نگاهی به اسم او

جواد شاکری
چکیده پایان نامه کارشناسی ارشد
عنوان : تحلیل لرزه ای تونل انتقال آب به روش کوپل المانهای محدود و نامحدود
امروزه سازه های زیرزمینی مانند خطوط لوله های فاضلاب ، آب ، مترو ، تونل و غیره نقش بسیار حائز اهمیتی در زندگی کنونی جوامع داشته و بعنوان شریانهای حیاتی یک مملکت قلمداد می شوند . بنابر این این گونه سازه ها  باید در برابر بارهای وارده مخصوصا نیروهای زلزله مقاومت داشته باشند .
تاکنون روش های متعدد زیادی برای تحلیل استاتیکی تونل ها ابداع شده و بکار رفته اند ولی در محدوده بارهای دینامیکی از جمله بارهای ناشی از زمین لرزه   earthquake loading )) تعداد روش های مناسب تحلیل بسیار اندک و اغب توام با محدودیت های خاص خود و نواقص احتمالی ناشی از فرضیات ساده کننده هستند .
یکی از روش های جدید و مناسب برای تحلیل سازه های ژئوتکنیکی همانند تونل ها ، تکنیک کوپل المان های محدود – نامحدود  ( finite-infinite coupled technique)  می باشد . این تکنیک با توسعه تکنولوژی کامپیوتر و همگام با آن تکنیک های عددی ، با سرعت چشمگیری درحال پیشرفت است و کاربرد آن بویژه در مسائل اندرکنش خاک و سازه بشکل فزاینده ای در حال افزایش است . ابزار اصلی مورد استفاده در این تحقیق یک نرم افزار نسبتا کارآمد (‌اما غیر تجاری ) اجزاء محدود می باشد که مناسب تحلیل دینامیکی سازه های ژئوتکنیکی من جمله تونل  ها است . این نرم افزار قابلیت مدل نمودن محیط گسترده تا بی کران این سازه ها را با تکنیک کوپل المان های محدود و نامحدود دارد و بنا بر این به راحتی می تواند برای تحلیل اندرکنش خاک – سازه بکار رود .
دراین تحقیق با استفاده از تکنیک یاد شده در فوق پاسخ لرزه ای یک تونل تحت فشار ( power tunnel ) نمونه ساخته شده در کشور ، تحت اثر فرکانس های مختلف امواج مورد بررسی قرار می گیرد و نتایج به دست آمده ، با نرم افزار تجاری و معروف ansys 5.6 مقایسه می شود . نتایج نشان می دهند که در نرم افزارهای تجاری موجود ، استفاده از مدل  فنر – دمپر برای مدل سازی قلمروی دور به روش مرسوم پاسخ مطلوبی را به دست نمی دهد ، مگر این که روش جدیدتری در این خصوص ارائه شود ، همچنین مقایسه نتایج تحلیل در حالت تونل خالی و پر از آب به علت ناچیز بودن نیروهای استاتیکی و هیدرودینامیکی ناشی از آب در مقابل نیروهای عظیم زمین  لرزه تفاوت چشمگیری نداشته است .
واژه های کلیدی : تحلیل لرزه ای ، المان های محدود و نامحدود ، ژئوتکنیک لرزه ای 
 

 

در موضوع: استخراج معدن

تحلیل سیستم باربرى معدن سنگ آهن چادرملو

   خلاصه مطالب:

     معدن سنگ آهن چادرملو با استفاده از ماشین آلات اصلى و کمکى تجهیز شده و از سال 1376 مورد بهره برداری قرار گرفته است. در حال حاضر ساعات قابل توجهى از عمر مفید ماشین آلات باربری موجود باقیمانده است. در این مطالعه در ابتدا شرایط فعلى ماشین آلات باربری از نظر ظرفیت کاری مورد بررسى قرار گرفته است. بدین منظور داده های عملیاتى- تاریخى این ماشین آلات برای یک دوره یک ساله جمع آوری و سپس این اطلاعات پردازش شده است. مطالعات نشان داده است که با افزودن بر ساعات فعال موثر، بهره وری کامیونهای موجود 80 تا 100 درصد قابل افزایش است. در این خصوص تامین به هنگام قطعات یدکى از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به برنامه تولید هفده سال باقیمانده از عمر معدن و بررسى عملکرد آنها در دوره مطالعه، تعداد ماشین آلات باربری در سالهای آتى پیش بینى و زمان مناسب برای خرید ماشین آلات جدید پیشنهاد شده است.

   واژه هاى کلیدى: ماشین آلات، باربرى، معدن، سنگ آهن

  

  

   پیش گفتار:

     ماشین آلات معادن روباز 50 تا 60 درصد کل هزینه های معدنکاری را به خود اختصاص مى دهند لذا تجزیه و تحلیل ماشین آلات، تعیین کننده بقا و سود آوری معدن مى باشد. انتخاب نوع، تعداد و ظرفیت ماشین آلات به عوامل متعددی بستگى دارد که مهمترین آنها در جدول 1 در، شده است(1).

   معدن سنگ آهن چادرملو در 120 کیلومتری شمال شرق سهر یزد و 65 کیلومتری معدن سنگ آهن چغارت در دامنه رشته کوه هایى که در امتداد شمال غربى- جنوب شرقى فروانتادگى بافق را همراهى مى کنند، واق شده است. موقعیت جغرافیایى این معدن 32 درجه و 17 دقیقه عرض شمالى و 55 درجه و 30 دقیقه طول شرقى مى باشد. کانسار چادرملو از دو آنومالى شمالى و جنوبى تشکیل شده است(2).استخراج از آنومالى شمالى معدن در شهریور 1374 بطور رسمى شروع شده است. پیت معدن به شکل قلب با پهنای حدود 960 متر و عمق ماکزیمم 225 متر برای مدت 30 سال طراحى شده است(3).

  

   متن اصلی:
     به منظور باربری در معدن سنگ چادرملو 12 کامیون مورد استفاده قرار مى گیرد که در حال حاضر از عمر مفید این کامیونها مقادیر قابل توجهى باقیمانده است. در این مطالعه، در ابتدا با ایجاد یک بانک اطلاعاتى، عملکرد کامیونها مورد بررسى و سپس تعداد کامیونهای لازم در سالهای آتى پیش بینى و زمان مناسب برای خرید کامیونهای جدید پیشنهاد شده است.

جدول 1- عوامل موثر در انتخاب نوع ،تعداد و ظرفیت ماشین آلات معدن

برنامه ریزى نولید معدن
بر اساس برنامه ریزی تولید در طول هفده سال باقیمانده از بهره برداری معدن چادرملو، در مجموع 149.812میلیون تن سنگ آهن از توده های شمالى و جنوبى استخراج خواهد شد. در این مدت جم سنگ معدن حمل شده به سنگ شکن ها با احتساب حمل از انباشتگاه کسید به میزان 23.202
میلیون تن به173.014 میلیون تن بالغ خواهد شد. از این مقدار سنگ حدود 9.114 میلیون تن برای تولید لمپ که در کوره های بلند مورد استفاده قرار مى گیرد، اختصاص مى یابد. میانگین نسبت باطله برداری معدن در طو این مدت 1: 67/0 تن بر تن است(4).
بررسى عملکرد کامیونهاى موجود
در معدن سنگ آهن چادرملو در حال حاضر 12 کامیون معدنى مدل CAT785 با میانگین کارکرد 16310 ساعت مشغول فعالیت مى باشند. ظرفیت باربری این کامیونها حداکثر 135 تن متریک است. به منظور بررسى وضعیت کامیونهای موجود در دوره زمانى یک ساله از عملیات کامیونها زمان سنجى به عمل آمده است و در نهایت یک بانک اطلاعاتى از عملکرد یکساله آنها تهیه شده است. در این بانک اطلاعاتى نوع و مدت توقف دستگاهها اعم از توقفهای تعمیراتى و غیر تعمیراتى، نوع و مدت فعالیت انجام شده و شرایط محل کار، زمان کارکرد، حجم عملیات، مدت و علت توقف و خرابى، نوع سنگ و محل کار، فواصل حمل بر اساس محل کار آنها در برهه زمانى یک ساله( شامل 350 روز )ثبت و سپس این اطلاعات پردازش شده است.
در جدول 2 وضعیت کارکرد( راهبری، سرویس و تعمیرات )کامیونها در، شده است. همانطور که ملاحظه میشود از جمع مدت 15968 ساعت توقف تعمیراتى کل کامیونها، 3056 ساعت آن صرف تعمیرات و مابقى بابت نبود قطعه گزارش شده است. بیشترین زمان توقف تعمیراتى مربوط به کامیون 8 بوده که در دوره تحت بررسى ازگردونه کار خار، بوده است. متوسط ساعات فعال هر کامیون در دوره تحت بررسى 02/51 ساعت در هفته بوده است. زمان ذخیره یا زمانى که ماشین از نظر فیزیکى آماد ه به کار است ولى به دلایلى به کار گماشته نمى شود، 6/15931 ساعت و زمان تعمیرات پیش بینى نشده 9524 ساعت مى باشد. مشاهده مى شود که زمان ذخیره و زمان تعمیرات پیش بینى نشده مدت قابل توجهى از کارکرد کامیونها را شامل مى شود. میزان زمان ذخیره نسبت به زمان فعال موثر حدود 81 درصد است که رقم بسیار نامناسبى است. استمرار زمانهای توقف کامیونها به علت نبود قطعات یدکى باعث شده است که جمع زمان توقف تعمیراتى به زمان فعال موثر نیز 81 درصد شده و این در حالى است که حدود 60 درصد زمان تعمیرات، زمان مربوط به تعمیرات پیش بینى نشده است که هر دو رقم، ارقام نامتناسبى است. نتایج زمان سنجیها نشان مى دهد که مى توان با ایجاد شرایط مناسب، ظرفیت حمل را به طور نسبى برای کامیونها افزایش داد.

جدول 2- پارامترهای زمانی کارکرد کامیونها در معدن در دوره مورد مطالعه (واحد:ساعت)

 

ادامه جدول 2:

 

ادامه جدول 2.

 

ادامه جدول 2

بررسى عناصر زمانى وضعیت کامیون در حالت آمادگى به کار، نشان مى دهد که رقم مربوط به تاخیرهای ثابت بسیار بالا مى باشد. بالا بودن این رقم باعث کاهش ضریب کاربری در حدود 60 درصد شده است. به همین دلیل در صورت تامین به موقع قطعات یدکى و اضافه کردن زمان توقف ناشى از نبود قطعه و یا ساعات ذخیره به ساعات قابل دسترس کامیونها، حالات مختلفى در توزیع زمانى فعالیت کامیونها پیش مى آید که نتایج آن در جدول 3 در، شده است. در این جدول منظور از زمان برنامه ریزی شده زمانى است که برای انجام فعالیت تولیدی پیش بینى میشود. این زمان از جمع زمان آمادگى به کار و زمان تعمیرات پیش بینى نشده بدست مى آید. زمان آمادگى به کار بخشى از زمان برنامه ریزی شده است که حاصل جمع سه زمان بیکاری، زمان فعال موثر و تاخیرهای ثابت مى باشد. در زمان فعال موثر، کامیون در یکى از وضعیتهای بارگیری، حمل، تخلیه، رجعت، انتظار و به طور کلى واجد یکى از عناصر تشکیل دهنده چرخه بارگیری- باربری است. تاخیرهای ثابت زمانهای نهار و غذا، استراحت، تعویض شیفت، آتشکاری، تاخیر و تعجیل در ورود و خرو، و... را شامل مى شود.
در جدول مذکور سه حالت بررسى شده است. حالت اول، حالت واقعى دوره تحت مطالعه را نشان میدهد. در این حالت، وضعیت A وضعیتى است که در عمل واقع شده است و در وضعیت B زمان ذخیره حذف و به نسبت بین سایر زمانها تقسیم شده است. ملاحظه مى شود نسبت های زمانهای فعال در وضعیت B به وضعیت A در حالت اول معادل 33/1 درصد است. این بدان معنى است که با برنامه تدارک قطعه و تعمیرات موجود در دوره تحت بررسى، توان واقعى ناوگان کامیونها تا 33 درصد قابل افزایش بوده است.
حالات دوم بر این فرض استوار است که کر قطعات یدکى به موقع تدارک شود، چه تغییراتى در میانگین توزیع وضعیت زمانى کامیونها حاصل مى شود. لذا در حالت دوم، زمان نبود قطعه از زمان تعمیرات حذف و ابتدا به زمان ذخیره اضافه شده است( وضعیت A) . در این حالت نیز با توزیع نسبى زمان ذخیره، بین کلیه زمانها، زمان فعال در طول هفته برای هر کامیون از 02/51 به 98/91 ساعت افزایش یافته است. به عبارت دیگر نسبت وضعیت B در این حالت به وضعیت A، 180 درصد است. این بدان معناست که اگر برای مجموع زمان توقف کامیونها، که ناشى از عدم تدارک به هنگام قطعات یدکى مورد نیاز است، تدارک به هنگام قطعات یدکى برنامه ریزی شود، توان کامیونها مى تواند تا 8/1 برابر توان موجود افزایش یابد.
در حالت دوم زمان تاخیرهای ثابت به نسبت افزایش یافته ولى زمان تعمیرات و در نتیجه نسبت تعمیرات کاهش یافته است. در صورتى که در زمانهای تاخیر ثابت نیز صرفه جویى شود و همچنین نسبت زمان کل تعمیرات به زمان فعال موثر از15/0 به 25/0 جهت تامین مدت تعمیرات لازم، افزایش داده شود وضعیت B در حالت سوم بوجود مى آید. در این حالت میزان ساعات فعال در طول هفته برای هر کامیون از 02/51 به 103 ساعت افزایش یافته است. به عبارت دیگر نسبت وضعیت B در این حالت به وضعیت A، 200 درصد است. بعبارتى میتوان انتظار داشت که مشروط به ثابت بودن بقیه شرایط، توان کامیونها تا 2 برابر قابل افزایش باشد.
تولید کانسنگ و باطله در دوره مورد مطالعه، معادل 46/14 میلیون تن بوده است. با توجه به جدول 2 در وضعیت B، با افزودن بر ساعات فعال موثر، توان تولید سالیانه ناوگان کامیونهای موجود( مشروط به ثابت ماندن سایر شرایط در برهه زمانى تحت بررسى مطابق نتایج زمان سنجى ها )در حالتهای 2 و 3 به ترتیب به 29 و 26 میلیون تن خواهد رسید. این ارقام حداقل ظرفیت قابل حمل کامیونها در حال حاضر و در شرایط تحت بررسى است. این که کدامیک از ارقام فوق در شرایط تحت بررسى قابل حصول باشد به در اختیار داشتن نقدینگى کافى برای خرید به هنگام قطعات یدکى، اعمال مدیریت و سازماندهى و برنامه ریزی دقیق در اجرای انواع تعمیرات مربوطه بستگى دارد.
بدیهى است که در طول عمر باقیمانده از ناوگان موجود، به تدریج از یک سو زمان تعمیرات صرف شده به علت افزایش سطح فرسودگى و استهلد د دستگاهها و از سوی دیگر به علت افزایش فاصله حمل و فراز راه، توان مجموعه کامیونها، در کلیه حالات کمتر از مقادیر فوق خواهد بود.

جدول 3- نتایج پردازش داده های مربوط به پارامترهای زمانی کارکرد کامیونها (واحد: ساعت در هفته )

برآورد تعداد کامیون مورد نیاز
بر اساس برنامه تولید هفده ساله معدن، باربری در سالهای اول الى سیزدهم شامل حمل سنگ از توده شمالى معدن و از دپوهای سنگ آهن اکسیده به سنگ شکن و حمل باطله از معدن به خاکریزهای باطله است. از سال چهارده الى هفده، حمل سنگ از توده جنوبى معدن جایگزین حمل از دپوهای کسیده خواهد شد و حمل کانسنگ و باطله به مقصد های یاد شده دیگر، کماکان ادامه خواهد یافت. جهت انباشت باطله در بخش شمالى و جنوبى معدن دو محل در نظر گرفته شده است. بر اساس اطلاعات موجود تا سال هفتم باطله های استخراجى به انباشتگاه شمالى و از آن به بعد به انباشتگاه جنوبى حمل مى شود. بطور کلى در برآورد ظرفیت حمل ناوگان موجود و برآورد تعداد کامیون مورد نیاز در سالهای مختلف در ابتدا پارامترهای همچون فواصل حمل و مشخصات فنى و هندسى مسیرها در سالهای مختلف، پارامترهای زمانى چرخه باربری شامل: مدتهای مانور و بارگیری، مدت رفت، برگشت، مدت تخلیه، انتظار و تاخیرها متغیر، تقویم کاری در سال، زمانهای قابل دسترس، ساعات فعال و عمر اقتصادی ماشین ها و ظرفیت قابل حمل هر کامیون در هر سیکل و در هر سال در سنگهای مختلف باید مورد بررسى قرار گیرند. 14 میزان سنگ فابلى حملى در سالهاى مختلف میزان سنگى که در سالهای مختلف بارگیری و به سنگ شکن و یا انباشتگاههای باطله حمل مى شود، بر اساس برنامه تولید ارائه شده در جدول 4 در، شده است.
2- محاسبه فواصلى حمل از مبادى به پایانه هاى مختلف
بر اساس برنامه استخراج از معدن در سالهای مختلف است، فواصل حمل در سالهای مختلف محاسبه و در جدول 5 درج شده است.
3- برآورد پارامترهاى زمانى چرخه حملى
از آنجا که پاره ای از زمانهای چرخه حمل از جمله مدت رفت و برگشت وابسته به مشخصات مسیر و مسافت حمل، و مدت بارگیری، انتظار و تاخیرها متغیر وابسته به شرایط محل بارگیری در سالهای مختلف بوده و متغیر است، بنابراین در تمامى حالات استفاده از داده های موجود اعم از داده های زمان سنجى و یا تاریخى جهت تخمین این پارامترها و تعمیم آن به سالهای آتى صحیح نیست. بنابراین در پاره ای موارد شبیه مدت مانور و تخلیه از داده های زمان سنجى شده در معدن بهره گرفته و در بقیه موارد بر اساس روش های متداول، برآورد شده ولى در هر حالت نیز با داده های تاریخى و زمان سنجى مقایسه شده اند.

جدول 4- میزان سنگ قابل حمل در سالهای مختلف (واحد میلیون تن ):

 

ادامه جدول 4:

 

جدول 5- برآورد فواصل حمل در سالهای مختلف

 

ادامه جدول 5:

 

ادامه جدول 5.

3-1- برآورد مدت رفت و برگشت
سرعت رفت و برگشت بر اساس نمودارهای استاندارد کامیونهای 785 تعیین شده است( جدول6). مقاومت رویه جاده ها (Rolling resistance) برای جاده های خوب نگهداری شده شبیه جاده های اصلى معدن 20 کیلوگرم بر تن معادل 2 درصد شیب جاده و برای درون پله ها و نزدیک سینه کارها 40 کیلوگرم بر تن معادل 4 درصد شیب جاده در نظر گرفته شده است. مدت رفت و برگشت در هر سال از تقسیم فواصل حمل بر سرعت رفت و برگشت محاسبه شده است.

3-2- برآورد مدت بارگیرى، تخلیه و انتظار در شرایط مختلف
بر اساس چرخه بارگیری شاولها در ظرفیت بهینه قابل حمل کامیونها، مدت بارگیری هر کامیون در هر رده سنگ، مطابق جدول 7 برآورد شده است. از آنجا که مدت بارگیری در رد ه های مختلف سنگ باطله، متفاوت بوده لذا برای سنگ باطله با توجه به سهم هر نوع سنگ در تامین تولید سالیانه، متوشط مدت بارگیری در هر سال محاسبه شده است. مدت تخلیه بر اساس زمانسنجى ها انجام شده در سنگ شکن به طور متوسط 19/142 ثانیه و در محل تخلیه باطله 6/53 برآورد شده است. در نهایت در هر سال، متوسط جمع زمان یک سیکل کامل حمل( بارگیری، رفت، تخلیه و برگشت ) محاسبه و از آن تعداد سیکل در ساعت فعال هر کامیون در حالات مختلف بدست آمده است. حاصل این محاسبات در جدول 8 در، شده است.

3-3- برآورد تقویم کار ى سالانه، زمانهاى فابلى دسترس، ساعات فعال
بر اساس نتایچ داده های تاریخى عملکرد کامیونها در معدن و امکان ارتقاء سطح عملکرد هر یک از کامیونها، جدول 3 بدست آمده است. همانطور که در این جدول مشاهده میشود زمان فعال در هفته برای هر کامیون به 103 ساعت در هفته قابل افزایش است. همچنین مطابق این جدول احتمال در دسترس بودن دستگاه در زمانهای برنامه ریزی شده، 94 درصد مى باشد لذا در برآورد های انجام شده و در برآورد تعداد کامیونهای مورد نیاز، ساعات فعال در هفته هر کامیون 103 ساعت و تعداد هفته قابل کار در سال 51 هفته در نظر گرفته شده است. بنابراین ساعات فعال برای هر کامیون در سال معادل 5250 ساعت خواهد بود.

جدول 6- حداکثر سرعت حمل بر حسب کیلومتر بر ساعت در مسیرهای مختلف

 

جدول7- برآورد مدت بارگیری یک کامیون در شرایط مختلف

 

جدول 8- برآورد متوسط زمان یک سیکل باربری و تعداد سیکل در هر ساعت

 

ادامه جدول 8:

 

ادامه جدول 8.

4- برآورد تعداد کامیون هاى مورد نیاز در هر سال
متوسط ظرفیت قابل حمل هر کامیون در هر سال از رابطه زیر محاسبه قابل است:

(1)

که در این رابطه Qt ظرفیت تولید هر کامیون در سال، Pt متوشط ظرفیت حمل هر کامیون، Ntrip تعداد سرویس حمل در ساعت و Nhour تعداد ساعتهای فعال هر کامیون در سال مى باشد. از تقسیم تولید مورد نیاز به ظرفیت تولید هر کامیون، تعداد کامیونهای مورد نیاز در هر سال محاسبه شده است. نتیجه این محاسبات در جدول 9 در، شده است. افزایش ناگهانى تعداد کامیونها درسال هفتم بدلیل افزایش میزان استخراج برنامه ریزی شده و در نهایت میزان حمل مورد نیاز بوده است.

جدول 9- تعیین ظرفیت تولید هر کامیون و تعداد کامیون لازم در سالهای مختلف

 

ادامه جدول 9:

5- محاسبه زمان سرمایه گذارى مجدد (Reinvestment) و تعداد مورد نیاز
عمر متوسط کامیونهای بزرگ غیر الکتریکى مشابه کامیونهای موجود، بسته به شرایط کار بین 30000 الى 40000 ساعت در نظر گرفته مى شود. همچنین ساعات کارکرد دستگاههای موجود بر اساس ساعت کارکرد فعلى آنها، بطور متوسط در حال حاضر بالغ بر 17500 ساعت برای هر کامیون مى باشد. بر این اساس در جدول 10، زمان و تعداد سرمایه گذاری مجدد مورد نیاز در دو گزینه در نظر گرفته شده است. در گزینه اول فرض شده است که از 12 کامیون موجود، تعدادی که در هر سال مورد نیاز است، مورد استفاده قرار گرفته و مابقى آنها بصورت ذخیره نگهداری شوند. در این حالت تا سال ششم، 12 کامیون موجود به تدریج وارد کار شده و بنابراین استهلد د و جایگزینى مجدد آنها نیز به تفکیک محاسبه شده است.
در گزینه دوم فرض شده است از همه 12 کامیون موجود از همان ابتدا استفاده شود. در این حالت زمان های ذخیره هر کامیون با توجه به تعداد مورد نیاز آنها در هر سال، افزایش یافته و بعبارتى ساعات کارکرد هر کامیون در سال کاهش مى یابد. با این وجود در این حالت کلیه کامیونهای موجود درپایان سال ششم مستهلک شده و بایستى در سال هفتم به تعداد کامیونهای مورد نیاز آن سال، یعنى 14 کامیون خریداری شود. در این گزینه، تعداد 12 کامیون جدید در سال پانزدهم و یک عدد در سال شانزدهم بایستى خریداری شود که در انتهای سال هفده تنها قسمتى از عمر مفید آنها مستهلک خواهد شد. این موضوع باعث شده که در نهایت، در گزینه دوم سه کامیون بیشتر خریداری شده و سرمایه گذاری کامیونها در سال هفتم و پانزدهم نیز بصورت یکجا صورت پذیرد. ملاحظه مى شود در چگونگى استفاده از کامیون های موجود و تجدید سرمایه گذاری کامیونها، پیروی از سیاستگزاری طبق گزینه 1 به مراتب با صرفه تر است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   نتیجه گیری:
     معدن سنگ آهن چادرملو با استفاده از سال 1376 مورد بهره برداری قرار گرفته است. در این معدن 12 کامیون با ظرفیت 135 تن مشغول فعالیت مى باشند که در حال حاضر ساعات قابل توجهى از عمر مفید این کامیونها باقیمانده است. در این مطالعه در ابتدا شرایط فعلى کامیونها از نظر ظرفیت کاری مورد بررسى قرار گرفته است. بدین منظور داده های عملیاتى- تاریخى این ماشین آلات برای یک دوره یک ساله جمع آوری و سپس این اطلاعات پردازش شده است. مطالعات نشان داده است که با افزودن بر ساعات فعال موثر، بهره وری کامیونهای موجود( مشروط به ثابت ماندن سایر شرایط در برهه زمانى تحت بررسى مطابق نتایچ زمان سنجى)80 تا 100 درصد قابل افزایش است. این ارقام حداقل ظرنیت قابل حمل کامیونها در حال حاض و در شرایط تحت بررسى است. این که کدامیک از ارقام فوق در شرایط تحت بررسى قابل حصول باشد به در اختیار داشتن نقدینگى کافى برای خرید به هنگام قطعات یدکى، اعمال مدیریت و سازماندهى و برنامه ریزی دقیق در اجرای انواع تعمیرات مربوطه بستگى دارد.
   با توجه به برنامه تولید هفده سال باقیمانده از عمر معدن و بررسى عملکرد آنها در دوره مطالعه، تعداد ماشین آلات باربری در سالهای آتى پیش بینى شده است. به منظور تعیین زمان و تعداد سرمایه گذاری مجدد مورد نیاز، باید از 12 کامیون موجود، تعدادی که در هر سال مورد نیاز است، مورد استفاده قرار گرفته و مابقى آنها بصورت ذخیره نگهداری شوند. در این حالت تا سال ششم، 12 کامیون موجود به تدریج وارد کار شده و بنابراین استهلاک و جایگزینى مجدد آنها نیز به تفکیک محاسبه شده است. محاسبات نشان مى دهد که در طول سالهای آینده باید 24 کامیون دیگر خریداری شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   منابع:
     [1] Samanta B., Sarkar B. and Mukherjee S.K., (2002 ), “Selection of open pit mining equipment by a multi-criteria decision- making process”, Trans. Instn min. metal. (Sect. A: min. Technol.), PP A136-A141.
   ]2[ ابریشمى، "بررسى زمین شناسی وتوجیه فنى و اقتصادى سنگ آهن چادرملو"، مجتمع معدنى و صنعتى چادرملو.
   [3] EBE, “Detail Engineering Services”, Section ?; Volume 1،2،3, Ministry of Mines & Metals (Chador-Malu Iron ore Project M.C.M.P)
   ]4[ دفتر طراحى معدن سنگ آهن چادرملو،(1381)، "گزارش برنامه تولید هفده سال باقیمانده از عمر معدن" ، مجتمع معدنى و صنعتى چادرملو.
   ]5[ مهندسین مشاور کانى کاوان شرق،(1381) ، "بررسى ماشین آلات معدنى و تعیین نیازهای فعلی و آتی و ماشین آلات و تجهیزات معدن چادرملو.
  

 

در موضوع: مکانیک سنگ
تحلیل اجزاء محدود نمونه CNSR جهت تعیین چقرمگی شکست مواد سنگی
   خلاصه مطالب:
      مکانیک شکست، بررسی فرایند رشد ترک در یک قطعه تحت حوزه معین تنش می‌باشد. با فهم مکانیزم شکست در سنگ ها می‌توان در طراحی سازه‌های سنگی با کنترل رشد ترک، کاربردهای فراوانی یافت. میزان مقاومت ماده در برابر جوانه‌زنی و پیشرفت ترک، چقرمگی شکست نامیده می‌شود و به عنوان مهم‌ترین پارامتر ترک در مکانیک شکست مورد استفاده قرار می‌گیرد. به منظور تعیین مقدار چقرمگی شکست مواد تست های ویژه‌ای بر روی نمونه‌های ترکدار صورت می‌پذیرد. یکی از تست‌های متداول چقرمگی شکست مواد سنگی تست بارگذاری کششی بر روی نمونه CNSR می‌باشد که توسط استاندارد ISRM معرفی و تایید شده است. در این تحقیق یک مدل اجزاء محدود سه بعدی از این قطعه مدل سازی و تحلیل شده، به دنبال آن پارامترهای موثر نوک ترک استخراج شده‌اند. بررسی روند تغییرات این پارامترها در کلیه نقاط جبهه ترک و با افزایش طول ترک به منظور فهم مکانیزم شکست صورت پذیرفته است.
   واژه‌های کلیدی: مکانیک شکست- مکانیک سنگ- روش اجزاء محدود- چقرمگی
   پیش گفتار:
     مکانیک شکست به بررسی رشد ترک و مکانیزم شکست می‌پردازد که مبنای آن اصلاحات و تعمیمات ایروین بر روی تئوری شکست گریفیس بوده است [1]. در واقع مکانیزم شکست شرحی کمی بر فرایند شکست یک قطعه بکر توسط رشد ترک می‌باشد. حوزه مکانیک شکست دربرگیرنده روابط میان ماکزیمم تنش مجاز، اندازه و محل ترک، سرعت رشد ترک ناشی از اثرات محیطی، امکان جلوگیری از حرکت ترک‌ها وغیره می‌باشد. ترک‌ها و ناپیوستگی‌ها از ویژگی‌های متداول توده‌های سنگی می‌باشند و هر فعالیت تحریک‌کننده در توده‌های سنگی (مانند زلزله، انفجارسنگ در معادن، تخریب شیب های سنگی و...) ممکن است سبب جابجایی آنها در امتداد شکست‌های موجود و یا پیدایش شکست‌های جدید گردد. از طرفی دیگر می‌توان به کمک پدیده شکست، فرایندهایی کاربردی بر سنگ‌ها انجام داد (مانند شکست‌های هیدرولیک، سوراخ‌کاری، برش، انفجار، پودرسازی، آسیاب کردن و...) . رهیافت مکانیک شکست در مواد سنگی بطور عمده جوانه‌زنی و رشد ترک (یا ترک‌های) خاص را در مواد سنگی و تحت حوزه تنش معین مورد مطالعه قرار می‌دهد. این ترک (یا تر ک‌های) خاص می‌تواند از پیش در نمونه سنگی موجود بوده و یا طی فرآیند افزایش بار بوجود آید. رشد ترک اغلب ماهیتی ناگهانی و ناپایدار دارد. چقرمگی شکست به عنوان بارزترین پارامتر شکست بیانگر مقاومت ماده سنگی در برابر رشد ترک می‌باشد. در اغلب مواد سنگی شبه ترد دلیل اصلی شکست، رشد ترک است. بدین سبب تخمین مقدار چقرمگی شکست جهت فهم رفتار سازه‌های سنگی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. تست‌های چقرمگی شکست با سایر تست‌های استحکام موجود در مکانیک سنگ تفاوت عمده‌ای دارد، زیرا نمونه‌های تست باید دارای ترکی تعریف شده با مشخصات هندسی معین باشد تا بتوان اثرات ترک را در حوزه مکانیک شکست بررسی نمود.
   بررسی های اولیه علمی مکانیک شکست سنگ در ابتدا بر روی کاربرد تئوری تعادل انرژی گریفیس و معیار تنش ماکزیمم و اصلاحات و تعمیمات متعدد آن متمرکز بود. شناخت مکانیزم شکست ترد سنگ موجب پیشرفت قابل توجهی در تحقیقات مکانیک سنگ گردید. از طرفی دیگر نقش مهم مکانیک شکست الاستیک خطی در ارتباط با مسائل مکانیک سنگ‌ها شناخته شد. کاربردهای ابتدایی LEFM در مهندسی سنگ بر مبنای مفاهیم نرخ آزادسازی انرژی کرنشی بحرانی ایروین (Gc) استوار بود. بینیاوسکی از این مفهوم در مطالعه انفجارسنگ‌ها استفاده کرد و آن را ابزاری مفید در فهم مکانیزم انفجار سنگ‌ها در معادن عمیق سنگ سخت که فرایند شکست ناگهانی از خود نشان می‌دادند، یافت.[2],[3] در اوایل دهه 1970مفاهیم پیشرفته‌تر و کارآمدتری از مکانیک شکست به‌منظور شرح رفتار سنگ‌ها بکار گرفته شد و چقرمگی شکست به عنوان خاصیت ذاتی مهم سنگ‌ها اندازه‌گیری شد که بیانگر مقدار استحکام یا مقاومت در برابر جوانه‌زنی و رشد ترک می باشد[ 4].
   پدیده رشد ترک در مواد سنگی مسأله پیچیده‌ای است و اغلب نیازمند تکنیک‌های پیشرفته‌ای جهت پیش‌بینی هندسه شکست می‌باشد. فرایند شکست با جوانه‌زنی ترک شروع می‌شود که وابسته به چقرمگی شکست است و بنابراین دقت هرگونه مدل‌سازی و نتایج آن به مقدار چقرمگی شکست سنگ بستگی دارد. از این رو تعیین مقدار چقرمگی شکست اهمیت ویژه‌ای دارد. اولین تلاش‌ها توسط اشمیت به منظور تعیین مقدار چقرمگی شکست سنگ‌ها بر مبنای روش تست استانداردی صورت پذیرفت که برای اندازه‌گیری چقرمگی شکست کرنش صفحه‌ای مواد فلزی پیشنهاد شده بود [5]. به دنبال آن کارهای آزمایشگاهی فراوانی جهت تعیین چقرمگی شکست سنگ‌های مختلف با استفاده از نمونه‌هایی متفاوت صورت گرفت [6] و[7] و[8]. صحت نتایج روش‌های تست تدوین‌شده نیازمند نمونه‌هایی با ابعاد هندسی بزرگ و هزینه‌های گران ماشین‌کاری بود که در عمل تهیــه آنهــا از موادسنــگی گاهــی غیرممکــن و یا غیرعمــلی بود تا اینکـــه نمونه‌هـــای Core Based Chevron Notched Specimens معرفی شدند که نسبت به سایر نمونه‌ها مزایای متعددی داشتند [9] .
   به دنبال مطالعات وسیع صورت گرفته، انجمن بین‌المللی مکانیک سنگ (ISRM) جهت تعیین چقرمگی شکست مودI مواد سنگی سه آزمایش استاندارد معرفی کرده است. تست اول، آزمایش بارگذاری کششی بر نمونهChevron Notched Short Rod ، آزمایش دوم، آزمایش بارگذاری خمشی سه نقطه‌ای بر نمونهChevron Notched Round Bar و آزمایش سوم، آزمایش بارگذاری فشاری قطری بر نمونه Chevron Notched Brazilian Disk می باشد [11],[10] . با پذیرش این نمونه‌ها توسط محققین مکانیک سنگ نتایج آزمایش‌های چقرمگی شکست همسان و قابل مقایسه شدند. از طرفی هم زمان، مطالعات تحلیلی و مدل‌سازی‌های عددی متعددی بر فرایند جوانه‌زنی و رشد ترک صورت گرفته است و آزمایش‌های آزمایشگاهی با تحلیل‌های اجزاء محدود همراه بوده است[13],[12]. به‌منظور تعیین چقرمگی شکست ماده سنگی توسط هر یک از نمونه‌های آزمایشگاهی فوق‌الذکر لازم است که رابطه موجود بین ضریب شدت تنش KI با بار اعمالی بر نمونه محاسبه گردد. برای قطعات و نمونه‌های ساده روابط تحلیلی برای ضریب شدت تنش موجود می‌باشد. ولی برای نمونه‌های آزمایشگاهی پیچیده‌تر مانند نمونه(Chevron Notched Short Rod) CNSR استفاده از روش‌های عددی مانند روش اجزاء محدود اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. در این مقاله یک مدل اجزاء محدود سه بعدی از نمونه CNSR ایجاد شده و برای طول ترک‌های مختلف مقدار KI و همچنین ترم تنش T در این قطعه محاسبه می‌گردد.

 

 

   متن اصلی:
     قطعه CNSR و پارامتر های ترک
تصویر سه‌بعدی نمونهCNSR در شکل (1) نشان داده شده است. مطابق شکل، نمونه دارای هندسه‌ای استوانه‌ای شکل می‌باشد که شیارهای بسیار ظریفی در راستای یکی از صفحات تقارن استوانه در آن ایجاد شده است. همانطور که از شکل (2) مشاهده می‌شود، نحوه ایجاد شیار بگونه‌ای است که دو نیمه استوانه در یک سطح مثلثی (هاشور خورده) به هم متصل می‌باشند. با اعمال بار به لبه‌های بالایی قطعه (طبق شکل (1)) و افزایش آن، ترکی در راس مثلث به وجود آمده، سریعاً به سمت قاعده مثلث رشد می‌کند. باتوجه به تقارن هندسه و بارگذاری نسبت به صفحه ترک، وجوه ترک تحت بار کششی قرار گرفته، شکست از نوع مود I خالص می‌باشد.
جهت محاسبه مقدار چقرمگی شکست، به اندازه‌گیری طول ترک یا جابجایی فک‌های بارگذاری نیازی نیست و تنها ماکزیمم بار شکست ثبت می‌شود. از دیگر مزایای آن در مقایسه با سایر نمونه‌ها سهولت ساخت و هزینه‌های پایین‌تر تولید آن می‌باشد. به منظور بررسی پارامتر‌های مهم در فرآیند رشد ترک در قطعه CNSR ، ابتدا لازم است تنش‌های موجود در اطراف یک ترک مرور شوند.

به موجب مطالعاتی که توسط ویلیامز در مورد نحوه توزیع تنش در اطراف نوک ترک تحت مودI انجام شده است می‌توان تنشهای الاستیک اطراف نوک ترک را توسط سریهایی بیان نمود [14] . با حذف ترمهای مرتبه بالا در این سری‌ها، معادلات تنش در نزدیکی نوک ترک مطابق شکل (3) به فرم زیر نوشته می شوند:
که در آن r و سیستم مختصات قطبی منطبق بر نوک ترک می‌باشد. پارامترT ترم تنشی مستقل از r و بوده و KI ضریب شدت تنش می‌باشد که بستگی به نحوه بارگذاری و هندسه قطعه ترکدار دارند. در لحظه شروع فرآیند شکست ترد مقدار ضریب شدت تنش به مقدار بحرانی خود (چقرمگی شکست یا KIC) می‌رسد.
لذا ضریب شدت تنش KI نقش عمده‌ای در محاسبه استحکام قطعه ترکدار ایفا کرده، تعیین آن در طول فرآیند رشد ترک از اهمیت بالایی برخوردار است. تنش T در سازه‌های ترکدار مهندسی و همچنین در مجموعه قطعات متداولی که در آزمایشهای مربوط به چقرمگی شکست مورد استفاده قرار می‌گیرند، نقش مهمی ایفا می‌کند. با تعیین مقدار تنشT توانایی پیش‌بینی مسیر رشد ترک را بدست می‌آید. در مواردی نظیر وجود یک ترک داخلی که راستای ترک موازی راستای بارگذاری است، و یا در مواردی که ناحیه فرآیند شکست (ناحیه عملکرد ریزترک‌ها یا FPZ در اطراف نوک ترک‌کوچک است، ترم تنش T می‌تواند بر استحکام قطعه ترکدار موثر باشد. از سوی دیگر در قطعات ترکداری که تنش T در آنها مثبت است مسیر رشد ترک پس از شروع شکست از امتداد اولیه ترک منحرف می‌شود. میزان انحراف و سرعت تغییر مسیر نیز مستقیماً بستگی به مقدار تنشT دارد. تنشT می‌تواند بر اندازه ناحیه فرآیند شکست در نوک ترک اثر داشته و در نتیجه بر مقدار چقرمگی شکست موثر باشد. چنانچه تنش T منفی باشد، ناحیه فرآیند شکست بزرگتر می‌شود و مقدار چقرمگی شکست افزایش می‌یابد.

تحلیل سه بعدی اجزاء محدود قطعه CNSR

معمولاً روش اجزاء محدود روش مؤثری برای مدل سازی فرآیند شکست می‌باشد. در این بخش، دو پارامتر ضریب شدت
تنش (KI) و تنش T از پارامترهای مهم ترک می‌باشند که برای قطعه CNSR به کمک روش اجزاء محدود محاسبه شده و در نمودارهایی نمایش داده می‌شوند. به‌منظور مدل‌سازی هندسی قطعه CNSR نرم افزار Solid Work بکار گرفته شده، همچنین جهت تهیه مدل اجزاء محدود از نرم افزار Patran که قابلیت مدل‌سازی مناسب قطعات ترکدار را دارد، استفاده شده است. درنهایت تحلیل قطعه و محاسبه پارامترهای KI و T به‌کمک نرم افزار Abaqus صورت گرفته است. از آنجاییکه شکل هندسی و بارگذاری نمونه CNSR دارای تقارن است کافیست که مطابق شکل(4) فقط یک‌چهارم آن مدل‌سازی شود. بدین‌ترتیب حجم محاسبات و زمان تحلیل اجزاء محدود به میزان قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. ابعاد هندسی مدل در نظر گرفته شده از این قرارند:
D = 150 mm ; W = 300 mm ; a0 = 72 mm ; a1 = 300 mm ; t = 3 mm
همچنین خواص ماده چنین در نظر گرفته شده است: ? = 0.3 ; E = 300
GPa
به سبب اهمیت نحوة المان‌بندی نوک ترک در نرم‌افزار مورد استفاده برای تحلیل قطعات ترک‌دار، المانهای سینگولار که المان‌های مخصوص نوک‌ترک می‌باشند گنجانده شده است. در المانهای سینگولار گره‌های داخلی المان به جای اینکه در مرکز باشند، در فاصله 1/4 از نوک ترک قرار می‌گیرند. به همین سبب با نزدیک شدن گره‌ها به نوک ترک تغییرات تنش در جهت r با تغییرات واقعی تنش انطباق بیشتری دارد. در نتیجه استفاده از المانهای سینگولار، مقدار خطا کاهش می‌یابد. شکل ساده‌ای از المانهای سینگولار در شکل (5) آورده شده است.
مدل اجزاء محدود یک چهارم نمونه CNSR در شکل (4) نشان داده شده است، شامل 8338 المان هشت وجهی و 46686 گره می‌باشد.
از آنجائیکه طی فرایند شکست طول ترک تغییر می‌کند، تحلیل اجزاء محدود برای 8 حالت مجزا که پارامتر h مطابق تعریف زیر از 1/0 تا 8/0 افزایش می‌یابد تکرار شده است.

مقدار h که طول نسبی ترک را مشخص می‌کند، پیش از بارگذاری صفر و پس از شکست کامل نمونه به یک می‌رسد.
پس از تحلیل استاتیکی اجزاء محدود نمونه CNSR ، جهت محاسبه ضریب شدت تنش از رابطه جابجایی عمودی uy بر روی لبه‌های ترک (=180° ) استفاده می‌شود. تنش T را نیز می‌توان به کمک جابجایی افقی و مطابق رابطه زیر که در آن باتوجه به شرایط کرنش صفحه‌ای می‌باشد بدست آورد[15].
همچنین پارامتر B به عنوان فرم بی بعد تنشT، بصورت زیر تعریف می‌شود:
بدین‌ترتیب پس از آنالیز استاتیکی مدل اجزاء محدود و با استفاده از نتایج جابجایی‌های گرهی پارامترهای ترک از سه رابطه (3) ، (4) و (5) بدست می‌آیند.
نتایج و بحث
از آنجائیکه قطعه CNSR دارای یک هندسه سه‌بعدی است، ترک ایجاد شده در ناحیه مثلثی شکل (2) دارای پاره‌خطی به‌عنوان جبهه ترک می‌باشد. جبهه ترک که شامل خط مربوط به عمیق‌ترین نقاط جدایش قطعه می‌باشد در شکل (2) به صورت خط‌چین نمایش داده شده است و در فاصله a از سطح بالایی قطعه قرار می‌گیرد. با افزایش طول a اندازه جبهه ترک نیز افزایش می‌یابد. در مدل‌سازی اجزاء محدود حاضر، سعی بر آن بوده که هندسه واقعی ترک به‌صورت سه بعدی مدل شده، تغییرات KI در راستای جبهه ترک مورد مطالعه قرار گیرد. همچنین محاسبه تنشT و پارامتر B در قطعه CNSR تاکنون انجام نشده است که در این تحقیق، نتایج مربوط به آنها نیز استخراج شده، نمایش داده می‌شود.
در اشکال (6) تا (8) نمودار تغییرات مقادیر KI و T و B بر حسب فاصله نقاط ترک از صفحه میانی جبهه ترک و برای طول ترک‌های متفاوت رسم شده است.
همانطور که در شکل (6) ملاحظه می‌شود مقدار KI در نقطه وسط جبهه ترک بیشترین مقدار را دارد سپس کاهش می‌یابد تا به انتهای لبه ترک می‌رسد. سیر نزولی مقدار KI تقریباً یکنواخت می‌باشد جز در نقاط میانی جبهه ترک که تمرکز شدید تنش بدلیل سینگولاریتی نوک ترک وجود دارد. در شکل (7) همان تغییرات، برای تنش T نشان داده شده است. با توجه به نمودار، تغییرات تنش T برعکس KI دارای سیر صعودی می‌باشد به طوری که مقدار آن در نقطه وسطی جبهه ترک کمترین اندازه خود را دارد و در انتهای جبهه ترک به بیشترین مقدار خود می‌رسد. همچنین در شکل (8) به بررسی روند تغییرات پارامتر B پرداخته شده است. همان طور که ملاحظه می‌شود نحوه تغییرات پارامتر بی بعد B مشابه رفتار تنش T می‌باشد یعنی در نقطه وسط جبهه ترک مقدار مینیمم و در نقطه انتهای ترک مقدار ماکزیمم خود را دارد. همچنین نحوه تغییرات پارامترهای اصلی ترک با بزرگ شدن طول ترک (یا پارامتر h) و پیشروی آن قابل بررسی می‌باشد. در نمودار تغییرات KI ابتدا مقدار آن با افزایش طول ترک کاهش می‌یابد و سپس یک روند افزایشی منظم را طی می‌کند و با پیشروی ترک به مقدار بیشینه خود می‌رسد. در نمودار تغییرات تنش T و پارامتر بی بعد B مشاهده می‌شود که در ابتدا نمودارها کاملاً صعودی و سپس صعودی نزولی می‌شوند به این ترتیب که نقطه ماکزیمم پس از پیشروی ترک (از مرحله h=0.4 به بعد) تقریباً در یک چهارم طول ترک قرار می‌گیرد.
در کل نتایج حاصل از شکل‌های(6)، (7)و(8) نشان می‌دهد که مقدار ضریب شدت‌تنش KI و پارامتر‌های T و B در قطعه CNSR می‌توانند تغییرات قابل ملاحظه‌ای در راستای جبهه ترک داشته باشند. مقدار تغییرات این پارامترها بستگی به طول نسبی ترک نیز دارد. لذا می‌توان انتظار داشت که فرآیند رشد ترک بطور همزمان در کلیه نقاط واقع بر جبهه ترک آغاز نشود. همچنین باتوجه به افزایش قابل ملاحظه تنش T و پارامتر B با افزایش طول نسبی ترک، نتایج بدست آمده در این تحقیق پیش‌بینی می‌نماید که به تدریج با رشد ترک و افزایش طول آن، ترک پایداری مسیر خود را از دست داده به یک سمت قطعه منحرف می‌شود. چنین پدیده‌ای قبلاً در برخی از نتایج آزمایشگاهی [16] مشاهده شده ولی توجیهی برای آن ارائه نشده بود.