聲學法礦用錨桿軸力監(jiān)測裝置的設計與研究.pdf

1、錨桿支護因其具有“高效、低成本”的特點，已廣泛運用于礦山、隧道、橋梁、基坑等工程中，使得施工環(huán)境得到顯著改善，并且還具有提高生產效率和安全生產條件的優(yōu)點。然而近年來，因為支護失效所引發(fā)的冒頂、坍滑等事故時有發(fā)生，帶來難以預見的損失。因而,設法對錨桿力進行準確、高效、可靠的監(jiān)測，對保護經濟、人身安全具有深遠意義。國內外各高校院所、科研機構、各大礦區(qū)等設計和應用的錨桿力檢測裝置和監(jiān)測設備主要包括兩大類。一類是諸如光纖光柵式、鋼弦式等需要電源

2、供電的傳統(tǒng)錨桿力檢測裝置。該類檢測裝置普遍存在的問題有：誤差值大、穩(wěn)定性不足、不易管理、對巖體擾動大。另外一類是諸如液壓式、純機械變形式等不需要電源供電的檢測裝置。然而，結構過于復雜、成本較高、誤差大且不易推廣是該類檢測裝置普遍存在的不足。本文在總結了現(xiàn)有監(jiān)測裝置的基礎上，針對所存在的缺陷和不足，利用結構固有頻率隨預應力不同而發(fā)生改變的原理，采用理論分析和模擬仿真相結合的研究方法，設計出一種通過聽不同頻率聲音判斷錨桿力的新型監(jiān)測裝置。<

3、br>　　本研究主要內容包括：⑴對所提出監(jiān)測裝置的工作原理和操作方法進行簡要介紹，并利用機械振動的相關知識，進行相關公式的推導，對該監(jiān)測裝置的理論可行性進行驗證。⑵對監(jiān)測裝置的設計過程進行介紹：利用三維建模軟件Pro/E5.0建立監(jiān)測裝置的仿真模型，導入到有限元仿真軟件ANSYS14.5中完成對本監(jiān)測裝置的強度和模態(tài)分析。然后利用LMS Virtual.lab Acoustic聲學仿真平臺對本監(jiān)測裝置的聲學性能進行分析。分析結果表明所設

4、計的監(jiān)測裝置滿足強度需要，監(jiān)測裝置固有頻率與所受應力之間呈近似線性規(guī)律變化，工作人員可以實現(xiàn)聽敲擊該監(jiān)測裝置發(fā)出聲音的頻率來判斷此時錨桿受力狀況這一終極目標。⑶在對監(jiān)測裝置的設計過程及可行性進行介紹的基礎上，利用ANSYS14.5和LMS Virtual.lab Acoustic12.0聯(lián)合仿真平臺對結構參數(shù)的改變對監(jiān)測裝置的強度、結構模態(tài)以及監(jiān)聽時的聽覺效果的影響進行分析討論。結果表明：振動板材料，振動板厚度，上、下殼體厚度，振動板有

5、效振動高度，承載體直徑等發(fā)生改變后會對監(jiān)測裝置的各項性能造成不同程度的影響。⑷利用LMS Virtual.lab Acoustic12.0仿真平臺對所施加激振力的大小和位置，阻尼比，以及監(jiān)測人員與監(jiān)測裝置所呈角度、距離的不同對監(jiān)聽效果的影響進行了分析討論。結果表明：激振力大小、位置和阻尼比的改變對監(jiān)測結果無影響，監(jiān)測人員與監(jiān)測裝置間沒有固定的位置要求。⑸對監(jiān)測裝置在實際工作時可能出現(xiàn)的“偏載”問題給最終監(jiān)測帶來的偏差進行了分析。驗證了在