冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程
王恩元1
孔祥国2
何学秋3
冯俊军4
鞠云强1
李金铎1
1.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州,2211162.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;昆士兰大学力学与矿业工程学院,昆士兰州布里斯班40673.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221116;北京科技大学土木与资源工程学院,北京1000834.安徽工业大学建筑工程学院,安徽马鞍山,243000
摘要：为研究冲击载荷下三轴煤体的动力学特征,建立了三轴分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了轴向静载、围压和冲击载荷随机组合的动态冲击试验,研究了三轴煤体在冲击载荷下的动力学特性.实验结果表明:冲击载荷下三轴煤体动态应力应变曲线无压密阶段,轴向预静载有助于使煤体原生裂隙闭合,初始加载就表现出完整弹性体的特征;当应力达到峰值强度的60％～85％阶段时,应力应变曲线呈现“跃进”现象,可能与碳在晶体微破裂中的作用有关;当应力超过煤体动态强度,试样破坏,应力降低.冲击载荷下三轴煤体动态强度和破坏应变与平均应变率高度线性相关,应变率效应明显,应变率效应使得不同轴向静载、围压和冲击载荷因素对煤体动态强度和破坏应变的影响具有可比性.基于岩石力学强度理论和统计损伤理论,建立了冲击载荷下三轴煤体动态损伤本构模型,该模型综合考虑了轴向静载、围压和冲击载荷等因素,明确地反映了3种因素对煤体动力学特征的影响,轴向静载会劣化煤体,造成动态强度降低,围压和冲击载荷有助于提高煤体的动态强度,理论模型反映的特征与试验结果相吻合,并通过建立的本构模型和试验应力应变数据拟合了理论应力应变曲线,其与试验应力应变曲线基本重合,且应变率越高,一致性越好.
关键词：冲击载荷动力学特征煤体三轴损伤
分类号：TD82(矿山开采)O34(固体力学)
资助基金：国家重点研发计划(2016YFC0801401)国家自然科学基金(51574231)国家自然科学基金(51634001)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 2049-2056 )
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