潘谢煤田13-1煤层煤岩动态力学特性和本构模型研究

"潘谢煤田13-1煤层煤岩冲击动力学性能及本构关系的建立" 本文是关于行业研究的专业论文，主要探讨了潘谢煤田13-1煤层煤岩在冲击载荷下的动力学性能及其本构关系。作者通过分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验，对煤岩进行了不同应变率的冲击压缩测试。实验结果显示，煤岩在动态条件下的应力-应变曲线呈现出显著的应变硬化和应变率硬化现象，即随着应变率的增加，煤岩的峰值应力和动态弹性模量也随之增加。 研究进一步通过改进朱-王-唐模型，建立了反映煤岩在峰值应力之前的动态应力-应变关系的本构方程。这个方程能够量化煤岩的动态强度与应变率之间的关系。通过对实验数据的拟合，得出了本构方程的相关参数，这些参数揭示了煤岩对高应变率的敏感性，特别是在高应变率条件下，气煤（含有较多挥发分的煤）相比于无烟煤显示出更为明显的脆性特征，即气煤在破坏时的应变更小。 为了验证理论模型的准确性，作者使用Fortran语言开发了VUMAT（用户自定义材料子程序），将煤岩的动态力学特性纳入到数值模拟中，对SHPB实验进行了数值模拟。模拟结果与实验结果有很好的一致性，证明了所建立的本构方程和VUMAT子程序的有效性。 该研究对于理解和预测煤岩在开采过程中的动态响应，尤其是在冲击载荷下的行为，以及优化矿井的安全设计和事故预防具有重要意义。同时，对于煤炭行业的工程实践和技术发展提供了重要的理论支持。