低应变率动载下含水泥岩力学响应特性与损伤机制

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作者 李桂臣 杨森 +3 位作者 孙元田 李菁华 郝浩然 邵泽宇 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期4768-4784,共17页

动载作用下富水泥质巷道围岩加速失稳破坏,已成为深部煤炭资源开采工程的突出问题,深入研究扰动荷载下含水泥质岩体的损伤机制具有重要意义。开展了泥岩低应变率动载扰动试验,分析了不同含水率、动载速率、动载强度等因素对泥岩力学响... 动载作用下富水泥质巷道围岩加速失稳破坏,已成为深部煤炭资源开采工程的突出问题,深入研究扰动荷载下含水泥质岩体的损伤机制具有重要意义。开展了泥岩低应变率动载扰动试验,分析了不同含水率、动载速率、动载强度等因素对泥岩力学响应特性的影响,阐明了动载扰动阶段的弹塑性变形行为特性,明确了泥岩不同加载阶段拉伸、剪切破坏分布特征,揭示了水岩及动载作用下泥岩细观结构演化机制。结果表明:①低应变率动载对泥岩强度仍有弱化作用,泥岩抵抗动载扰动能力随含水率、动载速率、强度增大而降低,强度损伤最大分别达到28.47%、59.76%、31.56%。②声发射特性参数规律表明加载过程中泥岩经历了初期损伤、损伤加剧、损伤平寂(加剧)、损伤发育4个裂隙演化阶段,动载扰动阶段各因素较低水平时Kaiser效应更明显,各因素较高水平时Felicity效应越显著。③初次动载扰动下泥岩的加载应变、塑性应变均最大,各因素较高水平时泥岩二次显著损伤时间提前;较高动载速率、强度试验中,扰动过程中加载应变与塑性应变关联性较高,且塑性应变始终大于弹性应变。④泥岩加载全过程中剪切破坏占比随着含水率的增大均有提升,其中动载阶段由干燥时6.94%显著增加至饱和时33.95%,宏观剪切破坏特征逐渐明显。⑤饱和泥岩中水的溶蚀及潜蚀作用、较高速率动载作用下胶结断裂、较高强度动载作用下颗粒胶结大范围位移是泥岩力学性能劣化的根本原因。⑥构建了考虑侧向应力与循环动载作用的泥岩损伤模型并利用不同含水率试样循环动载阶段加卸载应力−应变关系进行了验证,模型参数F0与参数m(m,F0分别为关于Weibull分布的形状参数和比例参数)相比对泥岩试样强度的影响更显著。研究成果为揭示低应变率动载作用下含水泥质软岩的损伤机制提供了科学依据,有助于深入理解动载扰动下富水泥质巷道围岩加速失稳问题。 展开更多

关键词 低应变率 动载扰动 含水泥岩 力学响应 损伤机制

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低应变率冲击荷载下节理花岗岩的动力响应规律

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作者 王智德 司莹莹 +2 位作者 李杰 钱梦凡 安佳兴 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1755-1762,1777,共9页

岩体中节理面的存在是引起冲击应力波衰减的主要原因,会造成爆炸能量的衰减及降低爆破效果。为探讨低应变率下不同节理倾角花岗岩在冲击荷载作用下的动态力学性质、应力波传递规律和能量传递规律,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinso... 岩体中节理面的存在是引起冲击应力波衰减的主要原因,会造成爆炸能量的衰减及降低爆破效果。为探讨低应变率下不同节理倾角花岗岩在冲击荷载作用下的动态力学性质、应力波传递规律和能量传递规律,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置对低应变率下3种不同冲击气压、4种不同倾角的节理花岗岩进行冲击试验。结果表明:(1)在含节理的岩样中,其峰值应力随节理倾角的增大呈下降趋势,随冲击荷载的增大呈上升趋势;(2)透射系数随节理倾角的增加先增大后减小,随冲击荷载的增大先减小后增大;(3)能量传递系数随节理倾角的增加先增高后降低,完整岩样、节理倾角θ=0º和45º的岩样,其能量传递系数都随着冲击荷载的增大而减小,而节理倾角θ=15º和30º的岩样,其能量传递系数随着冲击荷载的增大先减小后增大。 展开更多

关键词 倾角 节理花岗岩 SHPB冲击试验 动力响应 低应变率

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低应变率下NEPE推进剂“双屈服”特性及其粘-弹-塑性屈服模型

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作者 申志彬 张宇轩 邓旷威 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期262-268,共7页

固体发动机全寿命周期中,推进剂药柱长期处于低应变率状态。为了分析硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂在低应变率下的屈服与损伤特性,开展了NEPE推进剂在低应变率(1.190×10^(-5)~2.381×10^(-2)s^(-1))下的单轴拉伸试验。研究表明,N... 固体发动机全寿命周期中,推进剂药柱长期处于低应变率状态。为了分析硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂在低应变率下的屈服与损伤特性,开展了NEPE推进剂在低应变率(1.190×10^(-5)~2.381×10^(-2)s^(-1))下的单轴拉伸试验。研究表明,NEPE推进剂的应力-应变曲线呈“双屈服”态,最大抗拉强度、断裂强度随拉伸速率的下降而明显下降,但初始屈服点(“脱湿点”)与后继屈服点不受应变率的影响,两级屈服点应变近似保持一个稳定值,分别为13.5%和55.4%。因此,可将“脱湿点”应力视为推进剂的屈服强度。在此基础上,构建了NEPE推进剂粘-弹-塑性屈服模型,通过引入动屈服函数,建立了动屈服强度、粘塑性应变率与静屈服强度之间的关系。结合试验数据,NEPE推进剂静屈服强度为0.22 MPa。 展开更多

关键词 NEPE推进剂 低应变率 屈服 “脱湿”损伤 粘-弹-塑性

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低应变率下沙漠砂混凝土动态力学性能及本构模型 被引量：14

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作者 张明虎 刘海峰 +1 位作者 马映昌 车佳玲 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期2160-2166,I0023,共8页

为研究沙漠砂混凝土动态力学性能,利用电液伺服万能试验机进行不同沙漠砂替代率下沙漠砂混凝土动态压缩试验;分析沙漠砂替代率和应变率对沙漠砂混凝土动态抗压强度和强度增强因子的影响,探讨低应变率下沙漠砂混凝土动态破坏模式;在非线... 为研究沙漠砂混凝土动态力学性能,利用电液伺服万能试验机进行不同沙漠砂替代率下沙漠砂混凝土动态压缩试验;分析沙漠砂替代率和应变率对沙漠砂混凝土动态抗压强度和强度增强因子的影响,探讨低应变率下沙漠砂混凝土动态破坏模式;在非线性热黏弹性本构模型(ZWT模型)基础上,建立沙漠砂混凝土动态本构模型。研究表明:沙漠砂混凝土具有率相关性,随着应变率增大,沙漠砂混凝土动态抗压强度和强度增强因子逐渐增加;保持应变率不变,沙漠砂替代率为0%的沙漠砂混凝土强度增强因子最小;随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土动态抗压强度呈现先增大后减小的趋势,沙漠砂替代率为40%时,沙漠砂混凝土动态抗压强度最大。 展开更多

关键词 沙漠砂混凝土 低应变率 沙漠砂替代率 动态抗压强度 强度增强因子

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低应变率加载速度影响脆性岩体锚固效果的试验研究 被引量：6

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作者 王斌 宁勇 +1 位作者 冯涛 郭泽洋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2691-2699,共9页

外载荷加载速度是影响锚杆支护硐室稳定的重要因素,锚固体加载速度效应的试验研究较少。锚固硐室围岩会更接近单轴受力状态,围岩压力主要为低应变率加载,结合脆性围岩锚杆支护破坏特点,对布设两根相似锚杆的砂岩进行了从0.001~0.100mm/s... 外载荷加载速度是影响锚杆支护硐室稳定的重要因素,锚固体加载速度效应的试验研究较少。锚固硐室围岩会更接近单轴受力状态,围岩压力主要为低应变率加载,结合脆性围岩锚杆支护破坏特点,对布设两根相似锚杆的砂岩进行了从0.001~0.100mm/s等5种低应变率加载速度工况下的单轴压缩试验。试验表明低应变率加载速度对加锚试样和无锚试样力学性质及破裂特征的影响是有差异的。加锚砂岩弹性模量随加载速度增加有轻微提升,所有工况下,锚固砂岩整体轴向变形量仍与无锚砂岩的轴向变形量相近;无锚试样的单轴抗压强度随加载速度增大呈递增趋势,但加锚砂岩强度随加载速度增大出现相对劣化,对加载速度的敏感性相对降低,锚杆加固增强作用减弱;各加载速度下无锚试样均最终表现为拉剪破坏,初始可见表面裂纹均为轴向张拉裂纹;加锚试样随加载速度增加会使最终破裂形式由张拉破坏向拉剪破坏过渡,初始表面裂纹由轴向张拉裂纹转变为剪切裂纹。进一步,从能量理论与加锚岩体声发射特征、锚杆与岩体相互作用等方面探讨了低应变率加载速度增大导致加锚砂岩强度劣化的机制,声发射信号表明高加载速度条件下加锚试样受载初期就会产生较大损伤,耗散能量增加,同时,高加载速度亦使岩体与锚杆间的界面载荷传递不能发挥作用。研究结果表明,锚杆支护下的冲击地压巷道应防范锚固体的扰动失效问题,推广“锚支卸”联合防冲支护措施。 展开更多

关键词 低应变率加载速度 加锚试样 强度劣化 声发射

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低应变率荷载作用下梯度泡沫铝力学性能研究 被引量：3

6

作者 刘雄飞 和西民 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期198-204,共7页

泡沫铝在工作状态下受到偶然低速荷载冲击作用会降低其吸能特性。本工作研究了匀质和梯度泡沫铝的准静态力学性能,测试了不同应变率(4×10^(-4)s^(-1)、3×10^(-3)s^(-1)、1×10^(-2)s^(-1))下梯度泡沫铝的压缩性能变化规律... 泡沫铝在工作状态下受到偶然低速荷载冲击作用会降低其吸能特性。本工作研究了匀质和梯度泡沫铝的准静态力学性能,测试了不同应变率(4×10^(-4)s^(-1)、3×10^(-3)s^(-1)、1×10^(-2)s^(-1))下梯度泡沫铝的压缩性能变化规律,同时采用X射线计算机断层扫描(X-CT)测定其压缩变形失效模式,探明了应变率及相对密度对梯度泡沫铝压缩吸能的影响规律。实验结果表明:在低速荷载作用下,匀质泡沫铝沿壁厚最薄弱区域开始变形,直至破坏;梯度泡沫铝则逐层压溃,直至失效破坏。相同应变率条件下,泡沫铝的强化倾向能力随相对密度提高而逐渐增强,梯度和匀质泡沫铝的应变率敏感系数分别最高可达0.235和0.210。泡沫铝初始压溃应力、平台应力随应变率提高而增大,梯度(MMH型)和匀质(H型)泡沫铝的初始压溃应力、平台应力分别最高可达10.02 MPa、10.7 MPa和12.89 MPa、10.19 MPa。相比匀质泡沫铝,梯度泡沫铝单位体积能量吸收值最多降低9%。本工作提出了以提高泡沫铝能量吸收效率为目标的最佳设计应力和能量吸收点的设计方法,可为泡沫铝夹芯结构防护面板的设计提供一定的参考。 展开更多

关键词 梯度泡沫铝 低应变率 X射线计算机断层扫描(X-CT) 相对密度 能量吸收

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较低应变率大应变条件下聚氨脂泡沫材料的动态力学性能实验 被引量：2

7

作者 吴昊 姜锡权 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期392-396,共5页

利用加长型分离式霍普金森压杆(入射杆长6 000mm、子弹长800 mm)研究聚氨脂泡沫材料在较低应变率大应变条件一维应力状态下的动态力学性能,获得了约550μs的长加载脉冲,得到了该材料在应变率520 s-1、应变0.15条件下的应力应变曲线,对... 利用加长型分离式霍普金森压杆(入射杆长6 000mm、子弹长800 mm)研究聚氨脂泡沫材料在较低应变率大应变条件一维应力状态下的动态力学性能,获得了约550μs的长加载脉冲,得到了该材料在应变率520 s-1、应变0.15条件下的应力应变曲线,对较低应变率条件下,应变率与动态应力平衡之间的关联进行了讨论。 展开更多

关键词 爆炸力学 动态力学性能 霍普金森压杆 泡沫材料 低应变率

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2024-T42铝合金低中应变率力学性能及本构关系 被引量：12

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作者 张宇 王彬文 +2 位作者 刘小川 惠旭龙 白春玉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期249-254,共6页

为研究2024-T42铝合金的低中应变率力学性能和本构关系,采用电子万能实验机和高速液压伺服材料实验机,进行常温下2024-T42铝合金准静态、低中应变率拉伸实验,得到材料在不同应变率下的应力-应变曲线。考虑颈缩对真实应力-真实应变的影响... 为研究2024-T42铝合金的低中应变率力学性能和本构关系,采用电子万能实验机和高速液压伺服材料实验机,进行常温下2024-T42铝合金准静态、低中应变率拉伸实验,得到材料在不同应变率下的应力-应变曲线。考虑颈缩对真实应力-真实应变的影响,采用仿真反演方法对颈缩后的真实应力-真实应变曲线进行修正,并基于Johnson-Cook本构模型进行拟合。结果表明:2024-T42铝合金在低中应变率范围的率敏感性较弱;但具有较强的应变硬化效应;基于仿真分析的反演修正方法能较好重构材料颈缩点后的真实应力-真实应变曲线;并通过铝管压溃实验和仿真分析,验证了反演修正方法的合理性和所获本构模型参数的准确性。 展开更多

关键词 2024-T42铝合金 Johnson-Cook本构 低中应变率 颈缩 反演修正

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NEPE 推进剂低高应变率下改进的黏-超弹本构模型 被引量：7

9

作者 孙政伟 许进升 +2 位作者 周长省 陈雄 杜红英 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期72-82,共11页

为研究低高应变率条件下NEPE推进剂的力学特性,通过电子万能试验机和分离式霍普金森杆装置,对NEPE推进剂进行了准静态和冲击实验,得到了不同应变率下(1.667×10^(−4)~4500 s^(−1))的应力-应变曲线。实验结果表明NEPE推进剂具有明显... 为研究低高应变率条件下NEPE推进剂的力学特性,通过电子万能试验机和分离式霍普金森杆装置,对NEPE推进剂进行了准静态和冲击实验,得到了不同应变率下(1.667×10^(−4)~4500 s^(−1))的应力-应变曲线。实验结果表明NEPE推进剂具有明显的非线性弹性和应变率敏感性,随着应变率的增加,材料的强度、屈服应力和弹性模量显著增加,与低应变率相比,高应变率条件下材料的应变率敏感性更高。在高速冲击下材料内部瞬间产生大量热量无法及时散发出去,使得材料内部温度升高,导致材料出现软化效应,力学性能降低。本文建立了一个非线性黏超弹本构模型,其中采用Rivlin应变能函数来描述稳态超弹响应部分,采用积分型本构模型来描述材料的动态黏弹性响应部分,考虑到松弛时间具有应变率相关性,本文采用了一个率相关松弛函数来替代传统的Prony级数形式。使用极慢速压缩实验数据对本构模型中的超弹部分进行拟合获得超弹参数,然后用准静态和动态实验数据对本构模型进行拟合得出其他参数。不同应变率下的预测曲线与实验曲线具有较好的重合度,证明了该模型可以很好地描述低高应变率下NEPE推进剂的力学特性。 展开更多

关键词 NEPE推进剂 低高应变率 本构模型 松弛函数 非线性

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玻纤增强聚丙烯复合材料的应变率敏感特性 被引量：5

10

作者 鲁雄 杨旭静 +1 位作者 段书用 郑娟 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期146-151,共6页

采用层合热压实验法将玻璃纤维基毡与聚丙烯薄膜复合制成不同玻纤含量的玻纤增强聚丙烯(GF/PP)复合板材,在不同的加载速率下进行拉伸测试,研究GF/PP复合材料的应变率敏感特性,分析Burgers模型对该材料本构关系拟合预测的可行性。结果表... 采用层合热压实验法将玻璃纤维基毡与聚丙烯薄膜复合制成不同玻纤含量的玻纤增强聚丙烯(GF/PP)复合板材,在不同的加载速率下进行拉伸测试,研究GF/PP复合材料的应变率敏感特性,分析Burgers模型对该材料本构关系拟合预测的可行性。结果表明:GF/PP复合材料在低应变率范围内对应变率是敏感的,随应变率的增加,其断裂应力和抗拉强度增大;随玻璃纤维含量的增加,其所对应的应变率效应反而有所下降。同时,Burgers模型能够有效地拟合预测出该材料的拉伸应力-应变曲线,与实验曲线相比,进一步验证了GF/PP复合材料的应变率敏感特性及其变化趋势。 展开更多

关键词 低应变率 玻璃纤维 聚丙烯 BURGERS模型 应变率敏感特性

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基于SHPB的构造煤动态力学特性试验研究

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作者 于伟东 《能源技术与管理》 2024年第1期18-21,共4页

为探究构造煤在冲击动载作用下的力学特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对赵庄煤矿3#煤样进行冲击试验,冲击气压设定为0.15、0.2、0.3 MPa。研究结果表明:不同冲击动载作用下,构造煤应变率随应变增大均呈M型,且具有显著的阶段... 为探究构造煤在冲击动载作用下的力学特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对赵庄煤矿3#煤样进行冲击试验,冲击气压设定为0.15、0.2、0.3 MPa。研究结果表明:不同冲击动载作用下,构造煤应变率随应变增大均呈M型,且具有显著的阶段特征,其最大应变率、平均应变率随冲击动载的增大而增加;低应变率条件下,煤样的应力-应变特性表现为显著的脆性材料特征,且动态抗压强度与平均应变率呈线性增大特征。热活化机制是低应变率煤岩动力学特性衍化的决定机制。 展开更多

关键词 构造煤 SHPB 低应变率 力学特征

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