煤岩体损伤模拟研究：动载应变率影响分析

"动载应变率对煤岩体损伤的模拟研究" 本文是对煤岩体在动载荷作用下的损伤规律进行的模拟分析，重点探讨了动载应变率对煤岩体破坏特性的影响。研究采用了HJC本构模型，这是一种能够描述材料动态响应的模型，特别适用于模拟高速冲击或动态加载条件下的材料行为。HJC模型通过三段多项式状态方程刻画了煤岩体的压力与体积应变之间的关系，涵盖了线弹性、塑性变形和密实材料的Hugoniot曲线三个阶段，考虑了裂纹和孔隙在压力下的效应以及塑性体积变化。 实验模拟采用了LS-DYNA，这是一个强大的有限元分析软件，尤其擅长处理非线性和瞬态动力学问题。在LS-DYNA中，建立了1/4对称尺寸的煤岩体模型，直径50mm，高50mm，并用三维实体单元（Solid164）进行网格划分，确保了计算的精度。模型的底部设置了一个垫片模型以支撑煤岩体，并在顶部施加载荷。同时，煤岩体的HJC本构模型参数根据相关文献进行了设定（具体参数见表1）。 研究结果显示，对于相同的最大载荷压力，载荷作用时间比载荷变化率更能影响煤岩体的损伤程度。随着载荷变化率的增加，煤岩体破坏的最大能量减小，破坏发生的时间提前，这表明更高的载荷变化率会导致更快速的破坏。同时，吸收的能量越大，煤岩体的破坏越严重，表明能量吸收与破坏程度正相关。此外，煤岩体发生破坏时的压力随着载荷变化率的增加而增大，这与应变的增加趋势一致，进一步证明了载荷变化率对煤岩体损伤的重要影响。 这些发现对于理解和预测矿井开采中的煤岩体稳定性具有重要意义，有助于制定更为安全的开采策略和防灾措施。通过数值模拟，可以详细地观察煤岩体动态损伤过程以及各个元素点的应力和能量变化，为实际工程提供了重要的理论支持和参考依据。