收藏本站
《北京科技大学》 2020年 博士论文
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于统一强度理论的岩石动态损伤模型研究

胡学龙  
【摘要】:岩石动态损伤模型在解决岩石爆破和冲击等岩石动力学问题中占有重要地位,对研究岩石动力学问题具有举足轻重的作用。目前,尽管岩石动态损伤模型有很多,但是这些模型仍有一定的不足和缺陷,亟待对其完善和改进,或者有待进一步建立一个新的岩石动态损伤模型。本文首先针对目前常用的岩石动态损伤模型的不足和缺陷,基于弹塑性力学和损伤力学,以统一强度理论作为屈服准则,建立一个新的岩石动态损伤模型;然后为了便于岩石动态损伤模型的应用,采用Fortran语言对所建立的岩石动态损伤模型进行编程使其数值实现;最后基于岩石动态损伤模型对岩石动态的直切槽半圆盘弯曲(NSCB)试验和不同地应力条件下的岩石爆破进行数值模拟,进而对这两个典型的岩石动力学问题展开研究。本文的研究内容和结论主要包括:(1)岩石动态损伤模型的建立。基于统一强度理论,推导出了岩石动态损伤模型的本构关系式,从而建立了一个岩石动态损伤模型。该模型综合考虑了岩石的Lode角效应、应变率效应、岩石的围压效应、岩石拉伸和压缩条件下的硬化行为、岩石拉伸和压剪条件下的损伤演化规律,修改了 HJC模型中关于对体积应变不合理的表示,并给出了统一强度理论屈服面奇异性的解决方法。(2)岩石动态损伤模型的数值实现及其验证。首先采用Fortran语言通过大型通用有限元软件LS-DYNA的用户材料自定义接口(Umat)对该本构模型进行编程,使用Fortran语言编译器Intel(R)Fortran Complier运行程序文件,生成新的LS-DYNA求解器,将岩石动态损伤模型内嵌到LS-DYNA中;然后分别从基本参数、强度参数、硬化参数和损伤参数等四个方面给出了岩石动态损伤模型参数的具体确定方法;最后通过典型的四个算例即岩石单轴压缩试验、岩石三轴压缩、岩石单轴拉伸试验和岩石SHPB试验对所建立的岩石动态损伤模型进行验证。结果表明:新生成的LS-DYNA求解器运行稳定;所建立的岩石动态损伤模型完全能够刻画岩石的准静载和动载条件下的力学行为。(3)岩石动态损伤模型主要参数的敏感性分析。基于单元测试法和局部参数敏感性分析方法,分别从定性和定量两个方面对岩石动态损伤模型的主要参数进行了敏感性分析,它们的敏感度从大到小依次为:βm、D1、β0、α、Pcrush、μcrush、b1、μlock、Plock、D2、K1。K2和K3对岩石的准静态力学行为没有影响。(4)岩石动态NSCB试验的数值模拟研究。基于岩石动态损伤模型对岩石动态NSCB试验进行了数值模拟,分别研究了加载速率对NSCB岩石试件损伤演化、破坏形态和能量演化的影响。研究结果表明:加载速率对NSCB试件的损伤范围、破坏形态和能量演化均具有重要影响。加载速率越大,NSCB的损伤范围越大,裂纹的平整性越差,内能的最终稳定值越大。根据岩石内能与总能量的比值,可以把NSCB试验中岩石试件从变形到破坏的全过程划分为五个阶段,这对加深认识岩石的动态断裂特性具有重要意义。(5)不同地应力条件下岩石爆破的模拟研究。基于岩石动态损伤模型对不同地应力条件下岩石的爆破进行了数值模拟,并结合理论分析,从地应力对岩石爆破的损伤演化、裂纹扩展和能量演化三个方面展开研究。研究结果表明:静水压力越大,岩石的损伤范围越小,岩石获取的能量的利用率越小,炸药能量的有效利用率越大;地应力侧压系数k对岩石的损伤范围、裂纹扩展和能量演化均有一定的影响,随着地应力侧压系数k的增大,岩石的损伤范围呈减小趋势,岩石获取的能量利用率和炸药能量的有效利用率呈增大趋势;裂纹主要沿着最大应力方向扩展,地应力侧压系数主要影响最小应力方向裂纹的扩展。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 谢福君;张家生;陈俊桦;;冲击荷载作用下岩石压动态和拉动态损伤模型[J];中南大学学报(自然科学版);2019年02期
2 刘保县;郭子红;黄敬林;;岩石塑性应变损伤模型的建立及应用[J];西华大学学报(自然科学版);2009年02期
3 高文学,刘运通;岩石动态损伤的数值模拟[J];北京工业大学学报;2000年02期
4 金丰年,范华林;岩石的非线性流变损伤模型及其应用研究[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2000年03期
5 李夕兵,古德生,赖海辉;冲击载荷下岩石动态应力-应变全图测试中的合理加载波形[J];爆炸与冲击;1993年02期
6 林赞扬;;《蛟龙》[J];东方收藏;2020年04期
7 王汉清;;边坡支护工程中常见的岩石勘查问题及处理措施[J];四川建材;2019年11期
8 胡素玲;;《各种各样的岩石》一课教学反思[J];中小学实验与装备;2016年03期
9 滕国斌;《认识岩石》教学设计与反思[J];小学教学参考;2005年Z3期
10 江美华;;坚硬的岩石会改变模样吗[J];教书育人;2009年07期
11 姜云生;“怎样认识物体(五)——岩石”的教学[J];江西教育;1985年09期
12 毛文彬;关于《岩石》的教学[J];江苏教育;1986年24期
13 周友富;怎样依照程序认识岩石[J];教学仪器与实验;1994年X1期
14 李泽宏;;“怎样认识物体——岩石”教学谈[J];小学教学研究;1994年09期
15 文婧;;《岩石边》[J];青年文学家;2018年35期
16 杜德维;;人群与岩石[J];世界博览;2019年03期
17 ;岩石上隐藏的画[J];课堂内外(小学低年级);2019年04期
18 张洪波;;岩石(组诗)[J];扬子江诗刊;2019年03期
19 ;乌龟与鹰[J];中国多媒体与网络教学学报(下旬刊);2019年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 严波;曾新吾;;采用岩石爆炸损伤模型模拟地下爆炸应力波辐射模式[A];国家安全工程地球物理研究——第二届国家安全地球物理学术研讨会论文集[C];2006年
2 周丰峻;高永红;任辉启;;岩石动力学研究新进展[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
3 李夕兵;古德生;赖海辉;;岩石在不同应力波加载下的动态响应[A];第三届全国岩石动力学学术会议论文选集[C];1992年
4 黄理兴;陈奕柏;;我国岩石动力学研究状况与发展[A];第八届全国岩石动力学学术会议论文集[C];2003年
5 高文学;刘运通;;岩石动态损伤机理及其应用研究[A];第七届全国工程爆破学术会议论文集[C];2001年
6 何昌荣;张流;;研究岩石弱化行为的一种新方法[A];第五届全国构造物理、第三届全国高温高压学术讨论会论文摘要[C];1992年
7 阳宁;赵绕武;;高速冲击下岩石的力——凿深特性[A];第四届全国岩石破碎学术讨论会论文集[C];1989年
8 孙家禄;;岩石弹塑性的统计分析与分类指标的探讨[A];地下工程经验交流会论文选集[C];1982年
9 于亚伦;;岩石动力学的研究内容和动载荷的分类[A];第四届全国岩石破碎学术讨论会论文集[C];1989年
10 孙钧;潘鼎元;;岩石动力学及其工程应用[A];岩石力学新进展[C];1989年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡学龙;基于统一强度理论的岩石动态损伤模型研究[D];北京科技大学;2020年
2 杨阳;低温作用下岩石动态力学性能试验研究[D];中国矿业大学(北京);2016年
3 李勇成;地下水封油库岩石变形破坏机制及围岩稳定性研究[D];中国地质大学(北京);2011年
4 张志镇;岩石变形破坏过程中的能量演化机制[D];中国矿业大学;2013年
5 李文;基于钻进响应的岩石(体)特性识别理论与方法研究[D];北京科技大学;2017年
6 尹土兵;考虑温度效应的岩石动力学行为研究[D];中南大学;2012年
7 朱杰兵;高应力下岩石卸荷及其流变特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2009年
8 沙茜;差应力对岩石部分熔融的影响及其作用机制[D];吉林大学;2012年
9 王煜曦;岩石断裂表面细观接触演化与剪切力学模型研究[D];北京科技大学;2016年
10 刘冬桥;岩石损伤本构模型及变形破坏过程的混沌特征研究[D];中国矿业大学(北京);2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭子红;岩石损伤变形与尺寸效应研究[D];西华大学;2007年
2 姚鹏;炸药与岩石的匹配分析研究[D];武汉理工大学;2011年
3 沙茜;差应力对岩石熔融程度的影响[D];吉林大学;2009年
4 李森;反击式破碎机破碎单颗粒岩石的仿真研究[D];河南理工大学;2012年
5 杨猛猛;化学腐蚀作用下岩石的动态力学效应研究[D];华东交通大学;2014年
6 杨凡;微波照射下岩石损伤机理的试验研究[D];西安科技大学;2015年
7 华悦含;几种岩石动态拉伸破坏实验研究[D];辽宁科技大学;2014年
8 王鹏;岩石单轴加载声发射特性研究[D];东北大学;2013年
9 刘涛;岩石在静应力状态下的循环冲击实验及损伤特性研究[D];中南大学;2013年
10 缪海宾;损伤引起岩石剪切破坏的数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王重阳;生命是岩石开出的花朵[N];中国科学报;2017年
2 赵济潮;老实,是岩石、山巅、风雪中的花朵[N];青海日报;2018年
3 编译 蒋静;千奇百怪的岩石故事[N];中国矿业报;2019年
4 张鸥 何炬 杨海霞;合理规划 科学保护[N];鞍山日报 ;2007年
5 记者 罗序文 通讯员 涂细亮;研究岩石14年 节省投资1.5亿元[N];湖北日报;2007年
6 姗悦;积极推进古老岩石的保护开发[N];鞍山日报 ;2006年
7 蒋少清 胡浩;约旦寻求合作伙伴共同开发油岩石资源[N];中国石化报;2006年
8 申 彦;月球岩石藏匿原始生命“天书”[N];大众科技报;2002年
9 记者颜亮;世界上最古老岩石被发现[N];人民日报;2002年
10 记者 马朝阳;金岩石 海归的幸福生活[N];中国证券报;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978