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动载下含内部裂隙类岩体力学响应与能量耗散规律 被引量：2
1
作者 蒋力帅 杨一鸣 +3 位作者 赵阳 李皓哲 吴琦 彭晓涵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期137-150,共14页
深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力... 深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力学响应与能量耗散规律的影响,通过砂型3D打印制备含内部裂隙的类岩体试样,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对试样进行动态压缩试验,使用高速摄像机观察裂纹发育情况,并结合能量耗散原理和分形理论分析其动力破坏特性。研究结果表明:随着内部裂隙倾角角度增加,类岩体试样动态峰值应力和动态弹性模量先减小后增大,均在30°时最低;随着裂隙数量的增多,垂直分布裂隙对试样的动态峰值应力影响大于水平分布裂隙;试样破坏的能量耗散随裂隙倾角角度增加呈现先减小后增加的规律,裂隙倾角较小时,松散充填物的存在会加剧应力波衰减,使能量耗散增加,随裂隙倾角增加,充填物对试样的能量耗散影响逐渐减小;相同裂隙倾角下,随裂隙数量的增加,垂直分布裂隙试样能量耗散小于水平分布裂隙,与试样动态峰值应力呈正相关;随着裂隙倾角的增大,试样的分形维数先增加后减小,30°裂隙倾角时试样的破碎程度最大,试样的分形维数最大;裂隙数量的增多使试样破碎块度逐渐均匀,试样的分形维数呈现增大趋势。研究结果揭示了内部裂隙对岩体动力学特性及能量耗散的影响规律,为采用砂型3D打印技术开展复杂内部裂隙岩体动力学试验提供了重要基础,对进一步了解实际工程中深部软岩巷道围岩破裂失稳机理具有重要意义。 展开更多
关键词 动力荷载 砂型3D打印 内部裂隙 动态力学特性 能量耗散 分形维数
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水围压环境下煤的冲击破裂特征及能量耗散规律试验研究 被引量：1
2
作者 王凯 冯国瑞 +1 位作者 白锦文 张俊亮 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期467-476,共10页
为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律,基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展煤样的可视化试验,研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征,分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系,... 为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律,基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展煤样的可视化试验,研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征,分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系,阐明水围压作用对煤样能量吸收—转化—释放的影响特征。结果表明:水围压环境中,煤体的动态强度呈现明显的应变率效应。水围压与煤体的动态强度之间具有良好的二次函数关系,且随水围压的升高煤样的破坏应变呈递减趋势,破裂模式由轴向劈裂破坏向压剪破坏转变。冲击载荷越大,输入煤体的总能量和用于损伤变形的耗散能越高,煤体的变形程度也愈严重。随着水围压的增大,总输入能呈现逐渐增加的变化趋势,意味着煤体发生破坏时需要外界输入更多能量。 展开更多
关键词 水围压 霍普金森压杆(SHPB) 煤 断裂特征 冲击载荷 能量耗散
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不同负温条件下模拟月壤动力学特性与能量耗散研究 被引量：1
3
作者 马芹永 张波波 +2 位作者 简伟强 杨金辉 凌创宇 《振动与冲击》 北大核心 2025年第13期32-43,共12页
研究月球极区含冰月壤的动力学特性和能量耗散规律对探月工程四期任务中探测器的着陆冲击特性、极区含冰月壤的冲击钻进采样具有重要的参考意义。以玄武质模拟月壤制备的含冰月壤样本为研究对象,利用直径50 mm的分离式Hopkinson压杆测... 研究月球极区含冰月壤的动力学特性和能量耗散规律对探月工程四期任务中探测器的着陆冲击特性、极区含冰月壤的冲击钻进采样具有重要的参考意义。以玄武质模拟月壤制备的含冰月壤样本为研究对象,利用直径50 mm的分离式Hopkinson压杆测试装置,研究了不同负温、不同含水率在不同冲击荷载作用下模拟含冰月壤样本的动力学特性、动态破坏形态特征和能量耗散规律。结果表明:①当温度降低至-25℃、-45℃和-65℃,动应力-应变曲线初始增长时无压密阶段,负温对模拟月壤样本的变形特性有着显著影响;峰值动应力随温度的降低和冲击气压的增加而增大,表现出明显的温度效应和应变率效应;温度的降低使得冲击荷载所诱发的瞬态温升效应减弱;动态强度增长系数ηd和平均应变率保持着正相关关系,含水率对模拟含冰月壤ηd的影响较大。②在相同冲击荷载作用下,模拟含冰月壤的动态破坏机制主要为块状滑面粉碎破坏、脆性断裂破坏和剪切边界破坏。③模拟含冰月壤在冲击压缩破坏过程中入射能、反射能和吸收能均呈现先上升后不变的趋势,能量反射系数的增长变化与负温条件、冲击荷载大小有关,能量吸收率与平均应变率随破坏程度的增大而增大。 展开更多
关键词 模拟月壤 分离式HOPKINSON压杆 动力学特性 破坏机制 能量耗散
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不同冲击荷载作用下风积砂混凝土动力学特性及能量耗散规律研究 被引量：1
4
作者 张慧梅 王丹 陈世官 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第2期210-218,共9页
为探讨风积砂混凝土单次及循环冲击荷载作用下动力学特性及能量耗散规律,本文通过分离式霍普金森压杆装置,对风积砂混凝土试件进行动力学试验,探究单次、循环冲击作用下的宏观破坏模式、动力学特性和能量耗散特征。结果表明:单次冲击作... 为探讨风积砂混凝土单次及循环冲击荷载作用下动力学特性及能量耗散规律,本文通过分离式霍普金森压杆装置,对风积砂混凝土试件进行动力学试验,探究单次、循环冲击作用下的宏观破坏模式、动力学特性和能量耗散特征。结果表明:单次冲击作用下,随着冲击气压的增大,试件破碎程度越高,块度粒径越小,峰值应力及峰值应变均增大,并表现出明显的应变率相关性,试件强度增大,单位体积吸收能增大,能量吸收率则减小。循环冲击作用下,试件发生破坏所需的冲击次数随冲击气压的增大而减小,恒定气压下,随着冲击次数增加,试件破碎块度由大粒径向中、小粒径过渡,峰值应力正相关,峰值应变负相关,单位体积吸收能及能量吸收率呈总体下降趋势。风积砂影响混凝土抗冲击性能,原因在于其减少孔隙体积及分布,达到消耗冲击能量,减小结构冲击响应的作用。同时,改变了颗粒级配及混凝土密实度,改善了界面过渡区结构,最终达到增强混凝土抗冲击性能的作用。 展开更多
关键词 风积砂混凝土 分离式霍普金森压杆 循环冲击 破坏模式 应变率 动态增长因子 动力学特性 能量耗散
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冻融循环对花岗斑岩破裂面分形特征及能量耗散的影响
5
作者 胡宝文 刘畅 +3 位作者 宿辉 南博文 赵辉绩 韩艳超 《水电能源科学》 北大核心 2025年第10期97-100,109,共5页
为探讨冻融循环对花岗斑岩破裂面特征及其破坏机制的影响,采用单轴压缩试验与高精度蓝光三维测量技术,结合分形理论定量分析了花岗斑岩在自然状态、饱和状态和冻融循环状态下的破裂面三维形貌特征。结果表明,冻融循环显著降低了花岗斑... 为探讨冻融循环对花岗斑岩破裂面特征及其破坏机制的影响,采用单轴压缩试验与高精度蓝光三维测量技术,结合分形理论定量分析了花岗斑岩在自然状态、饱和状态和冻融循环状态下的破裂面三维形貌特征。结果表明,冻融循环显著降低了花岗斑岩的抗压强度和弹性模量,并增加了破裂面的分形维数;相较于其他2种状态,冻融循环岩石破裂面的微裂隙及孔隙占比最高,颗粒连续性差,结合力弱,从而导致破裂面呈现更加粗糙和不规则的特征;冻融循环增加了破裂过程中的能量耗散比例,3种状态下的分形维数与能量耗散比例呈正相关性。 展开更多
关键词 花岗斑岩 冻融循环 分形维数 能量耗散 断裂形貌
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砂岩新型动态本构模型及能量耗散特性研究
6
作者 单仁亮 梁俊奇 +4 位作者 高文蛟 戴其航 肖圣超 宋威 王一迪 《振动与冲击》 北大核心 2025年第20期40-48,共9页
为了研究采煤工作面坚硬砂岩的动态力学特性,使用75 mm直径分离式Hopkinson压杆试验系统对砂岩进行了单轴冲击压缩试验,试验结果表明砂岩试样的动态抗压强度具有明显的应变率效应。随后,基于试验得到的本构曲线,结合损伤时效模型中损伤... 为了研究采煤工作面坚硬砂岩的动态力学特性,使用75 mm直径分离式Hopkinson压杆试验系统对砂岩进行了单轴冲击压缩试验,试验结果表明砂岩试样的动态抗压强度具有明显的应变率效应。随后,基于试验得到的本构曲线,结合损伤时效模型中损伤元件在损伤之前为线弹性的特点,对既有时效损伤模型进行改进,得到了适用于砂岩的第三代动态时效损伤本构模型。通过与实测数据的拟合分析,模型中各个参数取值合理、物理意义清晰,模型能够有效地描述细砂岩的动态力学行为。最后,对不同应变率下试样的能量耗散特性进行了分析。发现当入射能量为240~400 J时,试样的吸能系数能够稳定在0.3以上,此时试样的破碎效果较为理想,该结果可以为超深孔爆破设计施工提供一定的参考。 展开更多
关键词 砂岩 分离式Hopkinson压杆试验 时效损伤模型 能量耗散
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界面角度对层状复合岩石动态断裂及能量耗散影响的试验研究
7
作者 刘健 薛勇林 +3 位作者 张华磊 齐潮 朱家亮 黄猛猛 《振动与冲击》 北大核心 2025年第21期12-24,共13页
为了探究不同界面角度下层状复合岩石的动态断裂行为,采用直径为50.0 mm的分离式霍普金森压杆装置对直切槽半圆盘弯曲(notched semi-circle bend,NSCB)试件开展15°、30°、45°、60°、75°和90°界面角度梯... 为了探究不同界面角度下层状复合岩石的动态断裂行为,采用直径为50.0 mm的分离式霍普金森压杆装置对直切槽半圆盘弯曲(notched semi-circle bend,NSCB)试件开展15°、30°、45°、60°、75°和90°界面角度梯度内的动态冲击试验。通过高速摄像装置记录NSCB试件破坏形态,并利用数字图像相关技术分析裂纹扩展走势,研究NSCB试件在不同界面角度和不同冲击荷载条件下的动态断裂行为和能量耗散规律。结果表明:NSCB试件受冲击荷载作用后裂纹扩展速度随界面角度的增大呈现先减小后增大的变化趋势。根据裂纹形态和起裂位置共获得4种裂纹类型,随着界面角度的减小,NSCB试件断裂出现的裂纹类型增多,NSCB试件由单一的劈裂拉伸破坏模式(ⅠT+ⅣT型)变为复杂的拉伸-剪切复合破坏模式(ⅡS+ⅢS+ⅣT型)。界面角度增大会导致煤岩交界面对半正弦入射应力波的有效反射面积增大,入射波在经过界面后会产生更大的反射波和反射能量,相应的透射波和透射能量会不断减小,裂纹沿界面扩展的偏转作用会随界面角度增大而减小,裂纹更多沿岩石基质扩展,从而使NSCB试件断裂的耗散能量比值逐渐增大。 展开更多
关键词 煤岩交界面 直切槽半圆盘弯曲(NSCB) 分离式霍普金森压杆 动态断裂 能量耗散
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动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征试验研究 被引量：3
8
作者 刘怀谦 赵洪宝 +4 位作者 王磊 马庆 于美鲁 胡浩 王春华 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3488-3503,共16页
为探究动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征,利用自主研制的可视化含瓦斯煤动静组合加载试验系统,开展了不同冲击速度与轴压比条件下含瓦斯煤冲击试验,探究含瓦斯煤破裂能量演化特征与耗能特性,探讨碎屑弹射机制及其分布特征,以期阐... 为探究动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征,利用自主研制的可视化含瓦斯煤动静组合加载试验系统,开展了不同冲击速度与轴压比条件下含瓦斯煤冲击试验,探究含瓦斯煤破裂能量演化特征与耗能特性,探讨碎屑弹射机制及其分布特征,以期阐明含瓦斯煤耗能密度与碎屑分形间的内在联系。结果表明:(1)含瓦斯煤冲击过程能量转化具有同步性,且耗散能时程曲线与煤体变形阶段相对应,即当含瓦斯煤丧失承载能力时,动态应力-应变曲线形态为抛物线型,耗散能时程曲线划分为弹性储能、弹塑性耗能、塑性耗能与能量释放阶段;特别地,当轴压导致含瓦斯煤处于弹塑性或塑性状态时,耗散能时程曲线可直接划分为弹塑性或塑性耗能阶段与能量释放阶段;当含瓦斯煤仍具有承载能力时,动态应力-应变曲线形态为倒钩型,耗散能时程曲线划分为弹性储能、弹塑性耗能、塑性耗能与耗散能回弹阶段,耗散能回弹阶段可导致煤壁片帮或巷道岩爆。(2)含瓦斯煤耗散能随冲击速度升高而增大,耗能占比基本恒定,其值介于31.1%~34.0%,碎屑分维随耗能密度升高呈指数增长;存在临界轴压比使耗散能与耗能占比呈先下降后上升趋势,碎屑分维随耗能密度变化具有分段性,当试样处于持续储能阶段,碎屑分维随耗能密度的增加而降低;当试样处于持续释能阶段,碎屑分维随耗能密度的增加而升高,此时轻微动力扰动即可导致煤岩失稳。研究丰富了煤岩瓦斯动力灾害诱发机制的基础理论,可为煤岩瓦斯动力灾害的监测、预警以及防治技术提供理论支撑。 展开更多
关键词 动静荷载 含瓦斯煤 变形阶段 能量耗散 破碎特征
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基于熵产的轴流泵内能量耗散特性分析 被引量：1
9
作者 沈思敏 黄本胜 +7 位作者 钱忠东 刘树锋 杨晨 黄思 王晓蕾 关帅 林钟华 杨举 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第8期149-161,共13页
【目的】轴流泵在防洪排涝、农田灌溉等领域发挥着重要作用,针对轴流泵部分荷载工况下泵内流动和能量耗散特性问题,【方法】以某轴流泵为研究对象,采用数值模拟结合熵产分析方法对80%、70%、65%和60%设计流量工况下轴流泵内流动、熵产... 【目的】轴流泵在防洪排涝、农田灌溉等领域发挥着重要作用,针对轴流泵部分荷载工况下泵内流动和能量耗散特性问题,【方法】以某轴流泵为研究对象,采用数值模拟结合熵产分析方法对80%、70%、65%和60%设计流量工况下轴流泵内流动、熵产分布和能量耗散特性进行了定量分析研究。【结果】结果显示:研究所采用的数值模拟计算泵外特性结果与试验结果吻合良好,曲线趋势一致,说明研究采用的数值模型和网格进行仿真计算是合理可靠的。轴流泵内能量耗散从大到小依次为叶轮、导叶、导叶轮毂、60°。弯管、出口管、进口管和导水锥,其中叶轮和导叶两部件熵产加和占比最高可达75.93%,且主要是由脉动速度引起的湍流耗散。随流量减小,叶轮和导叶区熵产增大,叶轮熵产占比增大,特别是叶轮轮缘附近增大明显。【结论】结果表明:叶轮内高熵产区集中在叶片吸力面侧前缘、轮缘和尾缘附近,从叶片吸力侧前缘向叶片尾缘延伸,在叶轮轮缘附近最大。叶轮内叶片前缘附近流动分离,吸力面侧回流涡和尾迹流是造成这些区域高熵产的主要因素。导叶内高熵产区集中在导叶叶片进口前缘、流道内和尾缘区附近,这是来流对叶片进口的流动冲击、流道涡及尾迹流所致。随流量减小,叶轮相同对应截面上吸力侧的湍流耗散增大,在靠近轮缘间隙处尤为明显。这是小流量下叶轮吸力面附近产生更多的流动分离和旋涡所致。随流量减小,导叶内的湍流耗散有所增大,这是由于小流量下流体对导叶叶片进口前缘的流动冲击、流道涡和尾迹流有所增加。该研究成果可为轴流泵内能量耗散特性研究及水力优化设计提供参考。 展开更多
关键词 轴流泵 数值模拟 熵产 能量耗散 脉动熵产分布
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冲击荷载下含铜矿岩能量耗散的数值模拟 被引量：1
10
作者 左庭 李祥龙 +5 位作者 王建国 胡启文 陶子豪 胡涛 章彬彬 宋家旺 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第5期74-87,共14页
为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系,借助分离式霍普金森压杆试验装置,分析不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律,结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系;同时,基于有限离散元方法(finite ... 为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系,借助分离式霍普金森压杆试验装置,分析不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律,结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系;同时,基于有限离散元方法(finite discrete element method,FDEM)模拟矿岩的裂纹扩展行为。结果表明:随着入射能的增加,透射能、耗散能、反射能三者的能量分布规律基本保持一致,即透射能、耗散能、反射能依次减小;根据耗散能的不同,碎石块度分布也呈现出明显的差异性。当耗散能由19.52 J增加至105.72 J时,矿岩的平均块度从27.98 mm降低至16.94 mm,分形维数提升了26.43%,表明耗散能越高,矿岩的宏观破碎程度越剧烈,破碎块度的数目越多,碎块粒径越小,均匀性越好;随着冲击荷载的增大,裂纹起裂时间缩短,拉伸裂纹数量占总裂纹数量的比重提高。FDEM数值计算方法的应用可为深入解析岩石断裂破坏特性提供新的思路。 展开更多
关键词 分离式霍普金森压杆 含铜矿岩 破碎块度 分形维数 能量耗散 有限离散元
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双轴+侧限条件下花岗岩单向卸荷能量耗散特征研究 被引量：1
11
作者 孙光华 吴柄纬 +4 位作者 韩强 刘志义 郭将 韩凯明 齐育珠 《金属矿山》 北大核心 2025年第1期89-96,共8页
针对重力场和单一方向水平应力场共同作用下的深部采场开挖面卸荷破坏问题,开展了双轴+侧限条件下的花岗岩单向卸荷声发射监测力学试验,并结合信息熵理论,分析了花岗岩单向卸荷能量耗散的时空演化规律。研究表明:双轴+侧限条件下花岗岩... 针对重力场和单一方向水平应力场共同作用下的深部采场开挖面卸荷破坏问题,开展了双轴+侧限条件下的花岗岩单向卸荷声发射监测力学试验,并结合信息熵理论,分析了花岗岩单向卸荷能量耗散的时空演化规律。研究表明:双轴+侧限条件下花岗岩单向卸荷破坏模式以剪切破坏为主,声发射RA—AF信号特征表明其破坏以张拉为辅;花岗岩声发射能量与破裂事件空间定位显示,双轴+侧限条件下加载时的应力集中现象是能量耗散聚集成核的主要原因,水平应力使能量耗散倾向于在水平应力方向分布,卸荷引起的能量耗散主要向卸荷方向传播;双轴+侧限条件下花岗岩单向卸荷全过程中的时间熵值呈“震荡—下降—震荡—急剧上升—急剧下降”发展趋势,空间熵值呈“震荡—上升—下降—震荡—急剧上升—急剧下降”发展趋势,水平应力提高了花岗岩单向卸荷时能量耗散在时空上的混乱程度,时空熵值的演化过程与声发射特征分析结果相吻合。研究成果可为地下采矿工程中岩石开挖的灾害监测与预防提供理论依据。 展开更多
关键词 深部岩石力学 双轴+侧限 单向卸荷 能量耗散 信息熵
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基于煤岩颗粒能量耗散机理的溜槽结构优化方法
12
作者 史垚城 邹祖杰 +5 位作者 文国军 程斯一 吴来杰 王玉丹 刘璞 陈梦溪 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期256-266,共11页
【目的】为应对应急救援作业、煤炭转运等物料输送中对溜槽结构性能的严苛要求,从颗粒能量耗散机理出发,提出了一种基于颗粒能量损耗调控的溜槽结构优化方法。【方法】构建了实验-仿真一体化分析框架,借助离散元方法(DEM)系统模拟颗粒... 【目的】为应对应急救援作业、煤炭转运等物料输送中对溜槽结构性能的严苛要求,从颗粒能量耗散机理出发,提出了一种基于颗粒能量损耗调控的溜槽结构优化方法。【方法】构建了实验-仿真一体化分析框架,借助离散元方法(DEM)系统模拟颗粒在两级壁面(WallⅠ与WallⅡ)间的冲击过程,重点揭示了颗粒速度扰动、应力分布特征与能量转化路径之间的耦合机理。基于此,定义了颗粒-颗粒能耗比例系数α,构建颗粒总能量耗散与壁面安装高度、角度之间的数学表达关系,并构建能耗均衡控制模型,定量分析了颗粒能量耗散情况和壁面安装角度与高度之间的关系。【结果和结论】壁面角度主导颗粒-颗粒与颗粒-壁面耗散路径的占比关系,可归纳为局部失稳、应力连续与冲击主导3种典型能耗机理。结合速度云图和应力场结果,进一步分析了颗粒宏观流动结构与微观能耗路径之间的协同演化关系。最后,提出了两种结构优化方法:一是设置引导性结构以降低初始冲击强度,二是引入台阶面实现局部剪切增强与耗散路径转化。结构优化方法有效提升了颗粒-颗粒耗散能力,同时避免了逆向流动与壁面局部过载现象,工程应用效果验证了优化方法的有效性。研究成果为复杂约束条件下溜槽系统的能量管理与结构设计提供了理论支撑与工程依据。 展开更多
关键词 煤岩颗粒 能量耗散机理 转运溜槽 结构优化 离散元法 颗粒-壁面碰撞
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微米级湿颗粒的动态碰撞行为及能量耗散机制
13
作者 张若琛 王家瑞 +1 位作者 王斯民 张早校 《化工进展》 北大核心 2025年第7期3718-3726,共9页
微细颗粒不仅是造成雾霾的主要原因,还会携带可吸附有毒物质进入人体肺部,危害人体健康。异质凝结技术作为最有前景的除尘技术之一,通过在颗粒表面形成液膜有效提高了气固分离效率。然而,目前对微米级湿颗粒的碰撞和聚并机制尚未完全明... 微细颗粒不仅是造成雾霾的主要原因,还会携带可吸附有毒物质进入人体肺部,危害人体健康。异质凝结技术作为最有前景的除尘技术之一,通过在颗粒表面形成液膜有效提高了气固分离效率。然而,目前对微米级湿颗粒的碰撞和聚并机制尚未完全明确。本文针对微米级可凝结湿颗粒,基于Fluent软件构建了耦合两相流动、连续表面张力模型和重叠网格的模型,研究微米级湿颗粒碰撞过程中颗粒和液桥的动态变化过程。通过分析表面张力系数、液膜厚度和碰撞前相对速度对颗粒碰撞行为的影响,总结了碰撞过程颗粒动力学变化规律及能量耗散情况,为改善湿颗粒的聚合效果和提升除尘性能提供了理论基础。结果表明,湿颗粒在法向碰撞中遵循液膜变形、反弹和聚并或分离的运动模式。同时,减小液膜表面张力系数、减小液膜厚度、提高碰撞前相对速度都会使液桥高度增加。在动能耗散方面,压差阻力和表面张力引起的能量损失是主导因素,而黏性阻力的能量损失可忽略不计。 展开更多
关键词 微尺度 可凝结颗粒物 碰撞 数值模拟 能量耗散
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不同加载速率下青砂岩抗拉特征及能量耗散规律研究
14
作者 赵环帅 潘永泰 +6 位作者 乔鑫 王星宇 岳帆凯 黄嘉诚 李凯宁 马壮 郭彩玲 《北京大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期839-852,共14页
为探究不同加载速率下青砂岩抗拉特征及能量耗散规律,结合室内试验与细观参数标定,建立青砂岩宏观-细观力学响应关系,采用颗粒流程序研究青砂岩在不同加载速率下的力学特性、破裂特征、裂纹扩展与能量耗散规律,得到如下结果。1)以加载速... 为探究不同加载速率下青砂岩抗拉特征及能量耗散规律,结合室内试验与细观参数标定,建立青砂岩宏观-细观力学响应关系,采用颗粒流程序研究青砂岩在不同加载速率下的力学特性、破裂特征、裂纹扩展与能量耗散规律,得到如下结果。1)以加载速率0.1m/s为分界点,青砂岩径向最大应力-应变呈现先缓慢、后快速增加的趋势,破裂后形成的微元体按照巴西劈裂方式再次加速破裂。2)加载速率小于0.1m/s时,青砂岩拉伸裂纹呈现小幅度波动趋势,未出现剪切裂纹;加载速率大于0.1m/s时,拉伸裂纹快速增加,剪切裂纹开始出现,但数量较少。裂纹扩展方向与加载方向垂直或呈一定的角度,水平方向上相对较少。裂纹扩展时间与加载速率负相关,加载速率为0.1~1m/s时,裂纹扩展时间基本上趋于稳定(1.757~0.951μs)。3)加载速率小于0.1m/s时,除动能波动较大外,其余耗散能量基本上呈现小幅度波动的趋势,加载速率大于0.1m/s时,耗散能量均快速增加。能量损失(动能)占主要部分,用于裂纹扩展的能量(阻尼能与摩擦能)大于裂纹生成的能量(黏结破坏能)。研究结果在细观层面深入地揭示了岩石破裂特征及能量耗散规律,亦可为岩石破碎时加载方式的合理选择提供参考。 展开更多
关键词 青砂岩 加载速率 巴西劈裂 抗拉特征 颗粒流模拟 裂纹扩展 能量耗散 能量利用效率
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岩石物理力学参量的联合分布状态对岩石能量耗散的影响
15
作者 耿乾逞 王国元 +3 位作者 由爽 范文博 纪洪广 赵龙龙 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第7期1211-1219,共9页
为了探究岩石物理力学性质的空间随机性和自相关性与其力学性质及能量耗散的关联,选取弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力作为岩石的不确定性参数,借助Copula函数描绘了典型概率分布下多元参数的联合分布状态,并运用Python脚本构建对... 为了探究岩石物理力学性质的空间随机性和自相关性与其力学性质及能量耗散的关联,选取弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力作为岩石的不确定性参数,借助Copula函数描绘了典型概率分布下多元参数的联合分布状态,并运用Python脚本构建对应的数值模型,进而剖析岩石物理学参量的联合分布状态对其力学性质与能量耗散的影响。结果表明:弹性模量、泊松比和黏聚力的最优边缘分布为威布尔分布,而内摩擦角呈正态分布。联合分布状态改变了岩石各阶段的能量分配与释放方式及破坏模式,使岩石展现出显著的塑性特征,峰值强度降低,承载能力弱化,其破坏模式由弹-脆性转变为弹-塑性;非线性破坏阶段出现分化,此状态下考虑联合分布状态的岩石耗散能增长快,且峰后破坏阶段弹性能低、耗散能高,能量释放平稳。 展开更多
关键词 物理力学参量 联合分布 二次开发 能量耗散 破坏模式
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循环冲击荷载下含裂隙岩石能量耗散与损伤特性 被引量：1
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作者 张杰 孙杨 +1 位作者 洪伟 李守奎 《金属矿山》 北大核心 2025年第2期41-47,共7页
为探究裂隙岩石在循环冲击荷载下的能量耗散与损伤特性,采用水刀切割技术预制不同倾角裂隙的花岗岩试样,利用分离式SHPB试验装置开展循环冲击试验。在循环冲击过程中,采用核磁共振设备进行孔隙度及T_(2)图谱测定,从细观结构层面揭示岩... 为探究裂隙岩石在循环冲击荷载下的能量耗散与损伤特性,采用水刀切割技术预制不同倾角裂隙的花岗岩试样,利用分离式SHPB试验装置开展循环冲击试验。在循环冲击过程中,采用核磁共振设备进行孔隙度及T_(2)图谱测定,从细观结构层面揭示岩样的损伤演化过程;结合能量耗散与损伤变量的理论计算,定量分析含裂隙岩石的损伤破坏特征。研究发现:裂隙岩石在循环冲击过程中,其累积损伤增长速率逐渐增大,变化曲线呈下凹型,岩样破坏时损伤增量显著增大;岩样耗散能占比和能时密度均随裂隙倾角的增大呈“倒U型”变化趋势,与累积损伤值随裂隙倾角变化趋势一致。预制裂隙倾角与应力加载方向为30°~60°的岩石内部孔隙发育较为活跃,裂隙倾角为45°的岩样在相同冲击应力下的裂纹萌生数量较多,抗冲击能力最弱;岩石破裂时,中、大型孔隙发育最为显著。 展开更多
关键词 循环冲击荷载 裂隙岩体 能量耗散 累积损伤 破坏特征
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高温大理岩的动态能量耗散机理及破坏特征
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作者 张旭 刘晓辉 +1 位作者 刘楚佳 罗盈 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期65-77,共13页
为探究高温对大理岩能量特性的影响,利用ANSYS/LS-DYNA对大理岩开展了6级温度梯度、 5种冲击速度的动态压缩试验,分析了高温动载作用下大理岩力学特性、能量演化的温度效应,最终从能量耗散角度探讨高温大理岩强度失效的能量判据。研究... 为探究高温对大理岩能量特性的影响,利用ANSYS/LS-DYNA对大理岩开展了6级温度梯度、 5种冲击速度的动态压缩试验,分析了高温动载作用下大理岩力学特性、能量演化的温度效应,最终从能量耗散角度探讨高温大理岩强度失效的能量判据。研究结果表明:(1) HJC本构模型能够合理有效模拟不同温度下大理岩动态变化破坏过程;(2)随着温度的增加,大理岩动态峰值强度和动弹性模量与温度呈二次函数负相关,动态峰值应变与温度呈二次函数正相关,破坏形态由“X型”共轭剪切破坏向粉碎性破坏转变,破碎细粒尺寸减小;(3)当温度到达600℃时,峰值强度大幅降低,大理岩延性增加,呈现粉碎性破坏,耗散应变能达到最大值,600℃可作为大理岩脆延转化的阈值温度;(4)依据能量演化过程特征,将耗散应变能陡增点视为大理岩整体失稳破坏前兆信息点,根据应力-弹性能耗比-应变关系曲线界定弹性能耗比增长速率首次出现的拐点作为大理岩的强度失效能量判据。 展开更多
关键词 高温大理岩 SHPB 能量耗散 失效判据
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泡沫铝夹芯板在水中冲击载荷作用下的动态响应与能量耗散
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作者 韦振乾 荣吉利 +2 位作者 韦辉阳 李富荣 陈子超 《兵工学报》 北大核心 2025年第6期92-104,共13页
针对泡沫铝夹芯板在水下冲击载荷下的动态响应和能量耗散机制进行深入分析,旨在为舰船和海洋工程结构的防护设计提供科学依据。通过水下爆炸等效冲击试验和流固耦合仿真,验证试验与仿真结果的一致性,量化结构参数不同芯层质量比、面板... 针对泡沫铝夹芯板在水下冲击载荷下的动态响应和能量耗散机制进行深入分析,旨在为舰船和海洋工程结构的防护设计提供科学依据。通过水下爆炸等效冲击试验和流固耦合仿真,验证试验与仿真结果的一致性,量化结构参数不同芯层质量比、面板厚度和泡沫铝密度与冲击载荷对夹芯板抗冲击性能的影响。利用神经网络和遗传算法,对夹芯板结构进行多目标优化。研究结果表明:受到水下冲击载荷后,泡沫铝夹层板出现局部压溃和边界剪切等变形模式;夹芯板质量一定时,存在最佳的芯层质量比和最佳湿面板厚度,且随着无量纲冲量的增大而增大;随着湿面板厚度和芯层密度的降低,芯层压缩变形吸能效率增加;优化后的夹芯板变形和质量均显著减小。 展开更多
关键词 泡沫铝夹芯板 水下爆炸 能量耗散 抗冲击性能 优化设计
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裂隙注浆砂岩冲击破坏及能量耗散机制
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作者 杨文轩 王磊 +2 位作者 马飞飞 王远鹏 陈世官 《工程爆破》 北大核心 2025年第1期34-41,共8页
为研究裂隙注浆砂岩冲击破坏及能量耗散机制,利用φ50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同裂隙倾角注浆裂隙砂岩开展单轴冲击试验,选取典型角度(75°)开展不同应变率单轴冲击试验,分析试验中试件的动态力学特性及破坏形态,依据能量... 为研究裂隙注浆砂岩冲击破坏及能量耗散机制,利用φ50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同裂隙倾角注浆裂隙砂岩开展单轴冲击试验,选取典型角度(75°)开展不同应变率单轴冲击试验,分析试验中试件的动态力学特性及破坏形态,依据能量耗散规律,揭示其破坏机制。结果表明:不同加载角度与加载率条件下,砂岩试件应力-应变曲线均具有“三阶段”变化趋势,都存在由弹性受压阶段发展至失稳阶段的变化趋势;砂岩试件的动态压缩强度随裂隙倾角的增大呈现出先减后增的趋势,45°时出现强度拐点,同时砂岩试件具有明显的应变率效应,其动态抗压强度随应变率的增加而增加,动态抗压强度的极差为16.2 MPa。能量耗散方面,砂岩试件的能量耗散存在明显的应变率效应,随着应变率的增加,试件的各种能耗均有不同程度的增加。对比试件的动能变化,入射能的增加使得更多的能量用于试件动能耗散,导致试件破坏形态更加破碎,产生更多的碎屑;相同应变率,不同角度下试件透射能占比很小,结构面对应力波的衰减效果明显。 展开更多
关键词 裂隙砂岩 冲击破坏 动力学特性 能量耗散
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材料强度-韧性协同作用下的破片能量耗散机制
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作者 郭冬炀 赵东志 +3 位作者 刘德 张舒童 高沐竹 赵爽 《兵工学报》 北大核心 2025年第11期332-340,共9页
防雹增雨弹作为人工影响天气的核心装备,其自毁后形成的破片特性直接影响作业安全性与催化效能。聚焦弹体材料力学性能对破片成型的作用机制,采用试验、理论和数值仿真相结合的方法,分析S20钢、9260钢、D60钢及823钢在破片质量分布、形... 防雹增雨弹作为人工影响天气的核心装备,其自毁后形成的破片特性直接影响作业安全性与催化效能。聚焦弹体材料力学性能对破片成型的作用机制,采用试验、理论和数值仿真相结合的方法,分析S20钢、9260钢、D60钢及823钢在破片质量分布、形态特征及能量耗散等方面的差异。研究结果表明弹体材料的强度-韧性协同效应对破片断裂模式具有决定性作用:高强度材料(如9260钢)虽能形成均匀细碎破片(1~5 g占比>60%),但韧性不足易导致局部能量集中;低强度高韧性材料(如D60钢)则因塑性变形显著而生成不规则粘连破片(10 g以上占比达32%);相较之下,823钢凭借独特的力学性能(抗拉强度1000~1200 MPa,冲击韧性40~60 J),在爆炸载荷下实现了脆-韧断裂协同调控,破片质量集中分布于5 g以下(占比85%以上),完全符合国家安全标准(B级,≤10 g),且细碎破片(≤10 g)占比达90%以上,显著降低了地面安全风险。所得成果为防雹增雨弹材料的优化设计提供了理论依据,对提升人工影响天气作业的安全性具有工程价值。 展开更多
关键词 防雹增雨弹 弹体材料力学性能 破片能量耗散 强度-韧性协同 爆炸动力学
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