冲击载荷下煤样能量耗散与破碎分形的长径比效应
王磊1
袁秋鹏1
谢广祥1
顾书豪2
焦振华1
刘怀谦2
陈礼鹏1
1.安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽淮南 2320012.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083
摘要：为研究不同长径比煤样动态压缩下能量耗散规律和破碎分形特征,采用φ50 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bars,SHPB)试验系统,以相同冲击气压0.35 MPa对直径50 mm,长径比分别为0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9和1.0的煤样进行单轴冲击压缩试验,定义了可判定应力平衡状态的指标——应力平衡系数ξ,发现了能量耗散的长径比效应并讨论了其与应力平衡的关系,分析了长径比和耗能密度对煤样破碎分形特征的影响.研究结果表明:不同长径比煤样应力-应变曲线形态基本一致,均包含弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段3个阶段,随长径比增加,曲线塑性阶段增大;根据应力平衡系数ξ确定煤样的临界长径比为0.6,低于临界长径比的试件易达到应力平衡,超过临界长径比试件将难以在破坏前达成应力平衡;煤样动态压缩破碎耗能与耗能占比的长径比效应表现为:随长径比增加分2个阶段,且其分界点接近临界长径比,各阶段内呈线性增加关系,阶段间呈台阶式下降;试件尺寸增加引起原生缺陷摩擦耗能增加和端部摩擦效应增强,超过临界长径比的试件应力达到峰值前其变形量降低形成了破碎耗能和耗能占比的台阶式下降;碎块平均粒径随长径比增大线性增加,但破碎块度分形维数呈线性降低;煤样的分形维数与耗能密度呈乘幂关系,耗能密度越大试样越破碎,但其破碎效率逐渐降低.
关键词：长径比能量耗散破碎分形冲击载荷SHPB应力平衡系数
分类号：TU45(土力学、地基基础工程)
资助基金：安徽高校协同创新资助项目(GXXT-2020-055)安徽省自然科学基金青年基金资助项目(1908085QE184)深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室自主课题资助项目(SKLMRDPC19ZZ04)
论文发表日期：2022-04-28
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：13( 1534-1546 )
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