考虑长径比与应变率耦合效应的砂质泥岩动态损伤本构模型
孙卓越1
吴拥政1
李军臣1
付玉凯1
周鹏赫2
1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;煤炭科学研究总院 开采研究分院,北京 1000132.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;煤炭科学研究总院 开采研究分院,北京 100013;天地科技股份有限公司 开采设计事业部,北京 100013
摘要：长径比对岩石试样在冲击载荷下的力学特性和能量演化规律具有重要影响,目前针对同时考虑长径比和应变率因素耦合的岩石损伤本构模型尚需完善.采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,开展了 4组长径比(0.4、0.6、0.8、1.0)和 5级冲击气压水平(0.2～0.6 MPa)的动态压缩试验.分析了强度、变形、能量等参数与长径比的关系,推导了反射能、透射能、破碎耗能与入射能理论斜率,并基于韦伯分布和D-P准则建立了考虑长径比和应变率因素耦合的损伤本构模型.结果表明:① 冲击载荷下砂质泥岩试样动态应力-应变曲线可分为压密阶段、类弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;在试验涉及的冲击气压范围内,动态增强因子与长径比呈正相关,软化系数与长径比呈负相关.② 随长径比增加,试样破碎耗能密度呈降低趋势;随试样长径比由 0.4增至 1.0,反射能占比由 19%增至 31%,透射能占比由 37%减至 21%,破碎耗能占比在 43%～48%;对试验数据进行拟合,发现反射能、透射能、破碎耗能与入射能均呈一次正相关关系;基于应力波从入射杆传至试样的界面反射系数λ,理论推导得到反射能、透射能、破碎耗能与入射能理论斜率分别为λ10、(1-λ6)2、1-λ10-(1-λ6)2.③ 基于试验获取的动态强度与应变率和长径比的函数关系,对采用韦伯分布和D-P准则推导的初始本构模型进行修正,得到的损伤本构模型与试验曲线一致性良好,可用于表征砂质泥岩动态力学特性.
关键词：SHPB动态增强因子应变率长径比本构模型
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：中煤科工开采研究院有限公司科技创新基金资助项目(KCYJY-2023-QN-01)中煤科工开采研究院有限公司科技创新基金资助项目(KCYJY-2024-QN-01)国家自然科学基金(52174080)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 86-99 )
英文信息