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JH-2模型参数确定及花岗岩重复侵彻数值分析

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哈尔滨工业大学学报 2020年第11期52卷 127-136页

作者：王志亮李允忠黄佑鹏合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

为研究重复侵彻下花岗岩靶板的动力响应,运用非线性动力分析软件AUTODYN并基于FEM-SPH耦合算法开展花岗岩的侵彻模拟.首先,通过理论分析初步确定出JH-2模型参数;然后,根据花岗岩单次侵彻实验的模拟结果对参数进行调整优化;最后,在220 m/... 详细信息

为研究重复侵彻下花岗岩靶板的动力响应,运用非线性动力分析软件AUTODYN并基于FEM-SPH耦合算法开展花岗岩的侵彻模拟.首先,通过理论分析初步确定出JH-2模型参数;然后,根据花岗岩单次侵彻实验的模拟结果对参数进行调整优化;最后,在220 m/s≤V s≤420 m/s弹速下,采用优化后的参数对花岗岩的重复侵彻过程进行模拟分析.结果表明:JH-2模型与拉伸断裂软化模型相耦合,能够弥补JH-2模型在描述岩石低应力区由主拉伸应力作用所产生的动力响应方面的不足;花岗岩靶板初次侵彻时形成的“锥形开坑区+隧道区”破坏模式为后续的重复稳定侵彻提供了必要条件;随冲击次数的增加,绝对侵彻深度逐渐增大而每次的相对侵彻深度则呈减小趋势,且冲击次数越多或冲击速度越高,弹体侵彻过程越稳定.此外,本文所提出相对侵彻系数概念以及基于冲击次数和弹速的重复侵彻深度的理论公式均具有一定实用价值.

关键词：花岗岩重复侵彻 FEM-SPH耦合锥形漏斗相对侵彻系数

基于HJC本构的岩石爆破损伤演化规律数值模拟

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基于HJC本构的岩石爆破损伤演化规律数值模拟

作者：黄佑鹏合肥工业大学

学位级别：硕士

岩石爆破损伤演化规律与相关工程安全评估一直是岩土工程领域关注的焦点。由于爆破试验成本高、可控性差,而数值模拟能够弥补实验手段难以实时监控岩石爆破过程全方位信息的不足,因此逐渐成为爆破理论研究的重要手段之一。目前,基于传... 详细信息

岩石爆破损伤演化规律与相关工程安全评估一直是岩土工程领域关注的焦点。由于爆破试验成本高、可控性差,而数值模拟能够弥补实验手段难以实时监控岩石爆破过程全方位信息的不足,因此逐渐成为爆破理论研究的重要手段之一。目前,基于传统有限元法模拟岩石爆破的方法中,流固耦合法应用较多且相对成熟,而如光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)法等新型无网格法还处于初步研究阶段。本文依次研究流固耦合法模拟岩石爆破时耦合范围的确定问题及基于Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型模拟探究岩石爆破损伤演化规律。此外,针对HJC的改进模型Riedel-Hiermaier-Thoma(RHT)本构模型的参数确定及SPH-FEM耦合法的应用等问题进行拓展研究。主要研究内容与结论如下:首先,采用流固耦合法模拟岩石单孔爆破,分别探究不同的装药半径、不耦合系数及网格精度等条件下流固耦合范围对模拟结果的影响,对岩石峰值应力衰减曲线、应力云图和应力时程曲线的收敛性进行分析,并考虑计算成本,得出一般岩石钻孔爆破的流固耦合范围合理取值为装药半径的5～10倍。然后,基于流固耦合法和HJC本构对岩石和节理岩体的爆破损伤开展模拟,结果表明随着装药不耦合系数的增大,岩石各损伤区范围均减小,且压碎区减小幅度小于裂隙区;岩石爆破损伤在炮孔径向上的分布特征可用Logistic函数来表征;岩性的不同会显著影响压碎区范围及压碎区与裂隙区的过渡界线形态;节理的存在会对爆炸波在岩体中的传播造成显著的影响,会形成独特的损伤演化路径及局部损伤强弱区。最后,对RHT模型的参数确定与SPH-FEM耦合法在岩石爆破模拟中的应用等问题进行了研究。通过基础实验和理论推导确定出一组初步参数,并结合参数敏感性分析对参数进行校正,确定出较为敏感的参数有ρ、ρ、p、G、f、B、M和F。此外,研究发现SPH-FEM耦合法能够逼真地模拟岩石爆破成坑与抛掷等现象,但在SPH与FEM界面耦合问题处理上仍存在不足。

关键词：岩石爆破损伤本构模型流固耦合范围 SPH-FEM耦合法

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不同冲击荷载下花岗岩力学和能量耗散特性

哈尔滨工业大学学报 2020年第2期52卷 67-74页

作者：贾帅龙王志亮巫绪涛黄佑鹏合肥工业大学土木与水利工程学院

为探究不同冲击荷载条件下花岗岩的动力学特性,采用分离式霍普金森压杆分别对花岗岩试样进行单次和重复冲击荷载试验,并对试样的应力-应变响应、应变率曲线特征、能量耗散特性以及破坏形态进行综合分析.结果表明:单次冲击下,试样动态抗... 详细信息

为探究不同冲击荷载条件下花岗岩的动力学特性,采用分离式霍普金森压杆分别对花岗岩试样进行单次和重复冲击荷载试验,并对试样的应力-应变响应、应变率曲线特征、能量耗散特性以及破坏形态进行综合分析.结果表明:单次冲击下,试样动态抗压强度与比能量呈现对数函数关系,试样破坏程度随着比能量的增加而逐渐增大;随着入射波峰值应力的增加,应力-应变曲线峰后段的回弹现象逐渐减弱,应变率曲线呈现出愈加明显的“双峰”特征,其第2波峰逐渐高于第1波峰.重复冲击作用下,当试样未破坏时,应力-应变曲线基本经历弹性加载、损伤演化和峰后回弹3个阶段,当试样经历最后一次冲击时,应力-应变曲线峰后段形状与试样的破坏程度有关.此外,试样破坏时的累积比能量越大,其破坏越严重,应变率曲线由“单峰”逐渐向“双峰”过渡.

关键词：花岗岩冲击荷载力学特性应变率能量耗散破坏形态

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含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟

水利水运工程学报 2020年第6期2020卷 80-88页

作者：丁英勋王志亮黄佑鹏合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为研究应力波在含充填节理岩体空间中的传播特性,采用离散元软件探讨不同产状节理对P波透、反射规律的影响。首先,建立三维节理岩杆的计算模型,合理选用透射边界和Rayleigh阻尼;然后,将所得计算结果与等效波阻抗理论解相比较,以验证模... 详细信息

为研究应力波在含充填节理岩体空间中的传播特性,采用离散元软件探讨不同产状节理对P波透、反射规律的影响。首先,建立三维节理岩杆的计算模型,合理选用透射边界和Rayleigh阻尼;然后,将所得计算结果与等效波阻抗理论解相比较,以验证模型的合理性;最后,分别考虑不同节理角度、厚度、间距、数目及入射波频率下的P波透、反射系数变化特征。结果表明:在节理倾向方位角β为0°~60°时,透射系数随β的增大而减小,而在β为60°~90°时随β的增大而增大;透射系数随入射波频率的增大而减小,反射系数反之。若定义节理间距与厚度的正比关系,则透射系数随节理间距的增加而增加,反射系数反之;此外,根据不同节理厚度下的节理数目与透(反)射系数关系曲线特征,定义图线中的包络线为临界透(反)射曲线,则在给定节理数目时,其透(反)射系数总大(小)于临界透(反)曲线上对应的透(反)射系数数值。

关键词：充填节理 P波透射系数反射系数

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岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析

水利水运工程学报 2018年第5期2018卷 95-102页

作者：黄佑鹏王志亮毕程程合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了研究岩石爆破损伤范围及损伤分布规律,基于LS-DYNA软件,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)材料模型,探究了石灰岩爆破损伤范围随径向不耦合系数K增大的变化关系,接着对比分析了石灰岩、凝灰岩和花岗斑岩的爆破损伤分布规律,并用Logis... 详细信息

为了研究岩石爆破损伤范围及损伤分布规律,基于LS-DYNA软件,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)材料模型,探究了石灰岩爆破损伤范围随径向不耦合系数K增大的变化关系,接着对比分析了石灰岩、凝灰岩和花岗斑岩的爆破损伤分布规律,并用Logistic函数模型对损伤演化过程进行表征。结果表明:HJC模型在岩石爆破损伤模拟中具有很好的适用性;随着不耦合系数的增大,损伤半径与炮孔半径之比呈先快后慢的减小趋势;不同岩石的爆破损伤均呈反"S"形曲线衰减,但损伤分布特征存在一定差异性,石灰岩和凝灰岩的压碎区范围较大,与裂隙区界线清晰,而花岗斑岩压碎区范围较小,与裂隙区界线不明显。研究结果可为实际工程中爆破损伤的评估与控制提供一定参考。

关键词：岩石单孔爆破损伤演化 HJC模型数值模拟

多层硬壳软土地基竖向附加应力扩散计算方法分析

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安徽建筑 2024年第3期31卷 149-152页

作者：黄佑鹏东华工程科技股份有限公司安徽合肥230000

硬壳软土地基附加应力扩散作用是软弱下卧层承载力验算中不可忽视的问题。为弥补规范中应力扩散角θ取值范围的局限性,文章通过算例及数值模拟对比分析叶氏法与传递矩阵法等多种计算方法,确定出规范法中土层压缩模量比Es1/Es2=1~3时θ... 详细信息

硬壳软土地基附加应力扩散作用是软弱下卧层承载力验算中不可忽视的问题。为弥补规范中应力扩散角θ取值范围的局限性,文章通过算例及数值模拟对比分析叶氏法与传递矩阵法等多种计算方法,确定出规范法中土层压缩模量比Es1/Es2=1~3时θ的取值;然后提出基于土层分层变形加权平均的等效压缩模量法,将多层硬壳软土地基中的多层硬壳转化为单一硬壳,进而采用补充规范法进行应力扩散计算,并就工程实例进行验证。结果表明,当Es1/Es2取1、z/b分别取0.25与0.5时,θ可分别取0°和6°;通过PFC2D模拟验证了等效压缩模量法具有较好的准确性。

关键词：硬壳软土地基应力扩散多层硬壳等效压缩模量

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预制裂隙岩样宏细观力学行为颗粒流数值模拟

水文地质工程地质 2021年第4期48卷 86-92页

作者：王星辰王志亮黄佑鹏贾帅龙合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了研究双轴压缩下预制裂隙岩样宏细观力学行为及裂纹扩展模式,采用颗粒流程序(PFC)先分析平行粘结模型细观参数对宏观参数的影响,接着结合完整花岗岩常规三轴压缩试验结果对其细观参数进行标定,最后借助该组参数模拟有围压下预制裂隙... 详细信息

为了研究双轴压缩下预制裂隙岩样宏细观力学行为及裂纹扩展模式,采用颗粒流程序(PFC)先分析平行粘结模型细观参数对宏观参数的影响,接着结合完整花岗岩常规三轴压缩试验结果对其细观参数进行标定,最后借助该组参数模拟有围压下预制裂隙(上裂隙①和下裂隙②)岩样的力学特性。研究表明:基于PFC程序和标定的参数能较好地模拟完整岩样的破坏情况;随着围压增大,双裂隙岩样的峰值强度和弹性模量均增大,且裂隙②与水平向夹角α2为90°时,两者均达到最大值;不同的α2下,各岩样的裂纹演化均经过裂纹萌生、发展和稳定等3个阶段;随着围压的降低和轴向应力的增大,颗粒间的力链破坏情况愈严重。由于拉伸力链的集中和分布不同,水平裂隙长度方向上的裂纹沿着轴向扩展,且两裂隙的贯通呈现不同方式。

关键词：颗粒流程序平行粘结模型参数标定双裂隙岩样裂纹演化

“兴”百业 “宁”为本——兴宁市近年来社会建设掠影

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红广角 2012年第1期 2-3页

作者：黄佑鹏林东

兴宁,地处粤东北部,建县于东晋咸和六年(公元331年),1994年撤县设市,下辖17个镇、3个街道,总人口114万人。2011年8月获得确认为中央苏区县(市)。近年来,特别是"十一五"以来,兴宁市以百姓安宁为根本出发点,着力加强以改善民生为主的社会... 详细信息

兴宁,地处粤东北部,建县于东晋咸和六年(公元331年),1994年撤县设市,下辖17个镇、3个街道,总人口114万人。2011年8月获得确认为中央苏区县(市)。近年来,特别是"十一五"以来,兴宁市以百姓安宁为根本出发点,着力加强以改善民生为主的社会建设,共投入公共设施、教育、科技、文化、卫生、社会保障、农林水等惠及民生的资金50多亿元,

关键词：兴宁市贫困户

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流固耦合法模拟岩石爆破时耦合范围的确定

合肥工业大学学报（自然科学版） 2019年第12期42卷 1672-1678,1694页

作者：黄佑鹏王志亮杨辉李允忠合肥工业大学土木与水利工程学院

为研究岩石爆破问题模拟中的流固耦合算法以及提高计算效率,文章采用LS-DYNA软件开展大量计算,分别讨论了不同装药半径(r)、不耦合系数(K)和网格精度条件下流固耦合区域半径(R)对单元峰值应力衰减曲线的影响,并结合应力云图和应力时程... 详细信息

为研究岩石爆破问题模拟中的流固耦合算法以及提高计算效率,文章采用LS-DYNA软件开展大量计算,分别讨论了不同装药半径(r)、不耦合系数(K)和网格精度条件下流固耦合区域半径(R)对单元峰值应力衰减曲线的影响,并结合应力云图和应力时程曲线分析,确定出合理的流固耦合范围。结果表明:随着耦合装药半径r的增大,最小合理流固耦合半径Rmin与r比值呈减小趋势;相同装药半径下随着K增大,Rmin/r逐渐增大;网格精度对流固耦合半径取值影响较小;相同条件下,当R较小时,应力云图不稳定且应力时程曲线后期会迅速衰减,适当增大流固耦合半径会逐渐消除该现象。对于一般的岩石爆破问题,建议R/r取5~10。

关键词：岩石爆破数值模拟 ALE算法耦合半径