Дисертації з теми "Процес деформування"

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.01 – Маркшейдерія. – Державний вищій навчальний заклад «Національний гірничий університет», Дніпропетровськ, 2012<br>Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.01 – Маркшейдерия. – Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», Днепропетровск, 2012<br>Thesis for the scientific degree of doctor of technical sciences, specialty 05.15.01 – Mine Surveying. – State Higher Educational Institution “National Mining University”, Dnipropetrovsk, 2012<br>Дисертація присвячена вивченню і встановленню комплексних закономірностей деформацій земної поверхні та масиву слабометаморфізованих гірських при розробці пологих вугільних пластів. Встановлено, що характер розподілу горизонтальних зрушень і деформацій, залежить від глибини підробки, напряму руху очисного вибою, ступеню розвитку реологічних процесів і геометричних параметрів зон зрушення над очисною виробкою. Формування горизонтальної і вертикальної складових вектора зрушення відбувається під впливом різних чинників, що не дозволяє використовувати загальні принципи їх прогнозування. Запропонований механізм формування горизонтальних зрушень і деформацій підроблюваного масиву і геометричні параметри зон зрушення над рухомим очисним вибоєм. Розроблені методика прогнозування зрушень і деформацій земної поверхні та масиву гірських порід, методика визначення величин приросту гірського тиску в довільних точках зони підвищеного гірського тиску<br>Диссертация посвящена изучению и установлению комплексных закономерностей деформирования земной поверхности и массива слабометаморфизованных горных при разработке пологих угольных пластов. В диссертации исследовано состояние изученности по выбранному направлению, в результате которого установлено, что процесс горизонтального деформирования земной поверхности для условий разработки угольных пластов в Западном Донбассе изучен недостаточно. Исследования процесса сдвижения горных пород немногочисленны, а методика прогнозирования сдвижений и деформаций подрабатываемого массива отсутствует. Незначительный интерес к горизонтальной составляющей вектора сдвижения является следствием существующего утверждения о пропорциональности величин вертикальных и горизонтальных сдвижений, выдвинутое Авершиным С.Г. Характер распределения этих величин в пределах полумульды по существующим представлениям одинаковый, что не подтверждается результатами инструментальных наблюдений. В результате производства комплекса инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности и массива горных работ установлены закономерности характера их деформирования в различных горно-геологических условиях подработки и скоростях подвигания очистного забоя. Установлено, что характер распределения горизонтальных деформаций в главном сечении, параллельном направлению подвигания очистного забоя, зависит от глубины подработки, степени развития реологических процессов и геометрических параметров зон сдвижения над очистной выработкой. Полученная зависимость подтверждается результатами математического моделирования с применением переменных модулей, учитывающих изменение физико-механических свойств во времени. В плоском дне мульды сдвижения зафиксированы величины горизонтальных перемещений, значения которых для условий Западного Донбасса постоянны и равны 240 мм. В работе изучен механизм их образования вследствие процессов, происходящих на контакте зон повышенного и пониженного горного давления. На основе комплексного анализа сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород установлены геометрические параметры зон сдвижений над движущимся очистным забоем и после его остановки. Установлено, что при скоростях подвигания очистного забоя свыше 60 м/мес впереди него формируется область пониженных вертикальных напряжений. Геометрические параметры этой области и степень понижения напряжений зависят от скорости подвигания забоя. В результате комплексного анализа параметров деформирования земной поверхности и подрабатываемого массива разработана методика определения величин прироста горного давления в произвольных точках зоны повышенного горного давления. Предложена методика прогнозирования горизонтальных сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород, которая учитывает скорость подвигания очистного забоя. В отличие от существующей методики для определения влияния подземных разработок на земной поверхности не применяются угловые параметры, а характер распределения прогнозируемых величин изменяется с увеличением глубины подработки. Предложенная методика позволяет повысить надежность прогнозирования в 3 раза. Методика прогнозирования горизонтальных сдвижений и деформаций массива горных пород для условий Западного Донбасса предложена впервые.<br>The thesis is devoted to the study and the establishment of complex patterns of surface and the solid of slightly metamorphosed rock mass deformation when developing gently sloping coal seams. It is established that the distribution of horizontal displacement and deformation depends on the depth of underworking, the direction of the working face movement, the stage of development of rheological processes and geometric parameters of zones of subsidence above the working face. Formation of the horizontal and vertical components of the displacement vector is influenced by various factors, which prevents the use of general principles of forecasting them. The mechanism of formation of horizontal displacement and deformation of undermined solid and geometric parameters of subsidence zones above moving working face is proposed. Method of prediction of displacement and deformation of the earth's surface and the rock mass, method of determining growth value of rock pressure at arbitrary points of high rock pressure zones are developed.

Робота виконана у Національному університеті біоресурсів і природокористування України. Захист відбувся 19 вересня 2014р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д58.052.01 в Тернопільському національному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46601, м. Тернопіль, вул. Руська, 56. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Тернопільського національного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46601, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.<br>З використанням власного розробленого програмного комплексу на основі методу кореляції цифрових зображень, який оснащався високошвидкісною камерою Phantom v711, встановлені основні закономірності кінетики поля деформацій металів різних класів: алюмінієвих сплавів Д16 і 2024-Т3, нержавіючої сталі 12Х17 та високоміцної корпусної сталі, при ударно-коливальному навантаженні «динамічний незрівноважений процес (ДНП)» і оцінений вплив різкої зміни кінетики поля деформацій при ДНП на зміну кінетики поля деформацій та механічних властивостей металів при подальшому статичному і ударному навантаженні. Показано, що реалізація ДНП в металах, в першу чергу, впливає на зміну пластичності при подальшому деформуванні. Причому цей вплив для різних металів неоднозначний. Так, зокрема, пластичні властивості алюмінієвих сплавів після реалізації ДНП при повторному статичному розтягу значно покращуються. Це відноситься як до затримки «шийкоутворення» в сплавах до 15 %, так і до підвищення загальної пластичності до 10%. Як показали спеціально проведенні метало-фізичні дослідження методом трансмісійної-електронної мікроскопії даний ефект напряму пов’язаний з утворенням при ДНП в об’ємі матеріалу тонко-смугової дисипативної структури. Пластичність нержавіючої сталі 12Х17 після ДНП при повторному статичному розтягу значно погіршується ~ на 15…35%. Виявлений значний вплив релаксаційних процесів після ДНП, в залежності від часу витримки, що практично у всіх випадках призводить до падіння пластичності до 35%. На зразку із сплаву Д16 встановлений безпосередній зв'язок між полем деформацій на поверхні зразка і утвореною дисипативною структурою. Показано, що після ДНП пластичність високоміцної корпусної сталі збільшується ~ в 2,5 рази. Також виявлена можливість збільшення ударної в’язкості високоміцної корпусної сталі за рахунок ДНП.<br>Диссертация посвящена установлению основных закономерностей кинетики поля деформации металлов разных классов: алюминиевые сплавы Д16, 2024 - Т3, нержавеющая сталь 12Х17 и высокопрочная корпусная сталь, в процессе и после ударно-колебательного режима нагружения («динамический неравновесный процесс»), и связи поля деформации с механическими свойствами и структурой металлов. Неравновесное состояние материала в механических системах связано с резким обменом энергии между отдельными элементами системы. При таких процессах формируется существенно неоднородное поле деформации на поверхности образца материала или элемента конструкции, связанное с образованием в объеме тонко-полосовой диссипативной структуры, плотность которой меньше плотности основного материала. В настоящей работе для оценки кинетики поля деформации для исследуемых режимов нагружения используется собственный разработанный программный комплекс на основе метода корреляции цифровых изображений, который оснащался современной высокоскоростной камерой Phantom v711.Для каждого из исследуемых материалов выявлены характерные режимы поля деформаций в процессе реализации ДНП: увеличение площади полосы неоднородной деформации со сменой ориентации ее фронта на ~ 900; разрыв полосы неоднородной деформации на две полосы, движущиеся в противоположных направлениях; разрыв полосы неоднородной деформации на две с их последующим взаимодейтвием. Показано, что за счет резкого изменения кинетики поля деформации металлов при ДНП при последующем статическом и ударном нагружении их механические свойства могут существенно изменяться по сравнению со стандартным статическим растяжением. В первую очередь, это сказывается на пластических свойствах металлов. Так, в частности, процесс «шейкообразования» в сплаве Д16 задерживается на 8-15% и увеличивается величина локальной максимальной пластической деформации в сплаве 2024-Т3 до 10%. При этом уменьшения прочности у сплава 2024 -Т3 после ДНП не отмечается, а в сплаве Д16 выявлено незначительное уменьшение прочности, на 10-30 МПа. Кроме того, было показано, что для алюминиевого сплава Д16 существует непосредственная связь между его полем деформации и структурным состоянием материала. Установлено монотонное поведение поля деформации нержавеющей стали 12Х17 как при статическом деформировании, так и при деформировании после ДНП. Поле деформации у данного вида материала при ДНП не характеризуется явно выраженными характерными видами деформирования, хотя и обладает особенностями. В отличие от алюминиевых сплавов пластичность нержавеющей стали 12Х17 после ДНП существенно уменьшается – на 15-35%, в тоже время задерживается процесс «шейкообразования» на 30% относительно деформации разрушения. В процессе исследований установлено существенное влияние релаксационных процессов на изменение механических свойств нержавеющей стали 12Х17 при последующем статическом растяжении. При временной выдержке после ДНП до 7 дней фиксируется значительное уменьшение пластичности на 20-30% а также раннее начало процесса шейкообразования. При временной выдержке 3 месяца отмечается уменьшение пластичности на 15-35%. Для нержавеющей стали был экспериментально установлен факт качественного подобия полей деформации и коэффициента гомогенности m, который определяется по методу LM-твердости, разработанному в Институте проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины. Установлено существенное различие в локальных скоростях деформирования металлов разных классов при ДНП, для алюминиевых сплавов она составляла 100-6000%/с, а для нержавеющей стали 100-1000%/с. В работе показано, что за счет реализации ДНП можно существенно повысить пластичность высокопрочной корпусной стали ~ в 2,5 раза и регулировать ударную вязкость стали. Поле деформации данного материала характеризуется существенной неоднородностью вызванной как особенностями технологической обработки так и воздействием на него ДНП.<br>Thesis is devoted to the establishment of the basic laws of kinetics of the strain field of different classes of materials: aluminum alloys D16, 2024-T3, stainless steel 12H17 and high-strength cladding steel, during and after the specific impact-oscillatory mode of loading ("dynamic nonequilibrium process"), and to the determination of the dependencies between strain field, mechanical properties and structure of the material. In such processes, essentially inhomogeneous strain field is being formed on the surface of a sample of material or structural element associated with the formation of thin-strip dissipative structure in the bulk of the material, the density of which is less than the density of the base material. Herein we use own designed program complex, based on digital image correlation method to evaluate the kinetics of the deformation field for the test loading conditions equipped with modern high-speed camera Phantom v711 ( frame rate up to 1.4 million fps). For each of the tested materials the characteristic modes of deformation fields during and after the DNP were revealed. It is shown that due to the dramatic changes of the kinetics of the deformation field of materials at the DNP in the subsequent static and impact loading of materials, their mechanical properties can vary significantly compared with the conventional static tension. First of all, this affects the properties of the plastic materials. In particular, the process of necking in alloy D16 is delayed by 8-15 % and increases the maximum value of the local plastic deformation of the alloy 2024-T3 by 10%. Unlike aluminum alloys, stainless steel plasticity after DNP is significantly reduced - by 15-35%, at the same time the process is of necking is delayed by 30% relative to the strain at fracture point. During the study we found a significant effect of relaxation processes on the mechanical properties of stainless steel 12H17 during subsequent static tension. It is also shown that by implementing the DNP we can significantly improve the ductility of high-strength cladding steel – up to 2.5 times and adjust the impact toughness of steel.