岩体颗粒冲击破碎的试验研究与三维离散元数值模拟
发布时间：2021-07-20 21:51
颗粒材料在外来冲击作用下会发生破碎是一个普遍存在的问题,如岩土工程中的打桩过程、动力击实,军事领域内的弹体冲击等,这是由于冲击荷载会引发高应变率,使材料处于高应力状态。作为自然界分布最广泛的物质,岩石的颗粒破碎早已引起了世界上许多研究人员的关注,并开展了大量相关的研究工作。近些年来,随着国内大型民用和工业建设的兴起,大量石料如粗粒料、砂石等被广泛应用于交通、水利等基础设施建设中,由于岩石颗粒破碎会严重影响这些设施的实用性与安全性,因此受到了人们越来越多的重视。分离式霍普金森压杆（SHPB）试验技术是一种被广泛应用的,用于测试材料动态力学特性的标准方法。本文采用SHPB试验装置,对尼山石和寿山石这两类不同的岩体颗粒进行冲击破碎试验,测得不同应变率下岩体的应力-应变曲线,分析在冲击过程中应变率对岩体动态本构的影响,并通过两个独立变量:应变率强化变量Y*（?）和损伤软化变量D（?）构建了两类岩体的应变率相关本构理论。统计岩体破碎后的碎块信息,采用碎块的颗粒级配曲线作为岩体破碎程度的度量,量化岩体的破碎程度。借助于分形几何理论,得到两类岩石破碎后碎块的分形维数,分析岩石动...
【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】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 研究现状
1.2.1 冲击破碎试验研究现状
1.2.2 数值模拟在岩体颗粒破碎的研究现状
1.3 论文的主要研究内容
2 SHPB冲击试验
2.1 试验装置与原理介绍
2.1.1 霍普金森压杆实验装置
2.1.2 霍普金森压杆控制方程
2.2 试样选择与冲击破碎试验
2.3 应变率效应对比分析
2.3.1 动态本构关系比较
2.3.2 颗粒级配曲线对比
2.4 本章小结
3 岩石冲击破坏的分形理论研究
3.1 分形维数的计算
3.2 试样破碎特征分析
3.2.1 冲击速度对破碎分维的影响
3.2.2 破碎分维与动态抗压强度关系研究
3.3 本章小结
4 离散元数值模拟
4.1 离散单元法(DEM)介绍
4.1.1 离散元模拟程序——PFC
4.1.2 PFC的优势与使用流程
4.2 岩体冲击破碎的离散元数值模拟
4.2.1 建立数值模型
4.2.2 标定粘结强度
4.2.3 建立与速率相关的强度准则
4.3 冲击破碎过程的数值分析
4.3.1 能量分析
4.3.2 裂纹拓展
4.4 形态效应研究
4.4.1 动态抗压强度分析
4.4.2 强度特征
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲击荷载下岩石裂纹动态扩展全过程演化规律研究[J]. 王飞,王蒙,朱哲明,邱豪,应鹏,王勖雅. 岩石力学与工程学报. 2019(06)
[2]混凝土SHPB动态抗压试验数值模拟研究[J]. 李晓琴,陈保淇,杜茜,丁祖德. 机械强度. 2018(04)
[3]SHPB实验过程中岩石变形破坏的实时物像同步分析[J]. 万璋,范立峰,王林,巩荣耀. 实验力学. 2017(06)
[4]冲击荷载作用下岩石动态力学特性及破裂特征研究[J]. 李晓锋,李海波,刘凯,张乾兵,邹飞,黄理兴,ZHAO Jian. 岩石力学与工程学报. 2017(10)
[5]堆石颗粒压缩破碎强度的尺寸效应[J]. 周海娟,马刚,袁葳,周伟,常晓林. 岩土力学. 2017(08)
[6]高应变率下预制单节理岩石SHPB劈裂试验能量耗散分析[J]. 李淼,乔兰,李庆文. 岩土工程学报. 2017(07)
[7]多次冲击荷载作用下花岗岩动态累计损伤特性[J]. 李地元,孙小磊,周子龙,蔡鑫,邱加冬. 实验力学. 2016(06)
[8]岩石单颗粒压缩破碎试验研究[J]. 王益栋,徐永福,奚悦. 固体力学学报. 2015(06)
[9]各向异性花岗岩的力学参数及相关性[J]. 吴秋红,尤明庆,苏承东. 中南大学学报(自然科学版). 2015(06)
[10]冲击荷载作用下磁铁石英岩破碎能耗分析[J]. 郭连军,杨跃辉,张大宁,李林. 金属矿山. 2014(08)
博士论文
[1]冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D]. 张华.昆明理工大学 2009
[2]冲击荷载下岩石强度及破碎能耗特征的尺寸效应研究[D]. 洪亮.中南大学 2008
本文编号：3293668
【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】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 研究现状
1.2.1 冲击破碎试验研究现状
1.2.2 数值模拟在岩体颗粒破碎的研究现状
1.3 论文的主要研究内容
2 SHPB冲击试验
2.1 试验装置与原理介绍
2.1.1 霍普金森压杆实验装置
2.1.2 霍普金森压杆控制方程
2.2 试样选择与冲击破碎试验
2.3 应变率效应对比分析
2.3.1 动态本构关系比较
2.3.2 颗粒级配曲线对比
2.4 本章小结
3 岩石冲击破坏的分形理论研究
3.1 分形维数的计算
3.2 试样破碎特征分析
3.2.1 冲击速度对破碎分维的影响
3.2.2 破碎分维与动态抗压强度关系研究
3.3 本章小结
4 离散元数值模拟
4.1 离散单元法(DEM)介绍
4.1.1 离散元模拟程序——PFC
4.1.2 PFC的优势与使用流程
4.2 岩体冲击破碎的离散元数值模拟
4.2.1 建立数值模型
4.2.2 标定粘结强度
4.2.3 建立与速率相关的强度准则
4.3 冲击破碎过程的数值分析
4.3.1 能量分析
4.3.2 裂纹拓展
4.4 形态效应研究
4.4.1 动态抗压强度分析
4.4.2 强度特征
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲击荷载下岩石裂纹动态扩展全过程演化规律研究[J]. 王飞,王蒙,朱哲明,邱豪,应鹏,王勖雅. 岩石力学与工程学报. 2019(06)
[2]混凝土SHPB动态抗压试验数值模拟研究[J]. 李晓琴,陈保淇,杜茜,丁祖德. 机械强度. 2018(04)
[3]SHPB实验过程中岩石变形破坏的实时物像同步分析[J]. 万璋,范立峰,王林,巩荣耀. 实验力学. 2017(06)
[4]冲击荷载作用下岩石动态力学特性及破裂特征研究[J]. 李晓锋,李海波,刘凯,张乾兵,邹飞,黄理兴,ZHAO Jian. 岩石力学与工程学报. 2017(10)
[5]堆石颗粒压缩破碎强度的尺寸效应[J]. 周海娟,马刚,袁葳,周伟,常晓林. 岩土力学. 2017(08)
[6]高应变率下预制单节理岩石SHPB劈裂试验能量耗散分析[J]. 李淼,乔兰,李庆文. 岩土工程学报. 2017(07)
[7]多次冲击荷载作用下花岗岩动态累计损伤特性[J]. 李地元,孙小磊,周子龙,蔡鑫,邱加冬. 实验力学. 2016(06)
[8]岩石单颗粒压缩破碎试验研究[J]. 王益栋,徐永福,奚悦. 固体力学学报. 2015(06)
[9]各向异性花岗岩的力学参数及相关性[J]. 吴秋红,尤明庆,苏承东. 中南大学学报(自然科学版). 2015(06)
[10]冲击荷载作用下磁铁石英岩破碎能耗分析[J]. 郭连军,杨跃辉,张大宁,李林. 金属矿山. 2014(08)
博士论文
[1]冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D]. 张华.昆明理工大学 2009
[2]冲击荷载下岩石强度及破碎能耗特征的尺寸效应研究[D]. 洪亮.中南大学 2008
本文编号：3293668
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3293668.html
