мелкодисперсных металлических порошков. В настоящее время решения Ansys охватывают все сегменты инженерной отрасли: от тяжелого машиностроения, оборонной промышленности и аэрокосмической техники до симуляторов микроэлектроники, медицины и тестирования программного обеспечения.

В некоторых отраслях промышленности моделирование и анализ избегают дорогостоящих и длительных циклов разработки типа "проектирование — производство — испытание". Система работает на основе геометрического ядра Parasolid[2]. Программная система ANSYS CE ANSYS разрабатывается американской компанией Ansys inc.

2 запись программы в модуле ANSYS APDL

На основе данной курсовой работы приведена картина горного давления для плавного опускания пластов в обломочные породы и образования поперечной трещины.

Вычислительная система представлена следующим образом:

Сурет 1

/NOPR

/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 ! Включаем препроцессор

/UNITS,SI !СИ включаем систему

ET,1,SOLID92 ! Выбираем последний пункт

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0 !Отключаем температуру

!Сталь-gidro

MPDATA,EX,1,,2e8! Модуль упругости

MPDATA,PRXY,1,,0.25! Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,1,,7000 !Плотность

!Уголь 2

MPDATA,EX,3,,1e8 ! Модуль упругости

MPDATA,PRXY,3,,0.35! Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,3,,3000 !Плотность

!Уголь 3

MPDATA,EX,2,,5e8 ! Модуль упругости

MPDATA,PRXY,2,,0.35! Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,2,,3000 ! Плотность

!Уголь 4, пол пласта за лавой и до поверхности Земли

MPDATA,EX,4,,3e10! Модуль упругости

MPDATA,PRXY,4,,0.35! Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,4,,3000 ! Плотность

!Пол 5 этажей

MPDATA,EX,5,,3e9! Модуль упругости

MPDATA,PRXY,5,,0.35! Коэффициент Пуассона

MPDATA,DENS,5,,3500 ! Плотность

! Геометрия

X1=0

X2=100

Y1=0

Y2=20

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Уголь 3

X1=0

X2=10

Y1=20

Y2=23

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Уголь 2

X1=10

X2=15

Y1=20

Y2=23

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Уголь 1

X1=15

X2=17

Y1=20

Y2=23

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Кровля

X1=0

X2=25

Y1=23

Y2=32

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Основная кровля

X1=0

X2=6

Y1=32

Y2=47

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Основная кровля после перелома

X1=6.1

X2=34

Y1=32

Y2=47

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Основная кровля Б

X1=0

X2=39

Y1=47

Y2=67

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Поверхность Земли

X1=0

X2=100

Y1=67

Y2=170

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

! Пол выкопанной части

X1=44

X2=100

Y1=20

Y2=67

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

vglue,all

lesize,27,0.15

lesize,39,0.15

lesize,129,0.15

lesize,130,0.15

lesize,30,0.15

lesize,42,0.15

lesize,132,0.15

lesize,131,0.15

lesize,35,0.15

lesize,47,0.15

lesize,34,0.15

lesize,46,0.15

lesize,127,0.2

lesize,126,0.2

lesize,125,0.2

lesize,128,0.2

lesize,18,0.2

lesize,15,0.2

lesize,22,0.2

lesize,23,0.2

!Перелом

X1=6

X2=6.1

Y1=23

Y2=32

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

VSBV, 20, 1

!Опора

X1=17.2

X2=21.2

Y1=20

Y2=23

Z1=0.14

Z2=1.36

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

vglue,all

!Расчленение слоя до поверхности Земли

X1=7

X2=39

Y1=66.9

Y2=67

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

VSBV, 18, 3

!перелом 3

X1=6

X2=6.1

Y1=47

Y2=67

Z1=0

Z2=1.5

block, X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2

VSBV, 7, 3

! уголь 2

Type,1

Mat,3

Vmesh,13

! уголь 3

Type,1

Mat,2

Vmesh,12

! опора

Type,1

Mat,1

Vmesh,1

! пол пола

type,1

mat,5

VMESH, 9

VMESH, 8

VMESH, 16

VMESH, 5

VMESH, 2

VMESH, 14

! Уголь 4, пол пласта за лавой и до поверхности Земли

Type,1

Mat,4

Vmesh,4

Vmesh,6

Vmesh,17

VMESH, 15

3 результаты, полученные при моделировании

Тордың құрылысын ең кішкентай элементтен бастап кезең-кезеңмен енгіземіз

Сурет 2

Сурет 3

Сурет 4

Сурет 5

Сурет 6

Сурет 7

На модели на основании данных шахты "Карагандинская" при поломке и отслаивании крыши образовались поперечные трещины. Полученные данные свидетельствуют о том, что крыша надежно описывает процесс разрушения.

Сурет 8

Сурет 9

Заключение

Для разработки и обоснования новых технологий добычи наиболее подходят 3D-технологии, в частности, на базе программного обеспечения ANSYS, что позволяет решать задачи построения модели взаимодействия горных пород, пластов и участков механизированной крепи. При этом для модели может быть использован ранее разработанный принцип модульного создания расчетных схем из отдельных блоков, отражающий особенности очистного забоя и применяемой техники (геометрия, реологические свойства, предельные условия) с возможностью импорта блока или его узлов из систем CAD.

В курсовой работе при разработке модели использовался графический интерфейс пользователя ANSYS. Он включает в себя интерактивный режим, командный режим, в котором записываются команды в текстовом файле, а также комплексный режим, в котором записываются действия из меню в логический файл, извлекая языковые команды и используя их в текстовом файле.

Список использованной литературы

1. Шемякин Е.И.,Фисенко Б.Л., Курленя М.В., Опарин В.П., Рева В.Н., Глушихин Ф.П., Розенбаум М.А., Тропп З.А., Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок // ФТПРПИ N1 – Новосибирск: Изд-во «Наука», 1987. - с. 3-8.

2. Бейсембаев К.М., Исабеков М.У.Векслер Ю.А.Сатаров С. Физические и информационные аспекты формоизменения сооружений. // Вестник КарГУ им. Е.А. Букетова, Серия физика, № 2 (42). -Караганда: Изд-во КарГТУ, 2006. - С.53-62

3 Хапилова Н.С. Задача об обрушении консольно-зависающей кровли // ФТПРПИ N 1, новосибирск: Изд-во «Наука»,1970. - С.13-18.

4. Ерофеев Н.П. Свод естественного равновесия пород при подземной разработке рудных месторождения //Известия вузов. Горный журнал N 11. –Свердловск Изд-во «Уральский рабочий» - С.27-31.

5. Бейсембаев К.М., Шманов М.Н., Курманов С.Т. Блочное проектирование объектов и процессов для компьютерных моделей Тр. Межд. симп. «Информационно-коммуникационные технологии в индустрии, образовании и науке», 22-23 ноября 2012 г., ч.3, Караганда 2012, с 48-50

6. Пат. 1833471 СССР. Способ добычи угля в сложных условиях и механизированная крепь. / Жихорь Е.А.и Шманов М.Н. Бейсембаев. К.М.; опубл. 07.08.93, Бюл. № 29. -6с: ил.

7. Когай И.В., Оспанов Д.У. Разработка методических элементов расчёта механизированной крепи в 3d с учетом динамики её работы на основе программных пакетов САПР // VII Международная студенческая электронная научная конференция. «СТУДЕНЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ 2015» http://www.scienceforum.ru/2015/15/10207.

8. Бейсембаев К.М Есен А.М., Зверев Н.А., Есмагамбетов А.Б., Разов И.О.Моделирование горных сред и машин Тр. межд. науч.-практ. конф. "Наука и образование ведущий фактор стратегии "Казахстан - 2050", (Сагиновские чтения № 6 26-27 июня 2014 г.) часть 2с. 24-26

9. Отчет о поездке в США по приглашению компании «joy mining machinery» в составе делегации «Распадская угольная компания», http://kgsh.ru/pub_p_7_p_2.html

10. Бейсембаев К.М., Мендикенов К.К., Шманов М.Н., Зверев Н.А., Есмагамбетов А.Б, Разов И.О.Особенности расчёта рычажных конструкций для новых технологий добычи пластовых месторождений.//Успехи современного естествознания № 9, часть2, 2014, с.137-142

Код для цитирования: Скопировать