聲學(xué)法礦用錨桿軸力監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、錨桿支護(hù)因其具有“高效、低成本”的特點(diǎn)，已廣泛運(yùn)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(chǎn)效率和安全生產(chǎn)條件的優(yōu)點(diǎn)。然而近年來，因?yàn)橹ёo(hù)失效所引發(fā)的冒頂、坍滑等事故時(shí)有發(fā)生，帶來難以預(yù)見的損失。因而,設(shè)法對(duì)錨桿力進(jìn)行準(zhǔn)確、高效、可靠的監(jiān)測，對(duì)保護(hù)經(jīng)濟(jì)、人身安全具有深遠(yuǎn)意義。國內(nèi)外各高校院所、科研機(jī)構(gòu)、各大礦區(qū)等設(shè)計(jì)和應(yīng)用的錨桿力檢測裝置和監(jiān)測設(shè)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(duì)巖體擾動(dòng)大。另外一類是諸如液壓式、純機(jī)械變形式等不需要電源供電的檢測裝置。然而，結(jié)構(gòu)過于復(fù)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(jié)了現(xiàn)有監(jiān)測裝置的基礎(chǔ)上，針對(duì)所存在的缺陷和不足，利用結(jié)構(gòu)固有頻率隨預(yù)應(yīng)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(jié)合的研究方法，設(shè)計(jì)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(nèi)容包括：⑴對(duì)所提出監(jiān)測裝置的工作原理和操作方法進(jìn)行簡要介紹，并利用機(jī)械振動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行相關(guān)公式的推導(dǎo)，對(duì)該監(jiān)測裝置的理論可行性進(jìn)行驗(yàn)證。⑵對(duì)監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)過程進(jìn)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(dǎo)入到有限元仿真軟件ANSYS14.5中完成對(duì)本監(jiān)測裝置的強(qiáng)度和模態(tài)分析。然后利用LMS Virtual.lab Acoustic聲學(xué)仿真平臺(tái)對(duì)本監(jiān)測裝置的聲學(xué)性能進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明所設(shè)

4、計(jì)的監(jiān)測裝置滿足強(qiáng)度需要，監(jiān)測裝置固有頻率與所受應(yīng)力之間呈近似線性規(guī)律變化，工作人員可以實(shí)現(xiàn)聽敲擊該監(jiān)測裝置發(fā)出聲音的頻率來判斷此時(shí)錨桿受力狀況這一終極目標(biāo)。⑶在對(duì)監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)過程及可行性進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，利用ANSYS14.5和LMS Virtual.lab Acoustic12.0聯(lián)合仿真平臺(tái)對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對(duì)監(jiān)測裝置的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)模態(tài)以及監(jiān)聽時(shí)的聽覺效果的影響進(jìn)行分析討論。結(jié)果表明：振動(dòng)板材料，振動(dòng)板厚度，上、下殼體厚度，振動(dòng)板有

5、效振動(dòng)高度，承載體直徑等發(fā)生改變后會(huì)對(duì)監(jiān)測裝置的各項(xiàng)性能造成不同程度的影響。⑷利用LMS Virtual.lab Acoustic12.0仿真平臺(tái)對(duì)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(duì)監(jiān)聽效果的影響進(jìn)行了分析討論。結(jié)果表明：激振力大小、位置和阻尼比的改變對(duì)監(jiān)測結(jié)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(duì)監(jiān)測裝置在實(shí)際工作時(shí)可能出現(xiàn)的“偏載”問題給最終監(jiān)測帶來的偏差進(jìn)行了分析。驗(yàn)證了在