检索结果-南通市图书馆

矿业研究与开发 2020年第5期40卷 119-125页

作者：金解放王熙博袁伟江西理工大学建筑与测绘工程学院江西赣州市341000

基于动静组合加载试验装置,对变截面红砂岩试件进行应力波传播试验,研究轴向静应力对应力波波形、幅值衰减和频率相关性的影响。结果表明:当无轴向静应力时,应力波均为压缩波,而随着轴向静应力的增加,卸载段尾部出现了拉伸波;对于同一测... 详细信息

基于动静组合加载试验装置,对变截面红砂岩试件进行应力波传播试验,研究轴向静应力对应力波波形、幅值衰减和频率相关性的影响。结果表明:当无轴向静应力时,应力波均为压缩波,而随着轴向静应力的增加,卸载段尾部出现了拉伸波;对于同一测点,随着轴向静应力增加,波宽逐渐变窄;在相同的轴向静应力增量下,随着传播距离的增加,幅值变化量逐渐减小;应力波幅值随传播距离的增加呈指数形式衰减,其幅值空间响应强度、空间衰减系数随着轴向静应力的增加而逐渐减小,减小速率逐渐变慢;应力波信号的能量主要集中在低频范围内,低频波受静应力的影响更为明显。

关键词：应力波变截面轴向静应力应力波波形幅值衰减

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动载应力波形对岩石裂纹扩展影响的数值模拟研究

动载应力波形对岩石裂纹扩展影响的数值模拟研究

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作者：李永祺大连理工大学

学位级别：硕士

目前,在岩石工程中的破岩手段主要分为两种——炸药爆破和机械破岩,爆破作用由于选用的炸药种类、配比及装药方案的不同会形成不同波形的爆炸应力波,而破岩机械如凿岩锤等会因冲击活塞的不同产生不同波形的冲击应力波。同时,岩石的非均... 详细信息

目前,在岩石工程中的破岩手段主要分为两种——炸药爆破和机械破岩,爆破作用由于选用的炸药种类、配比及装药方案的不同会形成不同波形的爆炸应力波,而破岩机械如凿岩锤等会因冲击活塞的不同产生不同波形的冲击应力波。同时,岩石的非均匀性、各向异性及非连续性等性质会导致应力波在岩石内的传播过程异常复杂,不同波形应力波会对岩石产生不同的破碎效果,特别是岩石中含有孔洞、裂纹等缺陷时,动力作用下在岩石缺陷处极易萌生新的裂纹并不断扩展最终导致岩石整体破坏。因此,研究不同波形应力波对含缺陷岩石裂纹扩展行为的影响具有重要的现实意义。本文采用岩石破裂过程分析软件RFPA-Blasting/Dynamic,在考虑岩石非均匀性的基础上,基于岩石中缺陷存在形式,重点关注含裂纹、孔洞等缺陷的岩石对动载波形参数的响应特征,研究应力波波形对含缺陷岩石裂纹扩展影响机理。具体内容分为以下两个方面:(1)爆炸应力波作用:通过对含预制裂纹模型的炮孔处施加25种不同爆炸应力波荷载,综合比较应力波波形参数(应力波峰值、上升/下降速率、能量)对岩石裂纹扩展的影响。结果表明:岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率控制,应力波冲击速率越快,孔边围岩越破碎,但裂纹扩展长度越短;应力波能量影响岩石裂纹扩展长度,能量越大,裂纹扩展越长,而应力波能量相近时,上升速率低的荷载其裂纹扩展略长;炮孔粉碎区半径随应力波上升速率和上升沿能量增大而增大。因此,建议在爆破作业中通过水炮泥封口或者采用空气柱间隔装药结构来延长作用时间使得爆破影响范围更大,而通过选取合适类型与配比的炸药来提升应力波上升速率从而改善岩石破碎效果。(2)冲击应力波作用:通过在数值模型边界施加动态冲击荷载,模拟研究单一缺陷(预制孔洞、预制裂纹模型)、缺陷组合模型(裂纹—孔洞、孔洞—裂纹、双裂纹及双孔洞)在多种应力波冲击作用下的动态破坏过程,对比分析应力波波形参数(应力波上升/下降速率、峰值、波长)对岩石裂纹起裂、扩展形式、扩展角度及缺陷间贯通裂纹形成的影响。研究发现:冲击荷载下在缺陷处形成的X形裂纹扩展角度和平均扩展速度随应力波上升速率降低而降低,与下降速率及波长无明显关系;当应力波持续时间及上升时间较短时,孔洞缺陷右侧会演化形成横V形裂纹,预制裂纹处的X形裂纹在边界处向内凹陷扩展;在相同几何参数及位置条件下,上升速率越低越有利于缺陷贯通。因此,建议对含孔洞、结构面等缺陷数量较少或间距较大的岩体,采用高冲击速度的短活塞效果更好,而对缺陷数量多且分布密集岩体,建议采用直径小的长活塞。

关键词：动荷载应力波波形预制缺陷裂纹动态扩展三维数值模拟 RFPA

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红砂岩动静组合加载技术的数值模拟研究

红砂岩动静组合加载技术的数值模拟研究

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作者：张琦江西理工大学

学位级别：硕士

针对岩石冲击试验中所存在的不易重复、成本高、端面误差等不足,本文利用ANSYS/LS-DYNA软件,对岩石动静组合加载试验进行数值模拟,将所得模拟计算结果与实际试验结果相比较,验证数值模拟的可行性和准确性。本文对该试验进行数值模拟,其... 详细信息

针对岩石冲击试验中所存在的不易重复、成本高、端面误差等不足,本文利用ANSYS/LS-DYNA软件,对岩石动静组合加载试验进行数值模拟,将所得模拟计算结果与实际试验结果相比较,验证数值模拟的可行性和准确性。本文对该试验进行数值模拟,其优势在于:一方面,可利用后处理软件得到岩石破坏过程,有利于揭示岩石在动静组合加载下的破坏机理;另一方面,基于室内试验装置的特点,建立相应的有限元模型,分析外部装置的有无对岩石应力波波形的影响,为分析具有三维静应力的岩石应力波传播规律提供一种便捷有效的研究手段。首先,根据实际室内试验的构件尺寸,建立相应的有限元模型(该模型不包括外部装置),合理设置材料模型参数和接触关系,采用隐式转显式分析的方法,实现岩石的动静组合加载。结果表明:数值模拟所得应力波波形的波宽和幅值明显大于实际试验,这是由于在室内岩石冲击试验中,纺锤形冲头会受到摩擦和空气的阻力影响,导致其冲击速度小于设定值,同时这也与岩石材料模型的选取以及参数设置有关;数值模拟和室内试验的岩石破坏形式较为相似,根据岩石破坏云图,可知无论是否存在初始静应力,岩石破坏模式均为劈裂破坏,其破坏趋势均呈现出由岩石边缘向轴心发展的变化特征。其次,为了提高岩石动静组合试验数值模拟的准确性,本文选用RHT本构模型作为红砂岩材料模型,分别通过理论计算、试验测定等方法确定相关模型参数。对于模型中难以确定的参数,本文结合实际试验结果,利用多元回归方程计算未定参数间的交互效应、主效应和参数变化对响应量的贡献度,分析未定参数的敏感性。研究结果表明:大部分参数组合交互效应的显著度均大于0.05,即未定参数间的交互效应均不明显,而未定参数间的主效应呈非线性关系;通过对各个未定参数的敏感性分析,重新确定RHT模型参数,经计算测试,其数值模拟结果的准确性明显提高。最后,为了研究岩石动静组合加载试验中外部装置对应力波波形的影响,在原有模型的基础上,建立外部装置有限元模型,并模拟应力波传播试验,得到模拟应力波波形和钢杆应力云图。结果表明:无三维静应力时,外部装置对钢杆上的入射波和反射波的影响较小,对透射波的影响较大;而在三维静应力的作用下,外部装置对入射波尾端的影响较大,具体表现为:无装置时,入射波尾端超出了初始应变值,达到了“0”刻度线周围,经过应力波透反射后,入射波尾端未回到初始应变值;而有装置时,由于外部装置的约束作用,钢杆仍处在压缩状态,最终入射波尾端回到了初始应变值。

关键词：动静组合加载数值模拟 RHT本构模型外部装置应力波波形

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