本文關(guān)鍵詞：沖擊荷載下巖石非線性變形與損傷研究

  更多相關(guān)文章： 巖石 霍普金森壓桿 沖擊荷載 損傷 動(dòng)態(tài)破壞 LS-DYNA

【摘要】：在現(xiàn)代巖土工程中,諸如礦山的爆破開采、沖擊碎巖、軍事防護(hù)工程、地震、巖爆等問題,本質(zhì)都是沖擊荷載產(chǎn)生的應(yīng)力脈沖在巖石中的傳播而引起巖石的非線性變形損傷與破壞。因此對(duì)巖石在沖擊荷載下以及循環(huán)沖擊荷載下的非線性變形損傷的研究可為沖擊破巖機(jī)具的設(shè)計(jì)、施工開挖工藝參數(shù)的選取、防破工程的安全設(shè)計(jì)等方面提供數(shù)據(jù)支持與理論依據(jù),同時(shí)也為其他巖石相關(guān)學(xué)科的研究提供參考。本文利用LS-DYNA非線性顯示動(dòng)力分析軟件,對(duì)沖擊實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行優(yōu)化,本構(gòu)模型的選取進(jìn)行討論,建立了巖石SHPB數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ�。模擬了巖石在不同應(yīng)變率下巖石的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程,分析了不同應(yīng)變率下巖石的動(dòng)態(tài)破壞模式,并進(jìn)行了能量相關(guān)性分析。最后,對(duì)巖石受循環(huán)沖擊荷載情況下的數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行討論,比較兩種建模方式的優(yōu)劣,并描述了巖石損傷對(duì)應(yīng)力波傳播的影響和巖石在循環(huán)沖擊荷載下動(dòng)態(tài)破壞的特點(diǎn)。研究表明,在巖石SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)數(shù)值模擬分析中,巖石的材料模型可以選取HJC模型,沖擊荷載的應(yīng)力波波形采用半正弦波時(shí)可以消除應(yīng)力波在壓桿中傳播時(shí)彌散效應(yīng)現(xiàn)象,并且采用半正弦波加載時(shí),試件達(dá)到應(yīng)力均勻化的時(shí)間較短;在不同應(yīng)變率下,巖石的破壞過(guò)程與破壞模式有所不同,表現(xiàn)在裂縫的生成位置,裂縫的發(fā)展方向,不同位置裂縫的發(fā)展速度和巖石試件破壞終止后形成的巖石碎塊形狀、數(shù)量、體積等方面;巖石的吸收能隨與入射應(yīng)力峰值與持續(xù)時(shí)間相關(guān),當(dāng)入射能足夠?qū)е聨r石破壞時(shí),采用幅值高,延續(xù)時(shí)間短的應(yīng)力波加載時(shí)巖石破壞的能量利用效率較高;巖石受到?jīng)_擊荷載產(chǎn)生損傷后,由于細(xì)觀裂紋成核并產(chǎn)生裂縫,引起材料性能劣化,導(dǎo)致應(yīng)力波峰值衰減;巖石在循環(huán)沖擊荷載下發(fā)生破壞時(shí),裂縫從軸心位置產(chǎn)生,與單次沖擊下的破壞模式有所區(qū)別。
【關(guān)鍵詞】：巖石 霍普金森壓桿 沖擊荷載 損傷 動(dòng)態(tài)破壞 LS-DYNA
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 沖擊荷載下巖石動(dòng)力學(xué)特性與損傷破碎研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 數(shù)值模擬現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 SHPB實(shí)驗(yàn)裝置與技術(shù)原理17-22
• 2.1 前言17-18
• 2.2 SHPB實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介18-19
• 2.3 SHPB試驗(yàn)原理與結(jié)果分析19-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?/span>22-37
• 3.1 前言22
• 3.2 軟件簡(jiǎn)介與有限元模型的建立22-29
• 3.2.1 LS-DYNA3D顯示中心差分算法簡(jiǎn)介23-24
• 3.2.2 單元類型的選取與沙漏控制24-25
• 3.2.3 建立幾何模型25-26
• 3.2.4 網(wǎng)格劃分控制26-27
• 3.2.5 接觸控制27-28
• 3.2.6 加載和文件輸出控制28-29
• 3.3 巖石本構(gòu)模型及其參數(shù)選取29-36
• 3.3.1 前言29
• 3.3.2 HJC模型簡(jiǎn)介29-32
• 3.3.3 HJC模型參數(shù)選取32-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 巖石SHPB實(shí)驗(yàn)數(shù)值模擬及研究37-61
• 4.1 前言37
• 4.2 應(yīng)力波在壓桿中傳播彌散效應(yīng)分析37-39
• 4.2.1 采用撞擊桿撞擊情況下的彌散分析38
• 4.2.2 采用應(yīng)力波輸入方式下的彌散分析38-39
• 4.3 早期均勻性的驗(yàn)證39-42
• 4.3.1 應(yīng)力波在試件內(nèi)的透反射過(guò)程40-41
• 4.3.2 模擬結(jié)果分析41-42
• 4.4 不同應(yīng)變率下巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)特性模擬42-46
• 4.4.1 應(yīng)力波峰值對(duì)試樣平均應(yīng)變率的影響43-44
• 4.4.2 不同應(yīng)變率下巖石的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性44-46
• 4.5 巖石變形破壞研究46-55
• 4.5.1 破壞過(guò)程描述46-54
• 4.5.2 斷裂破壞形態(tài)分析54-55
• 4.6 巖石破壞的能量相關(guān)性分析55-59
• 4.6.1 能量計(jì)算方法56
• 4.6.2 不同應(yīng)變率下能量分析56-57
• 4.6.3 等幅值不同延續(xù)時(shí)間下的能量分析57-59
• 4.7 本章小結(jié)59-61
• 第5章 循環(huán)沖擊荷載下巖石損傷模擬分析61-69
• 5.1 前言61
• 5.2 數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)方法61-65
• 5.2.1 連續(xù)應(yīng)力波輸入61-64
• 5.2.2 重啟動(dòng)分析64
• 5.2.3 建模過(guò)程64-65
• 5.3 模擬結(jié)果分析65-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75

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