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《辽宁科技大学》 2016年
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岩石的动态特性及其破碎特征分析

刘鑫  
【摘要】:利用分离式霍普金森实验装置,选取直径均为50 mm,长度分别为500 mm、 400 mm、300 mm的三个系列的弹头,采用递增气压分别冲击直径50 mm、厚度25 mm的花岗岩、千枚岩、赤铁石英岩、磁铁石英岩四种岩石试件。通过试验,分析了动荷载作用下岩石的破碎过程及机理,建立了同一冲击荷载作用下四种岩石的应力应变曲线,并拟合出峰值应力与应变率的相关关系。通过分析冲击试验中不同弹头冲击作用下的岩石试件能量耗散方式,得出比能吸收与入射能具有高度的线性关系;采用比能吸收值与反射波经历时间的比值定义能时密度,探讨了能时密度与弹头冲量、入射能、动态增强因子之间的相关关系;通过对岩石试件破碎块度统计,拟合出块度分形维数与能时密度的相关关系,进而得到以最佳破碎块度分形维数为指标的不同弹头冲击下能时密度与岩石试件的最佳匹配关系。借助细观力学理论、分形理论和扫描电镜图像分析方法,说明了岩石动态破碎的细观过程及机理,探讨了不同弹头冲击作用于具有不同表面分形维数的岩石试件时,能时密度和典型碎块表面的分形维数以及动态增强因子和典型碎块表面的分形维数的相关关系;引入关系式SEAT ∞ Df1EXP[-(n/Df)Df2]并根据试验数据得到四种岩石试件的能时密度与岩石表面分形维数、典型碎块表面分形维数、破碎块度分形维数、碎块均匀性系数之间的拟合关系表达式,进而得到不同弹头冲击作用于不同岩石试件的最小能时密度值。根据不同弹头作用于不同岩石试件的最大比能吸收值、最大能时密度值和相同破碎状态情况下最小能时密度值,得出冲击试验中合理的弹头与岩石类型匹配关系。文中还简单探讨了冲击破碎碎块的损伤度表达方式,为进一步工作奠定了基础。
【学位授予单位】:辽宁科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU45

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