碰撞条件下常用混凝土模型比较

通过数值试验分析Holmquist-Johnson-Cook（HJC）,Concrete-Damage（DAM）和Kinematic-Hardening-Cap（KHC）等常用混凝土模型在侧向撞击、单轴压缩和单轴拉伸条件下的响应特征,研究各模型对碰撞情形的适应性,结果发现：对于侧撞,当撞击速度不大时,各模型所得撞击力结果基本一致;DAM模型因不能有效控制拉伸体积变形可能造成位移过大;HJC模型能较好地考虑应变率效应,预测的单轴动态压缩强度与实际强度较为符合;HJC和KHC模型没有考虑拉伸和压缩子午线的区别,HJC预测的拉应力可能严重偏离其材料强度,而KHC模型在极限状态下很容易发散,无法预测正确结果。     

动载下层状岩体力学特性试验与数值模拟

为研究冲击载荷作用下层状复合岩体的动态力学性能和破裂机制,基于煤单体和白砂岩构成层状软硬煤岩复合体,利用分离式霍普金森压杆试验装置和LS-DYNA有限元分析软件,结合Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型,开展不同速率和不同冲击方向下层状软硬煤岩复合体加载试验。结果表明：静态载荷作用下,层状煤岩复合体的强度不会随加载方向变化,动态载荷下层状煤岩复合体的峰值应力和动态增长因子DIF都随冲击速度增加呈线性增大,并且波阻抗匹配效果更好的HS复合体力学性能始终优于SH复合体(S和H分别代表煤单体和白砂岩),随着冲击速度增加这种现象逐渐减弱;层状煤岩复合体耗散能密度与入射能密度呈二次增长关系,分形维数也随着速度增加而不断增大,其中,应力波由硬入软时得到的效果优于由软入硬;层状煤岩复合体破碎程度随冲击速度增加而愈发剧烈,HS复合体破坏程度大于同条件下的SH复合体,白砂岩多呈剪切状破碎,煤单体多呈粉碎锥形破坏;层状煤岩复合体交界处与其他区域强度不一致,造成复合体破坏顺序改变,复合体整体强度规律从小到大依次为煤单体非交界面区域、煤单体交界面区域、白砂岩交界面区域、白砂岩非交界面...     

基于HJC本构模型的煤岩SHPB实验数值模拟

利用有限元软件LS-DYNA,采用岩石的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型,对煤岩霍普金森压杆(SHPB)实验进行数值模拟,再现了煤岩在冲击实验过程中的应力波形、应力波的震荡现象及试件的损伤过程,通过对比发现模拟结果与实验实测结果具有较好的相似性,HJC本构模型可以合理地再现煤岩受冲击破坏的动态过程。研究发现:1)试件均在周边开始破坏,破坏形式以沿轴向方向的劈裂破坏为主;2)当冲击速度为3 m/s左右时,煤岩的破坏受压缩和拉伸共同作用;当冲击速度为9 m/s左右时,煤岩的破坏主要受冲击压缩的作用;3)煤岩的破坏与应力峰值并不同步,当动载较低时,试件的破坏滞后于应力峰值;而动载较高时,试件的破坏超前于应力峰值。     

煤岩材料SHPB实验被动围压数值模拟研究

煤岩动力灾害严重威胁着煤矿的安全高效生产,研究煤岩材料在复杂应力状态下的动态力学性能对煤岩动力灾害的预测预防有重要意义。利用有限元分析软件LS-DYNA,采用岩石的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型,对煤岩SHPB实验进行数值模拟,在模拟结果与实验结果相似性较好的基础上,对煤岩SHPB被动围压实验进行数值模拟。结果表明:围压套筒的弹性模量、厚度、摩擦因数及套筒与试件的间隙对煤岩材料的动态力学性能有显著影响。根据研究成果,在工程中可为煤柱增加一外加层,通过合理设计外加层的弹性模量、厚度、间隙及摩擦因数等参数,增强煤柱的抗冲击能力。