El proceso de trituración y desarrollo de la roca bajo la acción de cargas externas.

En primer lugar, cuando el penetrador presiona la roca, siempre habrá un núcleo esférico o en forma de bolsa frente a él. Es el fenómeno localizado del objeto bajo la acción de una enorme presión formado por extrusión o deformación plástica evidente, generalmente se le llama núcleo denso (Figura 1-2-20). Su universalidad radica en el hecho de que no importa cuál sea la herramienta (puntiaguda, plana, redonda, etc.), la carga (estática, de impacto) y el material (de roca a parafina, de tierra a acero), existe un fenómeno central denso en frente al penetrador.

Figura 1-2-20 Núcleo apretado bajo el cabezal de presión

Figura 1-2-21 Invasión del salto

En segundo lugar, el cabezal de presión presiona una parte del la roca La característica común y obvia es que la profundidad de penetración no aumenta uniformemente a medida que aumenta la carga. En cambio, en las primeras etapas del aumento de la carga P, la profundidad de penetración H aumenta en una cierta proporción cuando alcanza un valor crítico; , se produce un salto repentino. En este punto, la roca cercana al núcleo denso colapsa y la carga cae temporalmente. Después de que el penetrador continúa penetrando a una nueva profundidad, la carga aumenta nuevamente y la profundidad de penetración y la carga regresan a una cierta relación proporcional (Figura 1-2-21).

En este ciclo, la curva p-h se vuelve ondulada. Cuanto más frágil es la roca, más pronunciadas son las características de esta intrusión de salto hacia adelante; las rocas plásticas son más suaves, pero tienen la misma generalidad que las anteriores. Además, las pendientes de cada sección ascendente de la curva p-h son casi las mismas, es decir, la profundidad de penetración aumentada al aumentar la carga unitaria es cercana a una constante. La parte descendente de la curva está relacionada con la rigidez del mecanismo de carga y no depende completamente de la roca intrusa.

A través de la investigación, se cree que la carga P es proporcional a la enésima potencia de la profundidad de penetración H, es decir, p=khn. Entre ellos: k es el coeficiente de indentación, que refleja la dificultad de la indentación; el índice n está relacionado con la forma del indentador y las propiedades de la roca, como se muestra en la Figura 1-2-22. Para penetrador cilíndrico o cónico, n = 1 ~ 2; N ≌ 1 para penetrador alargado o en forma de cuña, para roca plástica, n < 1.

En tercer lugar, el ángulo de trituración no cambia mucho y la estructura del pozo de trituración es básicamente la misma. Es decir, después de que la roca penetra a pasos agigantados bajo la acción del penetrador, el pozo de roca rota parece un embudo y el ángulo superior del embudo no cambia mucho (Figura 1-2-23). Independientemente de la forma del penetrador, el método de intrusión o el tipo de roca, el ángulo 2β en la figura generalmente permanece entre 120 y 150.

La Tabla 1-2-1 son los datos medidos de varias rocas invadidas por A. Osterlo Wu Shike.

La Tabla 1-2-2 muestra la relación ancho-profundidad n del pozo de intrusión cuando Masataro Shimomura usa diferentes fuerzas de impacto y ángulos de corte, así como el ángulo de trituración convertido β (ángulo superior del pozo del embudo). ).

Figura 1-2-22 La relación entre n, p y h

Figura 1-2-23 Ángulo superior del embudo

Figura 1-2-24 Estructura de la rotura del pozo

Tabla 1-2-1 Ángulo superior del pozo en forma de embudo

Tabla 1-2-2 Relación de n y β

La estructura del El pozo de trituración es básicamente el mismo, como se muestra en la Figura 1-2-24. El proceso de formación del pozo de trituración es aproximadamente el mismo: primero aparecen grietas en la superficie y luego se forma un núcleo denso (núcleo denso) a medida que aumenta la carga, las rocas alrededor del cuerpo compactado sufren un colapso por corte; y finalmente se forma un núcleo denso en el fondo del pozo de trituración, y se forma polvo suelto entre el cuerpo compactado y el núcleo denso.

2. El proceso de desarrollo de la trituración cuando el penetrador aprieta la roca.

Los mecanismos de trituración de las diferentes formas del penetrador son diferentes, pero la diferencia no es grande y los puntos en común sí lo son. básico.

La siguiente es una breve descripción de dos puntos de vista: uno es el punto de vista clásico tradicional (es decir, el punto de vista de Ostrow Ushko en Rusia, conocido como el punto de vista de Auschwitz); Universidad Politécnica, conocida como el punto de vista de Dong Gong.

(1) La perspectiva de Osterlo Wu Shiko (conocido como Auschwitz)

La austenita divide el proceso de trituración de un penetrador esférico sobre rocas frágiles o plásticas quebradizas en las siguientes etapas. :

1. Etapa de deformación elástica

Austen cree que cuando la carga P que actúa sobre el penetrador es pequeña (P <0,4σ, la indentación es la resistencia a la compresión de la roca), la la roca sufre deformación elástica, como se muestra en la Figura 1-2-25(a). En este momento, se generan dos conjuntos de grietas en los puntos A y B de la superficie de presión. Cuando se cancela la fuerza P, las grietas también desaparecen.

Figura 1-2-25 Proceso de trituración de roca

Figura 1-2-26 Carga externa que forma la presión principal

Etapa de plegado y fractura

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Cuando P continúa aumentando (0,4 ~ 0,6) σ presión, las grietas en los grupos A y B se desarrollan profundamente y se encuentran en el punto O, formando una pirámide aob (también llamada cuerpo de presión principal) ; de A y B, aparecen nuevamente las grietas Ac y bd, como se muestra en la Figura 1-2-25(b).

Esta etapa es la etapa de aplastamiento por fatiga. Después de la acción repetida de la fuerza P, la superficie puede romperse. Cuando se elimina la fuerza P, la grieta no puede desaparecer.

Austen cree que según la teoría del corte, la carga externa P requerida para formar el volumen de presión principal se puede obtener de acuerdo con la fuerza. Ingeniería de trituración

Donde: p es la carga externa; f es el área de la superficie del volumen de presión principal; σ0 es la resistencia al corte de la roca bajo compresión isotrópica;

3. Etapa de aplastamiento del volumen

Cuando la fuerza P continúa aumentando (hasta que se presiona p≥σ), la superficie de contacto entre la esfera y la roca sufre una deformación por aplastamiento; grupo y Las grietas en el grupo bo comienzan desde el punto O, y las grietas en los grupos ac y bd comienzan desde los puntos C y D, y ambas se extienden a las superficies libres A y B, causando que las grietas se fusionen y los cuerpos de corte formados Aoa y Bob comienza a colapsar, aob's El cuerpo de tensión principal se aplasta, formando un pozo de trituración de AoB, completando así la etapa de colapso volumétrico, como se muestra en la Figura 1-2-25(c), cuerpo de corte.

Ingeniería de trituración de rocas

Donde: F1 es el área superficial del volumen AoB; σ0 es la resistencia al corte de la roca bajo compresión isotrópica; α0 es el ángulo entre aob y; la superficie AoB; F1 es el coeficiente de fricción interna de la roca.

4. Repetir el proceso

Después de que se forma el pozo de trituración, cuando la carga aumenta nuevamente, se repiten los tres procesos anteriores, y así sucesivamente, se generan continuamente nuevos pozos de trituración.

En resumen, Austen utilizó la teoría de la resistencia al corte como criterio para juzgar la aparición de escombros de roca, lo que puede explicar el fenómeno de que las partículas de escombros de roca son más grandes que la profundidad de la invasión. Por tanto, aunque la visión de Auschwitz pertenece a la teoría del aplastamiento, su base de cálculo es la teoría del cuerpo cortante.

(2) El punto de vista de Donggong

En la prueba se utilizaron la prensa YY-206A y el penetrador de dientes de bala (Figura 1-2-27). Para facilitar la observación, la muestra está hecha de vidrio estacional y sus especificaciones son de 15 a 20 veces más grandes que el penetrador (considerado como un cuerpo semiinfinito). La abrazadera se fuerza de modo que el bloque de prueba tenga una cierta presión lateral; la velocidad de carga es de 100 ~ 150 kg/min. El proceso de trituración fue filmado con una cámara normal.

Bajo la acción de los dientes elásticos, las reglas básicas del aplastamiento son las siguientes:

1. Etapa de generación de grieta hertziana

Cuando el penetrador actúa sobre el Vidrio, cuando la carga es aún muy pequeña (alrededor de 50 ~ 60 kg), aparece una grieta en el límite de contacto, que es similar a la superficie cónica de un cono truncado, llamada grieta hertziana, y su longitud puede alcanzar 4 ~ 5 mm Esta etapa es una falla frágil, como se muestra en la Figura 1-2-28(a).

Figura 1-2-27 Dientes de bala

Figura 1-2-28 El proceso de trituración del vidrio estacional con dientes de bala

2. zona de aplastamiento

Cuando la carga en el penetrador aumentó a 150 ~ 200 kg, se produjo una mancha blanca en la placa de vidrio aproximadamente 1 mm por debajo de la punta del penetrador (el vidrio comienza a romperse con el esfuerzo cortante máximo) . A medida que aumenta la carga externa, esta falla se propaga en una curva cerrada alrededor de este punto blanco hasta que se forma una zona de aplastamiento en la parte inferior del penetrador. Esta etapa pertenece a la falla plástica, como se muestra en la Figura 1-2-28(b).

3. Aparece la etapa inicial de grieta por tracción (tracción).

Después de que se forma la zona de aplastamiento, cuando la carga aumenta a 600 kg, aparece tensión a lo largo de la línea de carga en el límite de la punta de la grieta de la zona de trituración (Zhang) se llama grieta inicial. Cuando la carga aumenta, se expande a lo largo de la superficie de la grieta, como se muestra en la Figura 1-2-28(c). Este tipo de grieta no formará un embudo de trituración (pozo).

4. Aparecieron las primeras grietas por tracción.

Cuando la carga aumenta a 800 ~ 900 kg, se generan nuevas grietas de tracción en ambos lados de la grieta inicial. Si la carga es simétrica, la grieta por tracción será simétrica con respecto a la línea de acción. Cuando la carga aumenta, esta grieta de tracción se expande de manera discontinua, comienza a expandirse oblicuamente hacia abajo y luego se dobla gradualmente hacia arriba, como se muestra en la Figura 1-2-28(d).

5. Formación de la etapa de embudo de trituración

Cuando la carga aumenta a un cierto valor, se generará otro conjunto de grietas de tracción desde el límite de la zona de trituración en el primer conjunto de grietas por tracción. Cuando la carga vuelve a aumentar, su ley de expansión es la misma que la del primer grupo de fisuras por tracción. Cuando la carga aumenta a aproximadamente 1300 ~ 1400 kg, las grietas de tracción se expanden hacia la superficie para formar un embudo de aplastamiento y se produce la primera falla por salto, como se muestra en la Figura 1-2-28 (e) (f); La carga cae bruscamente y la profundidad de penetración aumenta repentinamente. Cuando la grieta se propaga cerca de la superficie, su ángulo de inclinación se acerca gradualmente a cero, es decir, las generatrices del embudo tienden a ser tangentes a la superficie. A juzgar por la forma del cuerpo de la falla, tiene un borde alargado, es decir, no hay ángulo de corte (ψ=π/4-φ/2, a veces, el borde alargado del cuerpo de la fractura también está conectado a la prueba); bloquear. Esta etapa pertenece al fracaso de la fractura.

6. Repetir el proceso

Después del primer salto, cuando la carga vuelve a subir, la zona de aplastamiento se recupera y la grieta inicial se expande. Cuando la carga vuelve a alcanzar los 1300 kg, la grieta original se expande y aparecen nuevas grietas de tracción. Cuando la carga aumentó a aproximadamente 1600 ~ 1700 kg, otra grieta de tracción se expandió hacia la superficie, formando un embudo de aplastamiento, y se produjo la segunda falla por salto hacia adelante, y la forma de la fractura era similar a la primera.

Del análisis del proceso anterior, desde la perspectiva de Donggong, no es difícil sacar las siguientes conclusiones:

(1) El punto de vista de Donggong presenta los principales argumentos de la fractura moderna. mecánica: es decir, la fractura de objetos es causada por el esfuerzo de tracción en la punta de la grieta interna que excede su esfuerzo último;

(2) Las grietas hertzianas son el resultado del esfuerzo de tracción;

(3) La formación de la zona de fractura es causada por el corte. El resultado del esfuerzo cortante;

(4) La formación del embudo roto es el resultado del esfuerzo de tracción y las grietas de tracción. que forman el embudo roto no existen solos durante el proceso de expansión;

( 5) Hay un efecto de tiempo, es decir, el sonido del vidrio rompiéndose aún se puede escuchar después de que se retira la placa de vidrio del embudo roto. prensa. Esto muestra que las grietas siguen creciendo después de la descarga.

3. Factores que afectan el efecto de indentación del indentador

Hay muchos factores que afectan el efecto de indentación del indentador, como el tamaño de la carga externa, el número de libres superficies y la forma de la herramienta de trituración de roca, velocidad de carga, presión de confinamiento, temperatura, grado de humectación, etc.

1. Tamaño de la carga externa

A medida que aumenta la carga externa, la profundidad de penetración aumenta y la curva salta, como se muestra en la Figura 1-2-29.

Figura 1-2-29 Curva de salto

Figura 1-2-30 Indentación con superficie libre

2. p> p>

Si hay una superficie libre (grieta) cerca del penetrador, como se muestra en la Figura 1-2-30, se producirá una extrusión lateral durante la intrusión, lo que favorece la intrusión del penetrador. Algunos datos muestran:

Cuando t/d = 1 ~ 2, la dureza medida cae en un 60%; T/d > 4, sin efecto; T/D < 1, las indentaciones se superponen y la dureza aumenta.

Al diseñar una broca, a menudo se debe considerar el paso de los dientes, como se muestra en la Figura 1-2-31. Alguien ha realizado experimentos: cuando la distancia entre las dos herramientas es mayor o igual a (D1+D2)/2, es posible que la parte de O1CO2 en la imagen no esté aplastada, el espacio apropiado debe estar entre (D1+D2)/3; y Entre (D1+D2)/2.

A través de experimentos, se descubrió que el diámetro del pozo de trituración está relacionado con las propiedades de la roca. Para roca frágil: d 1: d 1 = 5 ~ 8; para roca plástica frágil d 1: d 1 = 3 ~ 4 (d 1-diámetro del pozo de trituración; d 1-diámetro de la cabeza).

3. Herramientas para romper rocas

La forma, las especificaciones y el ángulo del borde de las herramientas para romper rocas tienen un impacto en el efecto de compactación, y el impacto es muy complejo. Por ejemplo, los experimentos de Pavlov en Rusia demostraron que el trabajo específico de un penetrador cilíndrico de cabeza plana es pequeño; otro estudioso, Baron, demostró que el trabajo específico de un penetrador cuadrado es el más pequeño y el de un penetrador cónico es el más grande. Un penetrador cilíndrico de mayor diámetro tiene una potencia específica menor, etc. que un penetrador cilíndrico de menor diámetro.

Figura 1-2-31 Rotura de roca con doble cabezal

Figura 1-2-32 Efecto de la temperatura

La práctica convencional es: utilizar dientes esféricos para roca dura Cuando se utilizan cortadores en forma de cuña en roca blanda, debemos considerar tanto la eficiencia del rompe rocas como la vida útil del cortador rompe rocas.

4. Tasa de carga

La llamada carga dinámica y carga estática se refieren al método de carga, pero en realidad se refieren a la velocidad de carga. Las cargas dinámicas son rápidas y las cargas estáticas son lentas.

El primero es adecuado para rocas frágiles y el segundo es adecuado para rocas plásticas.

5. Presión de confinamiento

A medida que aumenta la presión de confinamiento, aumenta la dificultad de trituración. Según la prueba de Bulatov en Rusia, cuando la presión máxima del agua es de 1000 kg/cm2, la dureza de la dolomita con alta dureza y baja plasticidad aumenta en un 35%, la dureza de la marga blanda aumenta en un 206%;

6. Efecto de la temperatura

El efecto de la temperatura se muestra en la Figura 1-2-32. Inicialmente, las grietas son aplastadas por la expansión térmica del cristal, aumentando la resistencia a la compresión PW pero no la resistencia a la tracción. A medida que aumenta la temperatura, las conexiones entre las partículas se debilitan y la resistencia disminuye debido a los diferentes coeficientes de expansión entre las partículas.

7. Efecto humectante

Para algunas rocas, la humectación reducirá su resistencia. Por ejemplo, cuando se humedece piedra caliza con una solución de oleato de sodio al 1%, su dureza disminuye en un 26% y su plasticidad aumenta en un 62%.

En general, la humectación reducirá la dureza de la roca, pero debe evaluarse de manera integral. Por ejemplo, cuando se utiliza perforación húmeda en minas, la velocidad de perforación se reduce principalmente para evitar el polvo.