偏心不耦合装药爆破损伤分布特征数值模拟

偏心不耦合装药结构由于药卷紧贴炮孔孔壁一侧造成岩体中的爆炸能量分布不均,会影响到光面爆破效果,研究其爆破损伤问题可为实际工程施工提供参考依据.文章基于显式动力分析软件,采用材料本构HJC模型,通过观察爆破过程中炮孔周围岩体压碎区、破坏区和裂隙区范围的变化,研究装药位置、耦合介质以及不耦合系数对岩体的爆破损伤分布特征的影...     

倾角对裂隙岩体力学特性影响试验模拟研究

为了解决工程中遇到的裂隙岩体的开挖与防护问题,用水泥砂浆制作试样,模拟具有不同倾角的贯通裂隙岩体,利用电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆分别对试样施加静、动荷载,分析倾角对裂隙岩体静、动态力学性能的影响.结果表明,裂隙岩体的破坏具有脆性破坏的特征;其强度具有应变率敏感性,随着应变率的提高,强度也得到提高;倾角对裂隙岩体的静、动态力学性能有影响,静态荷载下的抗压强度在裂隙倾角为45°时最小,O°和90°时最大,而动力荷载下的抗压强度则是在裂隙倾角为30°时最小,90°时最大.     

爆炸应变波和裂缝形成的模型试验研究

本文在爆破模型试验的基础上探讨了相邻炮孔破裂和不同起爆时差的影响。通过试验,还研究了动态应变随不偶合系数和比例距离变化的规律,同时还介绍了岩体中近爆炸区超动态应变的量测系统。     

倾斜岩体交界层面处的应力分析

倾斜岩体是一种较为普遍的地下岩体。本文利用迭加原理,静力平衡条件以变形连续条件等力学方法,对受三向压应力作用下的倾斜岩体交界层面处的应力和应变进行了计算和分析.其结果对于研究岩体的强度和破坏机理等问题具有参考价值。     

爆炸荷载作用下缺陷岩体破坏特征的数值模拟研究

为了研究爆炸荷载下含缺陷岩体的破坏规律,根据已有的实验结果建立了在爆炸荷载下含缺陷岩体的漏斗爆破模型,所考虑的缺陷包括孔洞、孔隙和微小的张开型节理.缺陷是随机分布的,且对于缺陷内部考虑了两种情况,一种是含水的,另一种是空的.依据已有花岗岩的实验结果,通过拟合得到了其冲击状态方程,并将其应用于炸药附近的花岗岩,而对于远离炸药的花岗岩,采用了线性状态方程.根据实验结果,将花岗岩的动态强度设计成随应变率变化的变量.模拟结果表明,在爆破荷载下,湿润的岩体比其相应干燥岩体的动态强度低;在应力波作用下缺陷密度越大,其岩体的破坏范围越小;最后,讨论了巷道附近的爆破过程对巷道稳定性的影响.     

应变软化与扩容特性极弱胶结围岩弹塑性分析

极弱胶结岩体具有显著的峰后应变软化与体积扩容变形特性,这是造成极弱胶结地层巷道围岩产生大变形的主因.基于极弱胶结岩体应变软化与扩容特性,建立了考虑岩体应变软化与扩容特性的围岩弹塑性力学模型,分析了力学计算模型、扩容系数、软化系数及支护抗力对围岩塑性区范围与位移的影响规律.将巷道围岩塑性区及位移的理论解答与数值计算结果进行了对比分析,验证了极弱胶结岩体扩容大变形本构模型的适用性.结果表明:考虑极弱胶结岩体的扩容和应变软化特性使得分析更加合理准确,研究成果对极弱胶结地层巷道支护设计与施工具有一定指导意义.     

人工冻土单轴冲击压缩力学性能实验研究

冻土动态力学特性实验研究是冻土力学研究的重要内容之一.以重塑冻结黏土为例,利用分离式霍布金森压杆,得到了人工冻结黏土在冲击荷载作用下的破坏规律,研究了人工冻结黏土温度分别为-4℃,-8℃,-12℃和-16℃时,在不同应变率下单轴状态的变形特征和强度特征.研究结果表明,人工冻土在冲击荷载作用下呈脆性破坏特征,表现了较强的温度效应,但应变率效应不太明显.冻结黏土在冲击荷载作用下的动态力学特性研究为冻土开挖技术提供了理论支持.     

缝合铺层碳/环氧复合材料动态压缩性能实验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)动态测试系统对环氧树脂E-51和缝合铺层复合材料厚度方向的压缩性能进行实验研究,得到了不同应变率下的压缩应力-应变关系和压缩强度,并通过冲击破坏形貌来探讨材料的动态压缩破坏模式.结果表明:环氧树脂E-51是应变率相关材料,但其应变率敏感程度并不高;缝合铺层碳/环氧复合材料厚度方向的应力-应变曲线对应变率是敏感的,随着应变率的增加,最大应力增大,应变率在900 s-1比应变率在350 s-1的压缩强度增加120%;破坏的主要原因是纤维和树脂的分离以及纤维之间产生相对位移形成微裂纹,随着载荷的增加和应力集中的作用,促使裂纹扩展导致材料破坏.     

两种不同大理岩SHPB动态劈裂实验

利用SHPB试验系统,结合高速摄影技术,研究了冬瓜山铜矿深部采集的两种不同大理岩在动态劈裂下的应变率和强度、破坏应变之间的关系。实验数据表明,应变率对试样抗拉强度的影响较为显著,两种大理岩的动态抗拉强度随着应变率的增加而增大;灰色大理岩当应变率小于50s-1时,随着应变率的增加,动态拉伸强度敏感系数变化较大,当应变率大于50s-1时,动态拉伸强度敏感系数则变化不大,而白色大理岩则是在应变率大于120s-1后;随着应变率的增加,试样的破坏应变也随之增加。     

节理方位对岩石爆破的影响规律

为了研究节理对岩石爆破的影响规律,建立了含节理的圆形PMMA板的2维爆破模型,炸药PETN和护套铜壳置于圆板中心,节理与炮孔的方位是变量。对于PMMA、铜壳、PETN分别采用线性、冲击波和JWL状态方程。模拟结果表明在爆炸荷载作用下,节理与炮孔距离对爆生裂纹的分布有很大影响,距离小时,节理靠近炮孔一侧形成拉伸破坏区,随着距离的增加,拉伸破坏区范围快速减小,节理对爆生裂纹分布的影响减小;倾斜节理总能扩展成一条主裂纹,随着角度的增加,节理靠近炮孔一侧的拉伸破坏区范围先增加,后减少,主裂纹随着拉伸破坏区减少而变长。     

冲击压缩荷载下压实粘性土的动态力学性能试验研究

针对压实粘性土体应变率敏感性,利用聚碳酸脂分离式Hopkinson压杆试验装置,对其动态力学性能进行了研究.结果表明:压实粘性土的动态强度、峰值强度增长因子和比能量吸收以及过应力与应变率呈近似指数关系,而动态峰值应变与峰值应变增长因子随应变率的增加而近似线性增加,这些均说明动态峰值强度和峰值应变均体现了显著的应变率相关性.同时进一步分析过应力与应变率(包括准静态)的关系表明:当应变率低于参考应变率时,动态强度受应变率的影响相对较小,而当应变率高于参考应变率时,动态强度受应变率的影响较大.     

爆炸荷载作用下预裂缝宽度对裂纹扩展的影响

为探究预裂缝宽度对爆生、原生裂纹扩展的影响,基于焦散线系统和有限元数值模拟方法开展了一系列研究.结果表明:预裂缝可加强炮孔与预裂缝之间岩体破碎,阻碍爆生裂纹向保护岩体扩展,引导爆生裂纹向预裂缝两端扩展;在爆生气体膨胀作用下,预裂缝有闭合趋势,随着预裂缝宽度的增加,裂缝闭合用时增长,预裂缝面闭合后产生挤压应力峰值减小;爆炸荷载下,保留岩体内原生裂纹靠近炮孔一侧翼裂纹起裂时的应力强度因子小于背离炮孔一侧;随着预裂缝宽度的增加,原生裂纹的扩展长度与其两端应力强度因子均呈现先降低再上升的变化规律,原生裂纹迎爆侧起裂时的应力强度因子逐渐降低.     

混凝土动态拉伸试验及其数据分析方法研究

在MTS电液饲服万能试验机上对64个哑铃形试件在应变速率10-5~10-0.3/s内进行单轴直接拉伸试验,研究了混凝土强度、含水量、应变速率对混凝土直接拉伸特性的影响.结果表明:随着应变速率的提高,混凝土动态拉伸强度明显增加;含水量较高的混凝土其拉伸强度提高更显著.针对混凝土动态特性影响因素众多的特点,提出利用人工神经网络方法来综合反映多种因素对混凝土动态特性的影响作用.与传统动态试验数据分析方法比较表明:利用人工神经网络来分析研究多种因素影响的混凝土动态特性,是一种简便、适用的新方法.     

煤矿砂岩SHPB动态压缩力学性能试验与分析

为研究煤矿砂岩冲击载荷作用下的动态力学特性,利用分离式Hopkinson压杆对皖北矿区祁东煤矿的砂岩试件进行冲击压缩试验,得到了试件应变率变化时程曲线和动态应力一应变曲线。试验结果表明：采用3种冲击气压加栽,入射波形均近似为梯形波;试件应变率随冲击气压提高而增大,应变率曲线中有一段近似恒应变率平台,可实现恒应变率加栽;试件动态破坏形态在低应变率下为径向外围剥落式拉伸破坏模式,在高应变率下则为颗粒状粉碎破坏模式。随应变率增加,碎块尺寸减小且碎块数量增加,具有明显的应变率效应;试件动态抗压强度与平均应变率近似乘幂关系,显示出较强的相关性。     

应变率效应对无铅焊锡接点跌落冲击力学行为的影响

采用应变率相关的Johnson-Cook材料模型和率无关的弹塑性模型分别计算了跌落/冲击载荷下焊锡接点的应力及应变,研究应变率对焊锡接点力学行为的影响,预测了焊锡接点的破坏情况,并与动态4点弯曲实验结果进行了比较.结果表明:焊锡材料的应变率效应对电路板的挠度几乎没有影响,但对焊锡接点的应力及应变有较大影响;不考虑应变率效应的弹塑性模型低估焊锡接点的应力值而高估等效塑性应变值;采用率相关的Johnson-Cook模型能更好地预测焊锡接点的力学行为,能较真实地预测焊锡接点的破坏情况.     

不同结构面倾角节理岩体三轴试验力学特性

为了掌握贯穿型节理岩体的变形和破坏规律,对人工制备的不同倾角模拟节理岩体圆柱试样进行了系列静力三轴试验,得到了相关的应力应变曲线结果和破坏特征,进而分析了结构面倾角对节理岩体试样力学特性的重要影响.结果表明:1)随着结构面倾角的变化,节理岩体试样的应力应变曲线将不全为典型的四阶段曲线,在结构面倾角较大时结构面的变形特征十分显著,峰前曲线发生了明显转折,结构面变形占据了主导作用.2)峰值强度、残余强度和峰前线性阶段变形模量随结构面倾角增大而单调降低,而试样的脆性和剪胀性强弱、压密阶段的变形模量以及体胀、体缩量最大值等与结构面倾角的变化关系则均为非单调的.3)结构面的倾角大小影响了其与基质的相互作用规律,使得结构面或基质或者两者一起控制了节理岩体试样的变形、强度和破坏,从而形成了节理岩体试样显著不同的变形、强度和破坏特征,其变形和强度各向异性与破坏模式随结构面倾角变化而不同.     

岩石类准脆材料的起裂韧度与加载率关系的物理机理研究

基于岩石类准脆性材料的力学特性和动态裂纹尖端的应力场解析解,利用摩尔强度准则计算出了裂纹尖端断裂过程区的形状及尺寸,确定了岩石类材料动态裂纹尖端的断裂过程区面积和裂纹扩展速度之间的关系.进而利用尺寸效应公式,推导出了岩石的起裂韧度和加载率之间的关系.结果表明,岩石类材料裂纹尖端的断裂过程区的面积随着裂纹的扩展速度的提高而增大,从而推导出岩石的起裂韧度随着加载率的增大而提高.计算的岩石的起裂韧度对于加载率的依赖关系与实验结果基本定性吻合,说明理论模型的合理性.模型计算结果和实验结果有一定差距的原因,认为是模型没有考虑变形破坏的黏性效应所致,将在今后的研究中考虑黏性效应.     

尺寸效应和各向异性影响下岩体力学特性

目的 研究试样的尺寸效应和由于节理存在引起的各向异性对岩体的力学特性的影响.方法 基于应变软化模型和遍布节理模型,通过多组岩体试样的单轴压缩试验和三轴试验数值模拟,对试样峰值强度和应力应变关系进行对比分析.结果 岩体轴向峰值强度随岩体尺寸增大而减小,峰后残余强度却相应增大;节理倾角与45°+ Φ/2(Φ为节理内摩擦角)越接近,岩体水平加载与竖直加载峰值强度相差越小.一组节理时,岩体节理面与加载面夹角在45°～75°,峰值强度最小,围压增加,岩体峰值强度增加,但增长速率逐渐变缓.结论 岩体单轴压缩峰值强度、峰后残余强度和塑性区形态受岩体尺寸效应影响较大;在节理岩体中,岩体抗压性能受节理倾角及围压影响较大.     

表层沙强度特性的试验研究

本项研究利用土壤动态三轴仪对表层沙的强度特性进行了试验分析,测出其应力应变关系和强度参数φ、c,并分析了颗粒级配、含水量、密度和动态载荷对强度特性的影响,建立了浅层沙的Duncan-Chang应力应变模型,为车辆行走机构与沙相互作用的力学计算分析提供了重要的资料。     

冲击荷载下混凝土破坏过程的数值模拟

目的 探究冲击荷载作用下混凝土内部真实的破坏机理以及在不同应变率下混凝土强度随应变率的变化规律.方法 基于离散单元法,采用细观二维梁-颗粒模型BPM(Beam-Particle Mode in Two Dimensions)模拟了三种不同应变率下混凝土材料的动态响应.结果 从混凝土破坏图形可以看出.冲击荷载下混凝土的破坏过程实际上是混凝土内部的原生裂纹的激发、扩展、贯通直至整体结构的破坏.从混凝土应力-应变曲线可以看出.混凝土是率敏感性材料,其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大.结论 模拟结果和试验结果在达到峰值应力前的曲线基本吻合,说明梁-颗粒模型可以用来模拟混凝土在冲击荷载下的动态破坏,其结果是可靠和准确的.