冲击载荷下不同尺寸煤岩动力学分析及损伤特性研究

摘要

为探究冲击载荷作用下不同尺寸煤岩的动态力学及损伤特性,利用分离式霍普金森压杆系统对直径50 mm长度分别为15 mm,20 mm,25 mm,30 mm,35 mm,40 mm,45 mm和50 mm的煤岩开展了冲击压缩试验,通过分析应力-应变曲线特征得出应变率、峰值应力和动态弹模随尺寸变化的关系,并基于能量耗散规律提出煤岩受载全过程动态损伤指标K,同时与Weibull分布结合D-P准则得出的损伤变量D_(w)进行对比,探究不同尺寸煤岩的动态损伤特性。结果表明:不同尺寸煤岩的动态应力-应变曲线包含弹性、塑性和塑性软化3个阶段。随煤岩尺寸的增加,应变率和峰值应力呈减小趋势,动态模量为线性增加;动态损伤指标K是煤岩弹性阶段结束后的瞬时破碎耗能与完全破坏时对应总破碎耗能的比值;动态损伤指标与损伤变量的曲线形态具有相似性,变化趋势具有一致性,表明了K的合理性。指标K的最大损伤值更稳定、更符合破坏状态假设,说明了其具有一定的适用性。