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、軍事防護工程、地震、巖爆等問題,本質(zhì)都是沖擊荷載產(chǎn)生的應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具的設計、施工開挖工藝參數(shù)的選取、防破工程的安全設計等方面提供數(shù)據(jù)支持與理論依據(jù),同時也為其他巖石相關(guān)學科的研究提供參考。本文利用LS-DYNA非線性顯示動力分析軟件,對沖擊實驗裝置進行優(yōu)化,本構(gòu)模型的選取進行討論,建立了巖石SHPB數(shù)值試驗模型。模擬了巖石在不同應變率下巖石的動態(tài)破壞過程,分析了不同應變率下巖石的動態(tài)破壞模式,并進行了能量相關(guān)性分析。最后,對巖石受循環(huán)沖擊荷載情況下的數(shù)值試驗模型進行討論,比較兩種建模方式的優(yōu)劣,并描述了巖石損傷對應力波傳播的影響和巖石在循環(huán)沖擊荷載下動態(tài)破壞的特點。研究表明,在巖石SHPB實驗技術(shù)數(shù)值模擬分析中,巖石的材料模型可以選取HJC模型,沖擊荷載的應力波波形采用半正弦波時可以消除應力波在壓桿中傳播時彌散效應現(xiàn)象,并且采用半正弦波加載時,試件達到應力均勻化的時間較短;在不同應變率下,巖石的破壞過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力峰值與持續(xù)時間相關(guān),當入射能足夠?qū)е聨r石破壞時,采用幅值高,延續(xù)時間短的應力波加載時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,由于細觀裂紋成核并產(chǎn)生裂縫,引起材料性能劣化,導致應力波峰值衰減;巖石在循環(huán)沖擊荷載下發(fā)生破壞時,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 動態(tài)破壞 LS-DYNA
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 霍普金森壓桿實驗技術(shù)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 沖擊荷載下巖石動力學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 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 SHPB實驗裝置與技術(shù)原理17-22
• 2.1 前言17-18
• 2.2 SHPB實驗裝置簡介18-19
• 2.3 SHPB試驗原理與結(jié)果分析19-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 數(shù)值試驗模型的建立22-37
• 3.1 前言22
• 3.2 軟件簡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實驗數(shù)值模擬及研究37-61
• 4.1 前言37
• 4.2 應力波在壓桿中傳播彌散效應分析37-39
• 4.2.1 采用撞擊桿撞擊情況下的彌散分析38
• 4.2.2 采用應力波輸入方式下的彌散分析38-39
• 4.3 早期均勻性的驗證39-42
• 4.3.1 應力波在試件內(nèi)的透反射過程40-41
• 4.3.2 模擬結(jié)果分析41-42
• 4.4 不同應變率下巖石動態(tài)力學特性模擬42-46
• 4.4.1 應力波峰值對試樣平均應變率的影響43-44
• 4.4.2 不同應變率下巖石的動態(tài)力學特性44-46
• 4.5 巖石變形破壞研究46-55
• 4.5.1 破壞過程描述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 能量計算方法56
• 4.6.2 不同應變率下能量分析56-57
• 4.6.3 等幅值不同延續(xù)時間下的能量分析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)值模擬實現(xiàn)方法61-65
• 5.2.1 連續(xù)應力波輸入61-64
• 5.2.2 重啟動分析64
• 5.2.3 建模過程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71-75
• 致謝75

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