煤岩的动态压剪复合加载实验研究

摘要

本文以淮南市潘谢矿区张集煤矿的煤为研究对象，做煤岩的动态压剪复合加载实验研究，再结合理论分析与数值模拟，并与工程实际结合的方法，研究煤的动态力学性能。 通过分析国内外煤岩的研究情况，发现现在关于研究煤岩的动态力学性能还是较少，且由于各地区的煤岩差别较大，所以利用基于霍普金森压杆的动态压剪系统对淮南市潘谢矿区张集煤矿的煤岩进行实验，为研究煤岩的动态力学性能提供可靠性依据。通过ABAQUS模拟软件，验证基于霍普金森压杆的动态压剪系统的可行性。先对煤岩进行不同应变率下的煤岩的动态单轴压缩试验，得到实验波形，对实验波形进行处理得出结论:在一定的应变率范围内，随着应变率的升高，破坏应力整体有上升的趋势，破坏应力具有应变率敏感效应。在一定的应变率范围内，随着应变率的升高，破坏应变有上升的趋势，破坏应变具有应变率敏感效应。再对煤岩进行动态压剪实验，得到实验波形，对实验数据进行分析得出:在一定的应变率范围内，随着应变率的升高，破坏应力也随着升高，当应变率升高到一定程度时，破坏应力开始下降，到最后无明显的变化。破坏应力对应变率具有一定敏感效应。在一定的应变率范围内，随着应变率的升高，动态弹性模量也随着上高，当应变率升高到一定成的时候，动态弹性模量又降低，到原来的动态弹性模量，最后趋于稳定，无明显变化。动态弹性模量对应变率具有一定的敏感效应。再进行对比分析得出:煤岩的破坏应变与加载路径具有很大相关性。为研究煤岩的动态力学性能提供依据。 通过ABAQUS模拟岩-煤-岩的实际工作面，通过对比分析两种不同冲击下的煤岩破坏情况，得出煤岩在斜方向即压剪的情况下破坏范围更广，破坏情况更严重，与煤岩的动态压剪实验结果相同。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤岩动态力学特性研究现状

1．2．2 分离式霍普金森杆实验研究现状

1．3 问题提出

1．3．1 存在的不足

1．3．2 需要进一步研究的问题

1．4 主要内容

1．5 技术路线

2 煤岩压剪复合加载系统设计的数值模拟优选

2．1 数值模拟在SHPB实验技术中的应用

2．2 ABAQUS有限元软件

2．2．1 ABAQUS有限元软件特点

2．2．2 ABAQUS／Explicit分析模块

2．3 压剪复合加载系统的设计方案

2．3．1 单斜端面垫块压剪装置

2．3．2 双斜端面垫块压剪装置

2．4 数值模拟验证准备

2．4．1 普通的单轴SHPB数值模拟

2．4．2 基于SHPB的单斜端面垫块压剪装置数值模拟

2．4．3 基于SHPB的双斜端面垫块压剪装置数值模拟

2．5 方案比较与优选

3 煤岩动态压剪联合冲击实验研究

3．1．2 SHPB实验原理

3．2 基于SHPB的压剪联合冲击实验

3．2．1 基于SHPB的动态压剪复合加载实验简介

3．2．2 基于SHPB的动态压剪复合加载实验原理

3．2．3 基于SHPB的动态压剪复合加载实验装置及煤样

3．2．4 数据处理

3．3 基于SHPB的动态压剪复合加载实验步骤及结果

3．3．1 基于SHPB的动态压剪复合加载实验步骤

3．3．2 基于SHPB的动态压剪复合加载实验波形

3．4 实验结果分析

3．4．1 煤岩单轴动态压缩实验波形结果分析

3．4．2 基于SHPB的动态压剪复合加载实验波形结果分析

3．4．3 煤岩的单轴压缩与压剪复合加载对比分析

4 冲击载荷作用下岩-煤-岩工作面模拟

4．2 岩-煤-岩工作面的模型建立

4．3 垂直方向冲击顶板的数值模拟

4．4 斜方向冲击顶板的数值模拟

4．5 两种模拟对比分析

5 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 不足

参考文献

致谢

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