隨著人們對地下空間和資源等方面的需求逐漸提升,巖體工程逐步的向深部發(fā)展,巖石材料的動態(tài)力學(xué)特性被廣泛關(guān)注。常見的動態(tài)擾動包括爆炸、震動、沖擊和地震等,這些擾動以壓縮波的形式在巖體內(nèi)部傳播。同時,受到巖體非均勻性質(zhì)以及內(nèi)部不等連續(xù)結(jié)構(gòu)面等影響,激發(fā)的壓縮波往往轉(zhuǎn)變?yōu)槔觳�。因�?研究巖石在動態(tài)壓縮和拉伸荷載作用下的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)不僅具有重要的理論意義,對巖石工程開挖支護(hù)和地下工程防護(hù)等方面也具有重大的工程價值。本文基于有限元應(yīng)力應(yīng)變分析方法和等效連續(xù)損傷力學(xué)的RFPA數(shù)值分析軟件,利用Weibull統(tǒng)計分布描述巖石材料非均勻特性,采用Newmark隱式積分算法求解動態(tài)有限元方程,實(shí)現(xiàn)了粘彈性人工邊界算法,并得到了不同應(yīng)力波波長作用下的有限元網(wǎng)格尺寸效應(yīng)。充分考慮了巖石力學(xué)中的接觸問題,將考慮動、靜摩擦效應(yīng)的動接觸模型和基于損傷理論的接觸模型引入RFPA數(shù)值分析軟件中,準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了模擬塊體之間的撞擊過程,并繼而研究巖石在撞擊作用下的裂紋擴(kuò)展規(guī)律。同時,成功利用基于損傷理論的接觸模型分析靜態(tài)和動態(tài)荷載作用下不同材料界面處的損傷演化過程和接觸狀態(tài)變化特征�；谔岢龅膬煞N接觸模型,成功建立了二維和... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：174 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２中等應(yīng)變率范圍內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備示意圖（ａ．單軸動力試驗(yàn)機(jī)ｎ］；?ｂ．落錘沖擊試??驗(yàn)機(jī)）??

金森】ｋｌ＇Ｔ?（Ｓｐｌｉｔ?Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｂａｒ，ＳＨＰＢ）試驗(yàn)系統(tǒng)。同時，ＳＨＰＢ裝置相比落鍵??試驗(yàn)具ｆｆ更大的優(yōu)勢，并Ｊ１最低可以提供ｌｔ／Ｖ１的應(yīng)變率加載。該裝置由Ｋｏｌｓｋｙ于１９４９??年提出｜ｍｉ，用于測試村料在高應(yīng)變率作用下的動態(tài)力學(xué)特性。圖１．３為ＳＨＰＢ裝置的??示意圖。ＳＨ丨１Ｂ試驗(yàn)系統(tǒng)分為三個主要的組成部分：加載系統(tǒng)、桿件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集記??錄系統(tǒng)｜ｎ２?ｉｎ｜。加載裝置）丨〗于激發(fā)動態(tài)荷載，其原理是通過氣槍將子彈彈出，并勻速撞??擊于入射ｔｒ?？側(cè)。桿忭系統(tǒng)由三根相同材料（通常采用高強(qiáng)度鋼材）和直徑的入射桿、??透射桿和吸收桿組成。為了保證一維波阼播，入射桿和透射桿的長度應(yīng)至少大于直徑的??３０倍。另外．為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在加載方向上，桿件系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格保證對中｜｜１４］。??試樣則波夾在入射桿與透射桿之間。在ＳＨＰＢ試驗(yàn)過程中，試樣兩側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)滿足??動態(tài)平衡的條丨牛，這也是ＳＨＰＢ試驗(yàn)成功的一個重要評判因素。??整形器?高速攝像Ｒ丨［＠］??：氣槍子彈｜?入射桿?應(yīng)變片?透射桿丨Ｉ吸收桿??圖１．３?ＳＨＰＢ裝置示意圖??Ｆｉｇ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳＨＰＢ?ａｐｐａｒａｔｕｓ??圖丨．４描繪了應(yīng)力波在ＳＨＰＢ試驗(yàn)系統(tǒng)的傳播規(guī)律。當(dāng)子彈撞擊到入射桿左側(cè)時，??在撞擊而處產(chǎn)生兩個ｊ土縮波，分別在入射丨Ｔ和撞擊桿中朝著遠(yuǎn)離撞擊面的方向傳播。當(dāng)??入射桿屮的入射波傳播到入射桿與試樣界面時

０?＞??圖１．４應(yīng)力波在ＳＨＰＢ試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)傳播規(guī)律示意圖??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｅｓｓ?ｗａｖｅ?ｉｎ?ＳＵＦ＾Ｂ??ｓｙｓｔｅｍ??假設(shè)忽略應(yīng)力波在入射桿和透射桿中傳播的彌散效應(yīng)，那么入射桿和透射桿應(yīng)變片??處獲取的波形即可反映出試驗(yàn)過程中巖石試樣兩側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)的變化規(guī)律。圖１．５展示??了?ＳＨＰＢ試驗(yàn)過程試樣與桿件的相互關(guān)系。ｖｊｎｖ２代表試樣兩側(cè)界面處的質(zhì)點(diǎn)振動速度。??他們可以通過監(jiān)測的入射波（〇），反射波（ｅ？）和透射波（ｅｒ）確定：??＾＝Ｃｈ（￡ｉ－￡ｈ）?Ｕ．１１）??ｖ２?＝?ＣＢｓＴ?（１．１２）??于是，試樣內(nèi)部的平均應(yīng)變率和應(yīng)變?yōu)椋??－１０－??


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