산업용 실험실 유압 프레스의 주요 기능은 지하 깊은 곳에서 발생하는 엄청난 수직 압력을 재현하는 것입니다. 21MPa의 지층 압력과 같은 고정밀 등가 수직 하중을 가함으로써, 이 기계는 암석 면 주변의 응력 조건에 대한 제어된 물리적 모델을 생성합니다. 이러한 능력 덕분에 연구자들은 암석 질량이 심부 도로 굴착의 복잡한 과정 동안 어떻게 거동하는지 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다.
이 장비는 암석 역학 연구의 물리적 기반 역할을 하며, 시뮬레이션된 심부 지구 조건 하에서 변형, 손상 축적 및 균열 전파를 정확하게 관찰하는 데 필요한 안정성을 제공합니다.
현실적인 물리적 환경 구축
수직 지층 압력 시뮬레이션
심부 도로는 위에서 누르는 엄청난 지구의 무게 아래에 존재합니다. 이를 효과적으로 연구하기 위해서는 이론적 모델만으로는 부족합니다.
유압 프레스는 이 자연적인 덮개 하중을 모방하기 위해 시편에 특정 계산된 하중을 가합니다. 예를 들어, 21MPa의 하중을 가하면 지질층의 압축력을 효과적으로 재현할 수 있습니다.
굴착 및 하중 제거 모델링
터널을 굴착하면 지지력이 제거되어 "하중 제거"라고 알려진 응력 재분배가 발생합니다. 유압 프레스는 이 동적인 과정을 시뮬레이션하는 데 필수적입니다.
압력을 조절함으로써 연구자들은 이러한 구속 압력이 변경될 때 주변 암석이 어떻게 반응하는지 관찰할 수 있습니다. 이는 도로 건설의 즉각적인 물리적 결과를 보여줍니다.
중요 암석 역학 데이터 캡처
변형 및 손상 관찰
고응력 조건 하에서 암석은 정적이지 않고 변형됩니다. 프레스는 이 변형을 유발하고 측정하는 데 필요한 제어된 힘을 제공합니다.
이를 통해 암석 질량 내에서 시간이 지남에 따라 손상이 어떻게 축적되는지 정밀하게 연구할 수 있습니다.
균열 전파 추적
심부 채굴의 가장 위험한 측면 중 하나는 암석의 파쇄입니다. 유압 프레스는 균열 전파의 시각화 및 분석을 가능하게 합니다.
연구자들은 균열이 어떻게 시작되고 퍼지는지 지도화할 수 있으며, 이는 도로 붕괴 가능성을 예측하는 데 중요한 데이터를 제공합니다.
절충점 이해: 안정성 대 정확성
압력 유지의 필요성
이러한 프레스의 가장 중요한 작동 요구 사항은 압력 유지 중의 안정성입니다.
유압 램이 완벽하게 일정한 하중을 유지할 수 없다면 시뮬레이션은 실패합니다. 압력의 사소한 변동조차도 데이터를 왜곡하여 실험을 무효화할 수 있습니다.
응력장 진화에 대한 영향
응력장 진화의 정확한 매핑은 기계의 정밀도에 전적으로 달려 있습니다.
불안정한 프레스는 변위에 대한 잡음이 많은 데이터를 생성합니다. 이는 실제 암석 움직임과 기계 오류를 구별하는 것을 불가능하게 만듭니다.
목표에 맞는 올바른 선택
심부 도로 시뮬레이션을 위해 유압 프레스를 효과적으로 사용하려면 기계의 기능을 특정 연구 목표와 일치시켜야 합니다.
- 정확한 시뮬레이션이 주요 초점이라면: 21MPa 하중이 변동 없이 일정하게 유지되도록 고급 압력 유지 기능을 갖춘 프레스를 우선적으로 고려하십시오.
- 파괴 분석이 주요 초점이라면: 장비 설정이 중요한 하중 제거 단계 동안 균열 전파를 고해상도로 관찰할 수 있도록 해야 합니다.
고정밀 시뮬레이션은 굴착이 시작되기 전에 심부 암석 지층의 실제 거동을 이해하는 유일한 경로입니다.
요약 표:
| 기능 | 심부 도로 시뮬레이션에서의 기능 | 연구에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 수직 하중 | 지층 압력 재현 (예: 21MPa) | 현실적인 심부 지구 응력 환경 조성 |
| 하중 제거 시뮬레이션 | 굴착 중 응력 재분배 모델링 | 건설 중 암석 질량 거동 공개 |
| 압력 안정성 | 유지 중 일정한 하중 유지 | 데이터 정확성 보장 및 기계 오류 노이즈 방지 |
| 변형 추적 | 측정을 위한 제어된 힘 제공 | 손상 및 균열 전파의 정밀한 매핑 허용 |
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참고문헌
- Dianrui Mu, Junjie Wang. A coupled hydro-thermo-mechanical model based on TLF-SPH for simulating crack propagation in fractured rock mass. DOI: 10.1007/s40948-024-00756-y
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