巖石SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)數(shù)值模擬分析.pdf

1、本文介紹了巖石動態(tài)壓縮力學(xué)性能方面的有關(guān)研究進(jìn)展,并對SHPB實(shí)驗(yàn)裝置與原理進(jìn)行了簡單的敘述,應(yīng)用ANSYS/LS-DYNA有限元平臺建立了SHPB實(shí)驗(yàn)裝置的三維有限元模型,并從有限元原理、單元選取、沙漏控制、網(wǎng)格劃分、接觸設(shè)置以及初始加載以及等幾方面進(jìn)行了討論。在此基礎(chǔ)上對SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)中若干關(guān)鍵問題進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。主要包括如下內(nèi)容:
　　 1)對比分析了傳統(tǒng)矩形波和改進(jìn)的半正弦波加載下,不同直徑入射桿,不同加載率,不同

2、傳播距離的波形彌散情形,顯示并驗(yàn)證了SHPB半正弦加載波受桿徑,加載率、及傳播距離的影響很小,不會產(chǎn)生彌散現(xiàn)象,進(jìn)一步證明了半正弦波加載方式是用于巖石類脆性材料大直徑SHPB測試的理想形式。
　　 2)對比分析了SHPB試驗(yàn)中半正弦入射波和傳統(tǒng)的矩形入射波加載條件下試樣早期應(yīng)力均勻化過程。從試樣達(dá)到應(yīng)力平衡所需時間的快慢來考慮,驗(yàn)證了半正弦入射波加載方式對于巖石類脆性材料動態(tài)特性的測試具有顯著優(yōu)勢。
　　 3)在加載應(yīng)變

3、率方面,分析得出了半正弦波加載條件下波形應(yīng)力峰值、持續(xù)時間、SHPB桿徑、試樣長徑比與試樣加載平均應(yīng)變率之間的關(guān)系。
　　 4)利用半正弦波加載得到了與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線,并分析了不同加載條件下試樣的力學(xué)特性。采用H-J-C模型模擬巖石破碎過程,研究了不同應(yīng)變率下的巖石破壞形態(tài)。
　　 5)利用數(shù)值模擬驗(yàn)證了波的傳播、以及早期應(yīng)力均勻性并不受軸向預(yù)應(yīng)力影響,模擬分析了一維波理論在動靜組合實(shí)驗(yàn)中的適用性。