岩石弹塑脆性本构模型及数值验证研究

"本文介绍了在岩石材料非均匀特性基础上建立的具有应变硬化的弹塑脆性本构模型，以及通过预置裂纹板的拉伸试验和岩样单轴受压试验验证模型的可靠性和精确性。" 本文研究的核心是针对岩石力学领域的弹塑脆性本构模型。在煤炭学报2012年第4期的一篇论文中，研究人员于永江、王大国等人提出了一种新的本构模型，旨在更准确地预测岩石破损区的发生时间和扩展状况。他们考虑了岩石材料的非均匀性，引入了应变硬化机制，这使得模型能够更好地反映岩石在受力过程中的实际行为。 本构模型是描述材料在不同应力状态下的变形特性的数学表达式，对于理解岩石在开采、工程应用等过程中的力学响应至关重要。在弹塑脆性本构模型中，岩石首先表现出弹性行为，随着应变的增加，逐渐进入塑性阶段，最终达到破裂点。应变硬化是指材料在塑性变形后强度的增加，这个特征在模型中被纳入，有助于刻画岩石破坏前的应力集中和单元屈服现象。 为了验证模型的有效性，研究人员开发了相应的有限元计算程序，并进行了模块化处理，以便进行数值模拟。他们设计了预置裂纹板的拉伸试验和岩样单轴受压试验，这两种实验是岩石力学领域常用的方法，用于模拟实际工况下岩石的受力情况。通过对比实验结果和模型预测，研究者证明了所建立的数值模型能够可靠地模拟裂纹扩展和局部化剪切带的发展，这在矿井安全和地质灾害预测中有重要应用价值。 在新本构模型的应变硬化阶段，模型能清晰地反映出破坏前的应力集中现象，这对于识别拉伸破坏和剪切破坏的差异特别有用。拉伸破坏通常与岩石的线性延展有关，而剪切破坏则涉及材料的剪切变形和裂纹的横向扩展。能够区分这两种破坏模式，对于预测和防止岩石结构的突然失效具有重要意义。 此外，这项研究受到国家自然科学基金的资助，表明了其在学术和工程实践中的重要地位。作者们提供的模型和验证方法对岩石力学研究者和工程技术人员来说是一份宝贵的资源，可以帮助他们更好地理解和预测复杂地质环境下的岩石行为。