二氧化碳气体膨胀器冲击凿岩的岩石破碎机理
岩石在外载作用下的应力状态、破碎过程以及破碎过程与外载性质之问的关系存在着一定的规律．这种规律通常称为岩石的破碎机理。
一、外载作用下半无限体岩石内的应力状态讨论岩石的应力状态的目的在于研究岩石在外载作用下的应力分布规律以及各种不同压模形tu寸应力分布的影响。
I．染中荷载作用下半无限体内的应力状态
设Z– 0的平面是半无限体的边界，如图4-10所示，在此平面上口点沿z轴方向作用一外加集中载荷尸。
在工程实践中，岩石的破碎并非是染中荷载作用的结果，往往是与破碎岩石的钎头形状有关。根据工程中钎头及齿的形状可以分为平底圆柱压模、球形压模和楔形压模，限于篇幅，本节只介绍比较简单的平底圆往压模压人岩石时岩石内的应力分布规律。
实际波形与理论上优波形的比较
(a）凿岩机实际应力波波形：（b）能低f专递效串达100%的理想应力波波形实际上，凿岩机活塞拉击钎尾时所产生的应力波在传播过程中，应力波振幅是衰减的而不是增加的，符合a=;mv冲e一气是一个按指数下降的曲线，如图4-7 (a)所示，其应力波幅在反射系数很高时就达到高位。因此，在开始阶段有相当多的能址以拉应力波形式反射回去，仅有一小都分能量传递到岩石上。随着钎头刃齿的逐渐凿人，接触面书遨来越大，应力波的透射率不断增加，但此时应力波现存的能世已经较低。所以，这种应力波波形是不可能得到较高的能量传递效率的，必须设法加以改善。可是，要制造符合理想波形的活塞形状是很困难的，如果能设法使实际应力波波形退近理想波形，或者使波形有一个较级和的前沿，对能量传递显然是有利的。
2.二氧化碳气体膨胀器的应力波波形改造伦德伯格详细地研究了应力波的峰位位置对能量传递效率的影响。他用一个三角形的波来近似描述实际波形，ff算了不同的顶点位置、同底等高三角形应力波的能测令递效率，根据峰值在前和在后，得出能量传递效率分别为61%-97%,如图4-8所示。
图4-9为若干种不同形状活塞的应力波波形比较示意图。从图中可以看出：
(I）双圆柱实心活塞波峰应力值高，有效波形部分较窄，所以能是传递效率较低，冲击凿人系统所受峰值应力大，易造成钎杆早期疲劳折断；
(2)双圆柱空心头部活塞是一种应力改造型，它使双圆柱活塞的峰在池力大为减小，并消除了应力波的尖峰，这不仅提高了凿人能址的效率，而且提高了钎杆的使用寿命：
(3）随着活塞杆直径变细，应力波峰位降低，有效应力波作用时间增长，凿人效率和冲击凿人系统使用寿命增加。当活塞与钎杆截面相等时，理论上将产生矩形应力波形。图4-9几种活塞形状应力波波形比较示意图
图4-8同底等高三角形应力波示意图卜双四让实心活塞‘2-jV国住空心头部活塞09tt活塞）：3一单圆住活塞：4一细长话塞：5－与杆杆等截面细长形活塞
2.平底圆柱压模压人岩石时岩石内的应力分布规律
二氧化碳气体膨胀器在实验室条件下测定岩石的压人硬度以及采用柱状合金钻进时，经常遇到的是平底圆往形压模的压人状态。
在这种状态下，作用力以p沿z轴方向压人岩石时，可近似地用弹性半无限体的方法来求解，采用圆柱坐标系。
压模在压人初期，接触面上的压力分布是非均匀的。由于弹性形变的产生，压力按均匀状态分布，如图4-11所示．初期压力沿圆的半径的分布表示为。
