冲击载荷下三轴煤体动力学分析与损伤模型

"冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程" 文章主要探讨了在冲击载荷作用下，三轴煤体的动力学特性及其损伤本构关系。研究人员采用三轴分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统，模拟轴向静载、围压和冲击载荷的组合，以深入理解煤体在动态条件下的行为。试验结果显示，在冲击载荷下，三轴煤体的动态应力-应变曲线没有明显的压密阶段，这表明轴向预静载有助于封闭煤体内部的原始裂隙，使煤体在初始加载时表现出类似完整弹性体的特性。 当应力达到峰值强度的60%至85%时，应力-应变曲线出现"跃进"现象，这一现象可能与碳在晶体微破裂过程中的作用有关。一旦应力超过煤体的动态强度，试样将发生破坏，应力随之降低。此外，动态强度和破坏应变与平均应变率之间存在显著的线性关系，这种应变率效应揭示了不同轴向静载、围压和冲击载荷对煤体动态强度和破坏应变的影响具有可比性。 基于岩石力学的强度理论和统计损伤理论，研究者构建了一个冲击载荷下三轴煤体的动态损伤本构模型。该模型充分考虑了轴向静载、围压和冲击载荷三个因素，清晰地描绘了这些因素如何影响煤体的动力学特性。其中，轴向静载会导致煤体恶化，降低其动态强度，而围压和冲击载荷则有利于提高煤体的动态强度。理论模型的结果与实验观测相吻合，通过模型拟合实验得到的应力-应变数据，理论应力-应变曲线与实验数据基本一致。 此研究为理解和预测冲击载荷下煤体的行为提供了重要的理论基础，对于矿井安全、灾害预防以及地下工程的设计具有重要意义。同时，提出的损伤本构模型可以为未来相关领域的数值模拟和工程计算提供实用工具。