冲击作用下煤岩动态破坏机理的FDEM模拟研究

程树范; 高睿; 曾亚武; 张嘉凡; 陈世官

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为研究煤岩的动态破坏规律,利用Φ50 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,开展了煤岩冲击破坏试验。基于零厚度的内聚力单元建立了煤岩有限离散元方法(finite discrete element method,FDEM),标定了模型参数;最后在LS-DYNA软件平台上模拟了SHPB冲击试验,讨论了FDEM模型在模拟动态破坏时的适用性,并对煤岩的破坏过程进行分析。研究表明:①煤岩动态抗压强度与应变率满足经验关系,当应变率为98.05 s^(-1)、119.22 s^(-1)和135.85 s^(-1)时其动态强度因子(dynamic strength factor,DIF)分别为1.92、2.08和2.23;②冲击作用下煤岩的弹性变形阶段较短,塑性变形能力较强,动态弹性模量的应变率相关性不显著;③FDEM模型通过零厚度内聚力单元的失效能够模拟岩石类材料的脆性破坏,当网格尺寸合理时,由于惯性效应的存在,通过准静态试验标定的模型参数,也适用于冲击破坏的模拟;(4)冲击作用下煤岩的破碎程度与冲击速度正相关,其破坏形式表现为压缩波引起的局部剪切破坏和泊松效应导致的整体张拉破坏。

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来源
《振动与冲击》 |2022年第19期|136-143|共8页
作者
程树范; 高睿; 曾亚武; 张嘉凡; 陈世官;
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作者单位

武汉大学土木建筑工程学院;

西安科技大学理学院;

西安科技大学建筑与土木工程学院;

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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类岩体力学性质及应力理论分析;
关键词
冲击破坏; 应变率相关性; 分离式霍普金森压杆(SHPB); 有限-离散元方法; 内聚力模型;

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