岩石爆破损伤模型及数值模拟研究

摘要

基于波动理论的超声波检测技术是一种综合量测、评价岩石属性、损伤程度，进而预测裂纹扩展与演化的有效方法。由于岩石的超声波速能综合反映岩石内部损伤程度，运用岩石的超声波速定义的损伤变量完全可以表述岩石微裂纹的宏观力学效果。 在TCK模型的基础上，总结前人研究成果，引用波速法定义的损伤变量，把微观和宏观有机的结合起来，考虑到了岩石中天然损伤对爆破作用的影响，同时将拉、压损伤和应变率耦合在一起，构造了新的岩石爆破损伤模型，弥补了传统模型中只考虑一种情况的缺陷。 运用一级轻气炮实验技术以及超声波测试技术对岩石的动态损伤特性进行了系统的实验研究。通过实验研究可知，灰岩在冲击载荷下的损伤参数与冲击速度和压力都存在着很好的线性关系，并确定损伤参量D=0.40。 对于本研究的灰岩和损伤的定义，把由岩石高速冲击损伤实验方法获得的损伤参量D=0.40作为破碎区的边界和本文新建立的损伤模型加入到LS-DYNA的用户自定义材料模型中，并对损伤爆破进行了数值模拟，其结果较好地说明了新的岩石爆破损伤模型的合理性。 但是，由于本研究仅限于在实验室条件下完成的，还有很多不足的地方，同时也存在着一定的局限性，给推广应用带来不便。因此，今后还需进一步研究适用面广的爆破模型，以适应爆破技术发展的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2论文研究的目的和意义

1.3国内外研究现状综述

1.4岩石爆破损伤模型存在的问题和发展方向

1.4.1岩石爆破损伤模型存在的问题

1.4.2损伤模型的发展方向

第二章岩石爆破损伤的基本理论

2.1引言

2.2岩石爆破损伤变量的定义

2.2.1经典的爆破理论模型中损伤变量的定义方法

2.2.2理论和实验中经常采用的损伤变量的定义方法

2.2.3本文采用的损伤变量定义方法

2.3岩石损伤演化的细观过程

2.4岩石损伤断裂机理

2.5本章小结

第三章岩石爆破损伤模型研究

3.1引言

3.2岩石爆破损伤模型

3.2.1岩石爆破损伤模型的基本理论

3.2.2岩石爆破损伤模型损伤变量的定义

3.2.3岩石爆破损伤模型损伤方程的建立

3.3小结

第四章岩石冲击损伤试验

4.1引言

4.2岩石特性参数实验

4.2.1动态杨氏模量的测定

4.2.2泊松比的测定

4.2.3动态屈服应力的确定

4.3岩石冲击损伤实验

4.3.1实验原理及装置

4.3.2测试系统

4.3.3实验结果

4.3.4超声波测试

4.4小结

第五章岩石爆破损伤模型的数值计算

5.1引言

5.2有限元的基本工作原理

5.3 LS—DYNA程序简介

5.3.1控制方程

5.3.2空间有限元离散化

5.3.3沙漏控制

5.3.4应力计算

5.4损伤模型的数值模拟

5.4.1模型的建立

5.4.2材料模型和边界条件的处理

5.4.3模型的数值计算和结果分析

5.5小结

第六章结论

致谢

参考文献

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