岩石动态力学行为的数值模拟研究
发布时间：2021-11-26 03:47
随着人们对地下空间和资源等方面的需求逐渐提升,岩体工程逐步的向深部发展,岩石材料的动态力学特性被广泛关注。常见的动态扰动包括爆炸、震动、冲击和地震等,这些扰动以压缩波的形式在岩体内部传播。同时,受到岩体非均匀性质以及内部不等连续结构面等影响,激发的压缩波往往转变为拉伸波。因此,研究岩石在动态压缩和拉伸荷载作用下的动态力学响应不仅具有重要的理论意义,对岩石工程开挖支护和地下工程防护等方面也具有重大的工程价值。本文基于有限元应力应变分析方法和等效连续损伤力学的RFPA数值分析软件,利用Weibull统计分布描述岩石材料非均匀特性,采用Newmark隐式积分算法求解动态有限元方程,实现了粘弹性人工边界算法,并得到了不同应力波波长作用下的有限元网格尺寸效应。充分考虑了岩石力学中的接触问题,将考虑动、静摩擦效应的动接触模型和基于损伤理论的接触模型引入RFPA数值分析软件中,准确的实现了模拟块体之间的撞击过程,并继而研究岩石在撞击作用下的裂纹扩展规律。同时,成功利用基于损伤理论的接触模型分析静态和动态荷载作用下不同材料界面处的损伤演化过程和接触状态变化特征。基于提出的两种接触模型,成功建立了二维和...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２中等应变率范围内试验设备示意图（ａ．单轴动力试验机ｎ］；?ｂ．落锤冲击试??验机）??
金森】ｋｌ＇Ｔ?（Ｓｐｌｉｔ?Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｂａｒ，ＳＨＰＢ）试验系统。同时，ＳＨＰＢ装置相比落键??试验具ｆｆ更大的优势，并Ｊ１最低可以提供ｌｔ／Ｖ１的应变率加载。该装置由Ｋｏｌｓｋｙ于１９４９??年提出｜ｍｉ，用于测试村料在高应变率作用下的动态力学特性。图１．３为ＳＨＰＢ装置的??示意图。ＳＨ丨１Ｂ试验系统分为三个主要的组成部分：加载系统、杆件系统和数据采集记??录系统｜ｎ２?ｉｎ｜。加载装置）丨〗于激发动态荷载，其原理是通过气枪将子弹弹出，并匀速撞??击于入射ｔｒ?？侧。杆忭系统由三根相同材料（通常采用高强度钢材）和直径的入射杆、??透射杆和吸收杆组成。为了保证一维波阼播，入射杆和透射杆的长度应至少大于直径的??３０倍。另外．为了保证试验的准确性，在加载方向上，杆件系统应严格保证对中｜｜１４］。??试样则波夹在入射杆与透射杆之间。在ＳＨＰＢ试验过程中，试样两侧的应力状态应满足??动态平衡的条丨牛，这也是ＳＨＰＢ试验成功的一个重要评判因素。??整形器?高速摄像Ｒ丨［＠］??：气枪子弹｜?入射杆?应变片?透射杆丨Ｉ吸收杆??图１．３?ＳＨＰＢ装置示意图??Ｆｉｇ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳＨＰＢ?ａｐｐａｒａｔｕｓ??图丨．４描绘了应力波在ＳＨＰＢ试验系统的传播规律。当子弹撞击到入射杆左侧时，??在撞击而处产生两个ｊ土缩波，分别在入射丨Ｔ和撞击杆中朝着远离撞击面的方向传播。当??入射杆屮的入射波传播到入射杆与试样界面时
０?＞??图１．４应力波在ＳＨＰＢ试验系统内传播规律示意图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｅｓｓ?ｗａｖｅ?ｉｎ?ＳＵＦ＾Ｂ??ｓｙｓｔｅｍ??假设忽略应力波在入射杆和透射杆中传播的弥散效应，那么入射杆和透射杆应变片??处获取的波形即可反映出试验过程中岩石试样两侧的应力状态的变化规律。图１．５展示??了?ＳＨＰＢ试验过程试样与杆件的相互关系。ｖｊｎｖ２代表试样两侧界面处的质点振动速度。??他们可以通过监测的入射波（〇），反射波（ｅ？）和透射波（ｅｒ）确定：??＾＝Ｃｈ（￡ｉ－￡ｈ）?Ｕ．１１）??ｖ２?＝?ＣＢｓＴ?（１．１２）??于是，试样内部的平均应变率和应变为：??－１０－??
本文编号：3519335
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２中等应变率范围内试验设备示意图（ａ．单轴动力试验机ｎ］；?ｂ．落锤冲击试??验机）??
金森】ｋｌ＇Ｔ?（Ｓｐｌｉｔ?Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｂａｒ，ＳＨＰＢ）试验系统。同时，ＳＨＰＢ装置相比落键??试验具ｆｆ更大的优势，并Ｊ１最低可以提供ｌｔ／Ｖ１的应变率加载。该装置由Ｋｏｌｓｋｙ于１９４９??年提出｜ｍｉ，用于测试村料在高应变率作用下的动态力学特性。图１．３为ＳＨＰＢ装置的??示意图。ＳＨ丨１Ｂ试验系统分为三个主要的组成部分：加载系统、杆件系统和数据采集记??录系统｜ｎ２?ｉｎ｜。加载装置）丨〗于激发动态荷载，其原理是通过气枪将子弹弹出，并匀速撞??击于入射ｔｒ?？侧。杆忭系统由三根相同材料（通常采用高强度钢材）和直径的入射杆、??透射杆和吸收杆组成。为了保证一维波阼播，入射杆和透射杆的长度应至少大于直径的??３０倍。另外．为了保证试验的准确性，在加载方向上，杆件系统应严格保证对中｜｜１４］。??试样则波夹在入射杆与透射杆之间。在ＳＨＰＢ试验过程中，试样两侧的应力状态应满足??动态平衡的条丨牛，这也是ＳＨＰＢ试验成功的一个重要评判因素。??整形器?高速摄像Ｒ丨［＠］??：气枪子弹｜?入射杆?应变片?透射杆丨Ｉ吸收杆??图１．３?ＳＨＰＢ装置示意图??Ｆｉｇ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳＨＰＢ?ａｐｐａｒａｔｕｓ??图丨．４描绘了应力波在ＳＨＰＢ试验系统的传播规律。当子弹撞击到入射杆左侧时，??在撞击而处产生两个ｊ土缩波，分别在入射丨Ｔ和撞击杆中朝着远离撞击面的方向传播。当??入射杆屮的入射波传播到入射杆与试样界面时
０?＞??图１．４应力波在ＳＨＰＢ试验系统内传播规律示意图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｅｓｓ?ｗａｖｅ?ｉｎ?ＳＵＦ＾Ｂ??ｓｙｓｔｅｍ??假设忽略应力波在入射杆和透射杆中传播的弥散效应，那么入射杆和透射杆应变片??处获取的波形即可反映出试验过程中岩石试样两侧的应力状态的变化规律。图１．５展示??了?ＳＨＰＢ试验过程试样与杆件的相互关系。ｖｊｎｖ２代表试样两侧界面处的质点振动速度。??他们可以通过监测的入射波（〇），反射波（ｅ？）和透射波（ｅｒ）确定：??＾＝Ｃｈ（￡ｉ－￡ｈ）?Ｕ．１１）??ｖ２?＝?ＣＢｓＴ?（１．１２）??于是，试样内部的平均应变率和应变为：??－１０－??
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