Investigação da separação de fragmentos durante o corte de rocha com lâmina de serra circular baseada em ANSYS/LS

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 17346 (2022) Citar este artigo

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As lâminas de serra circular são amplamente utilizadas no processamento de pedra. O modelo de simulação numérica de corte de rocha dura com lâmina de serra circular baseado em ANSYS/LS-DYNA foi estabelecido para investigar o complexo problema dinâmico no corte de rocha. O mecanismo de ruptura da rocha e a influência dos parâmetros de corte na força de corte e nos fragmentos de rocha foram estudados por simulação numérica. Os resultados demonstraram que os modos de ruptura da rocha foram principalmente ruptura por tração com alguma ruptura por cisalhamento e ruptura por compressão. A força de corte e o número de fragmentos aumentaram com a velocidade de avanço. Com o aumento da velocidade de rotação da lâmina da serra circular, a força de corte e o número de fragmentos diminuíram e tenderam a se estabilizar. Com o aumento da distância entre as lâminas de serra circular, a força de corte e o número de fragmentos de rocha aumentam e então mantêm a estabilidade básica, e quando a distância entre as lâminas de serra circular dupla atinge 25 mm, formará uma placa de rocha completa e a interação da serra circular as lâminas diminuirão. A simulação numérica pode simular com precisão a quebra e a força da rocha quando uma lâmina de serra circular corta rocha.

As lâminas de serra circular são frequentemente usadas em muitas indústrias, como aquelas que cortam rocha dura, concreto e vidro. Para formações rochosas duras, o método de quebra da rocha e a força de corte durante o processo de corte da rocha com lâminas de serra circular são essenciais para os pesquisadores que projetam lâminas de serra circular e outras ferramentas de corte.

Muitos pesquisadores conduziram muitos estudos teóricos e ensaios experimentais e adotaram vários métodos de simulação numérica para considerar a força de corte no processo de corte de rocha com lâmina de serra circular. Xu et al. realizaram uma série de experimentos para estudar as características de corte e a relação de forças na serra circular1 e investigaram a energia e as forças de retificação de lâminas de serra circular de granito2. Huang et al. propuseram um modelo preditivo de potência de serra baseado na força tangencial3. Aslantas et al. pesquisaram o efeito da força de corte axial em uma lâmina de serra circular usada para cortar mármore4. Karakurt aplicou o método Taguchi para determinar a força de corte e variáveis ​​operacionais de uma lâmina de serra circular5. A energia específica de corte é um índice crítico de avaliação do desempenho de corte da lâmina de serra circular. Aydin et al. utilizou um experimento para pesquisar a influência das variáveis ​​operacionais e propriedades da rocha na energia específica6. Yurdakul et al. estudaram a previsão específica de energia de corte por métodos estatísticos7. Ersoy et al. investigaram os efeitos dos parâmetros da rocha nas propriedades de corte de lâminas de serras circulares com diferentes taxas de avanço e profundidades de corte8. Kahraman et al. estabeleceram modelos que avaliavam a produção de placas e propriedades da rocha com uma série de medições de desempenho de serras circulares de grande diâmetro9.

Muitos estudiosos estudaram a serrabilidade, os danos, os fragmentos de rocha e o desgaste das lâminas de serras circulares. Güney estabeleceu um modelo para prever o desempenho de uma serra de grande diâmetro com base na dureza da superfície da rocha, que pode ser usado para prever a serrabilidade do carbonato10. Fener et al. utilizaram análise de regressão simples e múltipla para pesquisar as correlações entre serrabilidade e propriedades da rocha 11. Ersoy et al.12 e Aydin et al.13 pesquisaram a influência dos parâmetros operacionais e das características da rocha cortada no desgaste de uma serra circular. Zeng et al.14 estudaram a influência dos parâmetros de corte nos danos em carvão e rocha com corte com lâmina de serra circular. Tang et al.15 e Liu et al.16 pesquisaram danos em rochas com base em um modelo estatístico constitutivo de danos em rochas. Os fragmentos de rocha foram estudados por Lu et al. baseado em LS-DYNA17. Aydin et al.18 investigaram a previsão do desempenho da lâmina de serra com base na rede neural artificial e na análise de regressão. Tumac et al. estudaram o desempenho de corte com lâmina de serra circular de grande diâmetro19 e a previsão do desempenho de serrabilidade de grande diâmetro20. Turchetta et al.21 estudaram a força de corte e o desgaste da lâmina de serra circular sob alta velocidade. Wang et al.22 investigaram o corte de rocha com lâmina de serra circular com método de simulação numérica. No entanto, o artigo estudou a influência dos parâmetros de corte da lâmina de serra no dano à rocha e na força de corte, no processo de corte de rocha com lâmina de serra circular com profundidade de corte constante. Mas há menos pesquisas sobre o fragmento de rocha com corte de lâmina de serra circular, e eles investigaram os parâmetros de corte da influência da lâmina de serra flexível na deformação da lâmina de serra e danos à rocha sem o fragmento de rocha no processo de corte de lâmina de serra circular em rocha verticalmente23. Lu et al.24 investigaram a placa cônica de quebra de pedra que é formada pela lâmina de serra circular cortando rocha, mas não há investigação sobre a lâmina de serra circular cortando rocha. Tao et al.25 estudaram a lâmina de serra circular cortando pedra com o método de simulação de elementos finitos de dinâmica não linear, o artigo estudou a regra de movimento e o mecanismo de desgaste. Wicaksana et al.26 investigaram a quebra de rocha com picador no processo de corte com método de simulação numérica considerando as propriedades dinâmicas da rocha. No artigo, a investigação está considerando as propriedades dinâmicas da rocha.