相似模拟实验与测试技术

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1、相似模拟实验与测试技术采矿工程硕士10级安徽理工大学能源学院钱彪2011.3基本概念1.岩石力学模拟方法（analogmethodforrockmechanics）根据相似原理，运用矿山岩石力学的理论与法则，在模型上研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的方法。岩石力学模拟方法，包括数学模拟和物理模拟。数学模拟灵活方便，随着电子计算机的发展，用以解决的问题越来越广泛和富有成效。物理模拟，既能全面模拟原型，又能直观地显示岩石的力学过程。这两种模拟方法配合于原型研究，往往是解决复杂岩石力学课题的有效途径。基本概念岩石力学的研究对象，主要是作为地质体一部分的工程岩体

2、。这种复杂的介质，处于多因素同时作用的地质环境中，又受到工程活动的干扰，矿山工程的原型研究必然存在难以克服的问题，诸如:(l)导致岩石变形和破坏的因素很多，如果抑止其余因素而只单独研究某一因素的作用，就妨碍了理性认识的深化。(2)每个矿区的地质及工程条件相差很大，某一矿区的试验研究成果，很难直接用于其他矿区。(3)就现有测试手段，不能探测全矿区尤其是深部岩体破坏状态，获取全部资料。(4)试验研究周期长，花费人力及资金多。然而模拟研究却可在一定程度上克服以上问题，因而成为了岩石力学研究中不可替代的有效方法之一.基本概念2.岩石力学物理模拟（physicalanalogf

3、orrockmechanics）矿山岩石力学研究中的物理模拟，包括相似材料模拟、光测弹性材料模拟、底摩擦模拟及离心模拟。相似材料模拟，是采用力学上相似于原型材料的人工材料，按一定比例建造一个相似于原型的力学结构系统，施以相似于原型的载荷和工程活动，借以研究原型的力学过程及其结果。光测弹性材料模拟也是以模型研究原型的力学问题，相似条件只有其结构材料的弹性性质及型体的几何尺寸，研究的内容仅局限于弹性范围内的应力分布状态。底摩擦模拟，是把结构模型置于可定向平移的底盘上，借运行的底盘与模型之间产生的摩擦力模拟重力，研究工程岩体在重力场中的破坏机制。离心模拟是以离心力模拟重力的

4、模拟实验方法。基本概念3.相似原理（theoryofsimilarity）关于不同规模物理现象保持相似的条件的学说，是用于指导实验的理论。在实验研究中通常要解决以下三个问题:①实验中应该测量哪些物理量?②实验的结果应整理成什么形式?③实验求得的公式可以推广应用到什么样的范围中去?相似原理正是针对这些问题从实践中总结出来并用以指导实验研究的理论基础。模型试验模型与原型——将所研究的对象根据相似原理按比例制成的物体或系统叫模型。被研究的对象称为模型的原型。模型试验——按一定的几何、物理关系，用模型代替原型进行测试研究，并将试验结果用于原型的试验方法。模型试验的主要作用：1

5、.对复杂的、难以建立准确的数学模型的结构的力学行为进行研究，为设计和施工方案提供参考依据，直接服务于工程目的；2.为建立新的理论或数学模型提供依据；3.检验新理论或数学模型的正确性和实用性。模型试验的优点：直观性；单因素分析（试验对象的主要参数可控、主要因素影响可重复试验）；省时、省力、省物；适应性（弥补数学分析的不足）。模拟试验的局限性：相似条件/细部模拟/测试技术/干扰课程教学课程主要内容1.相似理论相似相似三定理单值条件2.相似材料3.模型设计与制作4.相似实验测试5.研究实例与实验课程考查：作业、实验、考试基本要求1.对于相似理论，应作到内容熟、概念清，能灵活

6、、熟练地应用，同时搞清其使用的条件和限制。2.对于相似材料，要求了解以石膏为主要成分的脆性相似材料的力学性能；掌握材料配比的原则和用正交试验进行材料配比的方法；初步学会测定材料力学指标的手段。3.对于模型设计，要求初步掌握从立项、选择相似材料、试验设备、测试方法到模型试验的整个程序。4.对于模型试验，要求了解模型制作、试验实施的全过程。对线弹性模型试验、破坏模型试验和地质力学模型试验等三种模型试验的特点和任务有所了解。5.学会数据的处理方法。参考文献1.李晓红.岩石力学实验模拟技术.科学出版社.20072.顾大钊.相似材料与相似模型.中国矿业大学出版社.19953.李

7、鸿昌.矿山压力的模拟试验.中国矿业大学出版社.19884.袁文忠.相似理论与静力学模型试验.西南交大出版社.19981.相似理论1.1相似的概念相似现象存在于自然、人类社会和人们的思维活动中。文学修辞中的比喻；表演艺术中的神似和形似；飞机和鸟儿的飞行。几何相似三角形相似条件：对应角相等，对应边成比例（比例系数相等）。相似关系分类：纵向相似-由于客观事物内部的物理、化学联系而形成相似关系；横向相似-由于系统与系统之间的相互联系和相互作用而形成的相似关系。相似现象：动力相似几何相似现象相似本质相似静态相似动态相似宏观相似微观相似物理相似：指具有相同性质的