三维动静加载下煤的本构模型及卸荷破坏特征

为研究非静水压条件下煤体动力学性能及动力扰动后卸荷破坏特征,在三维动静加载实验的基础上,研究了卸荷方式对动力扰动后卸荷煤样宏观破坏特性的影响。首先,采用Ф50 mm的分离式霍普金森压杆系统,开展三维动静加载下煤样的动力学实验,研究轴压、应变率对煤样动力学响应规律的影响;其次,基于响应曲面理论,借助中心复合试验法,构建考虑因素交互作用的回归模型,并分析单因素及因素交互作用的显著性;然后,结合因素交互作用、Weibull分布、Drucker-Prager准则,修正煤的强度型统计损伤本构模型,对比理论与实验结果,验证模型可靠性;最后,借助加卸荷电液伺服装置,探究轴压、冲击气压、卸荷方式对煤样破坏特征的影响及作用机制。结果表明,构建的强度型统计损伤模型,相关系数R²≥0.88,可表征煤样动力学响应行为。冲击后同步卸荷的煤样多呈层裂破坏,拉伸界面随轴压增大而后移直至消失,无法形成层裂破坏;非同步卸荷下煤样破坏形式主要包括整体完整、层裂、压剪破坏,而当冲击气压0.4～0.6 MPa,轴压14.5 MPa时,表现为“层裂+压剪”混合破坏。     

不同长径比煤样动力学特征及本构模型

为研究冲击荷载下不同长径比煤样的动力学性能,借助改进的霍普金森压杆实验装置(?75 mm),开展6个冲击等级(4.18～8.03 m/s)、4种长径比(0.33～1.33)下的冲击压缩实验,并结合灰色关联理论分析动力学参数与长径比之间的关联性,建立基于力学机制、Weibull分布、D-P准则的4参数单轴煤岩强度型统计损伤模型。研究表明：(1)煤样长径比与应变率、动抗压强度、耗散能均呈二次函数关系,且耗散能随长径比增加而降低;与电磁能呈一次函数关系,且保持正相关。(2)煤样长径比对动力学参数的影响排序为：电磁能(0.88)>动抗压强度(0.84)>耗散能(0.81)>应变率(0.78)。(3)基于Weibull分布、D-P准则构建初始本构模型,并借助动抗压强度σ_max与应变率、长径比n的关系修正,进而对比实验应力-应变曲线,验证模型可靠性(R²>0.91)。     

分离力作用点位置和风速大小对适配器分离影响研究

基于多体动力学理论,建立适配器分离动力学和运动学方程,运用MSC/Adams软件建立适配器分离仿真模型,对适配器分离力作用点不同位置、不同风速时适配器分离情况进行仿真和分析,得出不同情况下,适配器分离距离及适配器与弹体碰撞时的碰撞力大小,为分离方案的确定和适配器结构优化设计提供参考。