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（北京）7/9/20241中國礦業(yè)大學（北京）土木工程系一、研究意義經(jīng)濟意義無煙煤的塊煤比末煤價格高。社會意義塊煤多了，末煤就少了，降低了煤塵。科學意義人們對無煙煤的動態(tài)力學性質(zhì)的認識還很膚淺。7/9/20242中國礦業(yè)大學（北京）土木工程系二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）Sandia實驗室在20世紀70年代對煤的動力特性進行過研究。1984年加拿大Klepaczko等對煤的動靜態(tài)力學特性進行了詳細報導。應(yīng)變率覆蓋了0~2000s-1范圍，得出：當應(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（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年用剛性壓力機及電子顯微鏡對大同煤的一些宏、微觀力學特性進行了研究，提出了一個能夠比較全面反映煤的靜態(tài)力學性質(zhì)的模型。吳綿拔研究員采用快速加載機研究了陽泉煤在加載速率為10-1~104

MPa/s范圍內(nèi)的力學特性，得到了煤的抗拉和抗壓強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（北京）土木工程系三、動態(tài)本構(gòu)曲線測試（1）1試驗簡介

OriginalsamplesofanthraciteRepairedsamplesofanthracite

7/9/20245中國礦業(yè)大學（北京）土木工程系三、動態(tài)本構(gòu)曲線測試（2）Photoofexperimentsystem7/9/20246中國礦業(yè)大學（北京）土木工程系三、動態(tài)本構(gòu)曲線測試（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)變強化，破壞。應(yīng)變率較低時，初始彈模變化不大；應(yīng)變率較高時，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（北京）土木工程系三、動態(tài)本構(gòu)曲線測試（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（北京）土木工程系四、無煙煤的動態(tài)本構(gòu)模型（1）專門關(guān)于煤的本構(gòu)模型報道很少，我們尚未看到無煙煤的動態(tài)本構(gòu)模型的研究報道。巖石動態(tài)本構(gòu)模型有過應(yīng)力模型，粘彈性損傷模型，損傷時效模型。前面的動態(tài)本構(gòu)曲線可不可以用數(shù)學物理模型來表達呢，有沒有哪種巖石的動態(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（北京）土木工程系四、無煙煤的動態(tài)本構(gòu)模型（2）首先考慮塑性流動：ViscoelasticmodelE0E1E2

1

27/9/202410中國礦業(yè)大學（北京）土木工程系四、無煙煤的動態(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（北京）土木工程系四、無煙煤的動態(tài)本構(gòu)模型（4）M-32M-25M-26M-197/9/202412中國礦業(yè)大學（北京）土木工程系四、無煙煤的動態(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