無煙煤的本構(gòu)特性與本構(gòu)模型

云駕嶺煤礦無煙煤的動(dòng)態(tài)

本構(gòu)特性及本構(gòu)模型研究單仁亮中國礦業(yè)大學(xué)（北京）7/9/20241中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系一、研究意義經(jīng)濟(jì)意義無煙煤的塊煤比末煤價(jià)格高。社會(huì)意義塊煤多了，末煤就少了，降低了煤塵?？茖W(xué)意義人們對(duì)無煙煤的動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)還很膚淺。7/9/20242中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）Sandia實(shí)驗(yàn)室在20世紀(jì)70年代對(duì)煤的動(dòng)力特性進(jìn)行過研究。1984年加拿大Klepaczko等對(duì)煤的動(dòng)靜態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)導(dǎo)。應(yīng)變率覆蓋了0~2000s-1范圍，得出：當(dāng)應(yīng)變率超過一定范圍之后，彈性模量和裂紋起始應(yīng)力才會(huì)有明顯的率依賴性，幾乎隨著應(yīng)變率的增加而線性增加。7/9/20243中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（2）我國劉寶琛院士在1983年用剛性壓力機(jī)及電子顯微鏡對(duì)大同煤的一些宏、微觀力學(xué)特性進(jìn)行了研究，提出了一個(gè)能夠比較全面反映煤的靜態(tài)力學(xué)性質(zhì)的模型。吳綿拔研究員采用快速加載機(jī)研究了陽泉煤在加載速率為10-1~104

MPa/s范圍內(nèi)的力學(xué)特性，得到了煤的抗拉和抗壓強(qiáng)度以及彈性模量都隨加載速率提高而增大的重要結(jié)論。7/9/20244中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系三、動(dòng)態(tài)本構(gòu)曲線測(cè)試（1）1試驗(yàn)簡(jiǎn)介

OriginalsamplesofanthraciteRepairedsamplesofanthracite

7/9/20245中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系三、動(dòng)態(tài)本構(gòu)曲線測(cè)試（2）Photoofexperimentsystem7/9/20246中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系三、動(dòng)態(tài)本構(gòu)曲線測(cè)試（3）2本構(gòu)曲線分析初始上升階段的非線性，顯著的塑性變形，應(yīng)變強(qiáng)化，破壞。應(yīng)變率較低時(shí)，初始彈模變化不大；應(yīng)變率較高時(shí)，彈模隨應(yīng)變率的增加有顯著的提高。

Dynamicstress-straincurvesofanthracite7/9/20247中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系三、動(dòng)態(tài)本構(gòu)曲線測(cè)試（4）Table1ChangeofyieldstrengthsandultimatestrengthswithimpactvelocityforanthraciteVp

/(m·s-1)

s/MPa

b/MPa2.66.1

9.2

3.4

7.1

13.5

4.25

8.4

12.0

6.30

16.7

21.0

7/9/20248中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系四、無煙煤的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型（1）專門關(guān)于煤的本構(gòu)模型報(bào)道很少，我們尚未看到無煙煤的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型的研究報(bào)道。巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型有過應(yīng)力模型，粘彈性損傷模型，損傷時(shí)效模型。前面的動(dòng)態(tài)本構(gòu)曲線可不可以用數(shù)學(xué)物理模型來表達(dá)呢，有沒有哪種巖石的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型適合我們所研究的無煙煤呢？7/9/20249中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系四、無煙煤的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型（2）首先考慮塑性流動(dòng)：ViscoelasticmodelE0E1E2

1

27/9/202410中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系四、無煙煤的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型（3）再考慮破裂與損傷特性：

1=

1/E1,

2=

2/E2

7/9/202411中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系四、無煙煤的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型（4）M-32M-25M-26M-197/9/202412中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系四、無煙煤的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型（5）以上各試樣的模擬參數(shù)分別為：E0=14.0GPa,E1=1.7Gpa,E2=56.2GPa,

1=0.31s-1,

2=8.67s-1.

E0=15.0Gpa,E1=1.7Gpa,E2=20.5Gpa,

1=0.31s-1,

2=8.67s-1.E0=15.3Gpa,E1=1.7Gpa,E2=47.9Gpa,

1=0.31s-1,

2=8.67s-1.E0=25.2Gpa,E1=1.7Gpa,E2=40.3Gpa,

1=0