煤Ⅰ型动态断裂裂纹扩展规律的试验与数值模拟研究 论文

为研究 冲击速度、层理角度 及 切缝深度 对煤样Ⅰ型动态断裂裂纹扩展速度与扩展路径等断裂特性的影响，结合分离式霍普金森压杆(SHPB)试验和基于连续-非连续单元方法(CDEM)的数值模拟，对 3种切缝深度 的直槽半圆弯曲煤样(NSCB)开展不同 层理角度 和 多种加载速率 下的Ⅰ型动态断裂测试与数值模拟研究。得到煤样在冲击载荷下 裂纹萌生、演化、扩展 及 贯通的渐进破坏全过程，模拟与试验结果吻合较好，证明 CDEM数值模拟方法 能够较好地模拟煤样Ⅰ型动态断裂从 连续到非连续的渐进破坏过程。研究表明: 煤样裂纹瞬时扩展速度随时间变化 波动性较大，前期扩展较快，后期扩展较慢，可将试件裂纹扩展分为 高速扩展阶段 和 稳速扩展阶段; 冲击速度 对裂纹平均扩展速度影响最大，切缝深度次之，层理角度影响最小。裂纹平均扩展速度随 冲击速度增大 而增大，但渐趋于平缓，而随 切缝深度增加 逐级降低。并在忽略层理角度影响的情况下，得出 冲击速度与切缝深度 对裂纹平均扩展速度的双因素预测模型; 冲击速度越大，裂纹起裂时间越短，但其对裂纹扩展路径影响很小。层理角度 对裂纹起裂时间基本没有影响，但对裂纹扩展路径影响较大。层理角度为 0°和90° 时，煤样裂纹最为平直，层理角度为