Расчет термических напряжений в образце горной породы при его нагревании средствами COMSOL Multiphysics
Возможности пакета Comsol Multiphysics при моделировании мультифизических задач. Расчет напряжений, возникающих в образце горной породы, имеющем форму параллелепипеда, при его нагревании с линейно возрастающей температурой на боковых гранях 0°-1000°С.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.01.2019 |
| Размер файла | 196,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Статья по теме:
Расчет термических напряжений в образце горной породы при его нагревании средствами COMSOL Multiphysics
Ишмухаметов Рустем Айдарович, студент магистратуры, кафедра математического моделирования, факультет математики и информационных технологий, Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета, г. Стерлитамак
Аннотация
Все возможности пакета COMSOL Multiphysics раскрываются при моделировании мультифизических (междисциплинарных) задач. Одной из таких является задача расчета термических напряжений в образце горной породы при её нагревании. В ходе решения задачи должны быть учтены как законы механики, так и тепловые законы.
Ключевые слова: механическое напряжение, моделирование, comsol.
Достоинством программного пакета COMSOL Multiphysics является возможность проведения расчетов с использованием нескольких физических законов.
В качестве примера рассмотрим расширение задачи о расчете температурного градиента, рассмотренной выше. При существовании температурного градиента области с различной температурой, находящиеся рядом, будут расширяться с разной степенью, что приведет к возникновению механических напряжений.
Рассмотрим расчет напряжений, возникающих в образце горной породы, имеющем форму параллелепипеда, при его нагревании с линейно возрастающей температурой на боковых гранях от 0°С до 1000°С.
Образец будет иметь форму параллелепипеда с размерами поперечного сечения 20 х 20 мм и высотой 10 мм.
comsol multiphysics горный порода
Рис. 1 - Геометрия модели
Мультифизическая модель объединяет уравнения расчета плоских деформаций Plane Strain в разделе структурной механики Structural Mechanics и теплопередачи в разделе Heat Transfer.
Механические процессы протекают гораздо быстрее, чем тепловые, поэтому их длительностью в данном случае можно пренебречь, и в задачах структурной механики будет рассматриваться статическая модель. Поведение моделируемой конструкции описывается системой дифференциальных и алгебраических уравнений следующего вида.
Законы механики. В основы расчетов заложен принцип виртуальной работы, который для плоского напряженного состояния описывается уравнением
(1)
где W - общая накопленная энергия, дW - ее приращения, буквами е с соответствующими коэффициентами обозначены деформации, а буквами у - напряжения, буквами F обозначены векторы сил.
Тепловые законы. Для расчета переходного теплового режима используется уравнение теплопроводности в виде
(2)
где с - плотность; Ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, Т (х ,y,z,t)- температура в точке с координатами х, у, z; t - время; к - коэффициент теплопроводности (теплопроводность); T - температура; Q(t) - тепловые источники (плотность теплового потока).
Введя необходимые константы материала, установив граничные условия и формулы для подсчета напряжений, было получено изображение деформированного образца (рис. 2). Установив флажки на Max/min marker и Subdomen max/min data, получим максимальное и минимальное значения горизонтального, вертикального и сдвигового напряжений.
Рис. 2 - Изображение деформированного при нагревании образца горной породы
Литература
1. Вознесенский A. С. Компьютерные методы в научных исследованиях. Часть 2. Компьютерное моделирование физических объектов и процессов горного производства: Учебник для студентов специальности 130401 «Физические процессы горного или нефтегазового производства». М.: МГГУ, 2011, 107 с.
2. Сайт компании разработчика пакета COMSOL Multiphysics. [Электронный ресурс]. / www.comsol.com. Режим доступа: http://www.comsol.com/, свободный.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Механические характеристики горных пород. Отбор проб горной породы для физических испытаний. Определение предела прочности горной породы при одноосном сжатии, устойчивости и нагрузки на обделку подземных сооружений. Паспорт прочности горной породы.
лабораторная работа [184,6 K], добавлен 27.05.2015Физические свойства коллекторов, их виды, классификация, геометрические параметры. Гранулометрический состав породы. Составляющие нормального поля напряжений. Деформационные и прочностные свойства горной породы. Порядок насыщения пористой среды.
презентация [2,7 M], добавлен 15.03.2015Разновидности воды в горной массе. Гигроскопичность - способность горной массы поглощать пары воды. Условия протекания процессов сушки. Тепло- и массообмен при сушке горной породы. Брикетирование горного сырья, процесс агломерации руды и обжига окатышей.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 04.12.2012Процесс формирования осадочной горной породы. Основные формы залегания, дислокации осадочных горных пород, их виды. Обломочные, органогенные, хемогенные породы и породы смешанного происхождения. Разлом, относительно которого произошло смещение слоев.
курсовая работа [550,1 K], добавлен 10.07.2015Определение твердости горной породы, коэффициента пластичности и работы разрушения, осевой нагрузки на долото при бурении из условия объемного разрушения горной породы, мощности, затрачиваемой лопастным долотом. Механические характеристики горных пород.
контрольная работа [198,3 K], добавлен 01.12.2015Образование магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Основные виды горных пород и их классификация по группам. Отличие горной породы от минерала. Процесс образования глинистых пород. Породы химического происхождения. Порода горного шпата.
презентация [1,2 M], добавлен 10.12.2011Способы определения плотности горных пород. Механические свойства, твердость и абразивность. Основные характеристики магнитных и акустических свойств горной породы. Характеристика электромагнитных свойств, их роль в разведке полезных ископаемых.
контрольная работа [101,4 K], добавлен 14.06.2016Определение параметра устойчивости горной выработки. Разработка паспорта буровзрывных работ. Выбор формы и определение размера поперечного сечения выработки. Особенности уборки горной породы. Выбор схемы и оборудования дня проветривания выработки.
курсовая работа [137,1 K], добавлен 07.02.2010Исследование схемы стандартной буровой установки. Описание оборудования, предназначенного для подъема и спуска бурильной колонны и обсадных труб в скважину, удержания колонны на весу во время бурения. Разрушение горной породы. Вынос породы из скважины.
лекция [201,3 K], добавлен 28.11.2014Особенности строения Земли, свойства ее слоев. Характеристика земной коры и ее значение для людей. Строение мантии и ядра. Понятие горной породы, классификация по способу происхождения. Описание и свойства осадочных, магматических и метаморфических пород.
презентация [824,1 K], добавлен 04.04.2012Процесс формирования осадочной горной породы. Образование нефтяной залежи. Стадии метаморфизма угля. Распространение органогенных горных пород в Краснодарском крае. Углеводородное и энергетическое сырье. Добыча основных органогенных горных пород.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 09.07.2013Определение размеров поперечного сечения выработки. Расчет физико-механических свойств пород. Оценка напряженного состояния пород, расчет устойчивости и выбор крепи. Погрузка породы и маневрово-транспортные операции. Режим работы рудника и рабочих.
реферат [202,2 K], добавлен 18.09.2014Выбор формы и расчёт размеров поперечного сечения выработки. Цикл проходки откаточного штрека. Подбор проходческого оборудования. Расчет паспортов буро-взрывных работ, проветривания забоя, погрузки породы, крепления. Стоимость проведения горной выработки.
курсовая работа [59,2 K], добавлен 07.02.2016Методология формирования интегральной горной ренты. Методы расчета интегрально-дифференциальной горной ренты в угольной промышленности. Расчет горной ренты в отраслях ТЭКа. Объединение угольной отрасли с нефтедобывающей и газодобывающей отраслями.
творческая работа [78,0 K], добавлен 29.01.2009Выбор формы поперечного сечения и типа крепи выработки. Выбор и обоснование способа проходки. Определение основных и вспомогательных операций горнопроходческого цикла. Расчет параметров буровзрывных работ. Погрузка и транспортировка горной породы.
курсовая работа [355,7 K], добавлен 20.09.2015Выбор формы поперечного сечения выработки и материала крепи. Определение площади поперечного сечения. Проектирование и расчет буровзрывных работ. Проветривание горных выработок. Расчет прочных размеров горной крепи. Организация работ по уборке породы.
курсовая работа [301,8 K], добавлен 02.04.2015Определение размеров поперечного сечения горной выработки. Расположение коммуникаций. Выбор типа крепи и расчет материалов. Схема проведения выработок. Расчет проветривания тупиковой их ветви. График работ. Технико-экономические показатели проходки.
контрольная работа [62,8 K], добавлен 28.10.2013Общие сведения о горной выработке, технология процесса бурения. Характеристика кварца, его виды и свойства. Инструменты для бурения шпуров, расчет их необходимого количества. Применение взрывоопасных веществ. Поддержание параметров рудничного воздуха.
контрольная работа [2,5 M], добавлен 11.10.2012Открытый способ добычи полезных ископаемых - основа функционирования и развития горной промышленности. Краткая геологическая и горнотехническая характеристика месторождения. Режим работы карьера, общая организация работ. Подготовка горной массы к выемке.
курсовая работа [11,5 M], добавлен 28.03.2010Определение площади, формы поперечного сечения и вида крепи выработки. Расчет анкерной крепи. Сопротивление пород сжатию в кровле. Технология проведения горной выработки и организация проходческих работ. Разработка графика цикличной организации проходки.
контрольная работа [76,8 K], добавлен 10.03.2013
