煤在冲击载荷下的动态力学特性试验研究

论文摘要

我国正处于经济高速发展的时期,各行业对煤矿资源的需求量与日俱增。虽然对煤的开采、运输有了一定的研究、设计工作,但对煤的动态力学特性研究的比较少。煤的应变率一般为10-103s-1,研究煤在不同应变率下的变形、破坏情况,得到其动态力学参数,充分认识煤的动态力学特性,通过试验确定相关参数,则具有更为重要的理论和科研意义。动态本构模型可以比较全面地揭示材料的动态力学特性,而本构关系的建立及其参数的确定可以用于数值模拟,进一步指导开采设备和工艺的革新。本文力求通过电子万能试验机分析煤的单轴压缩力学特性,分析在静载荷作用下煤的变形、破坏等特征,力求得到其应力—应变曲线,找到力学性质与物理性质间的关系。分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统在材料的动态测试方面的应用越来越广泛,对岩石、混凝土、泡沫铝等材料的相关试验已经开展了很多,而利用该系统对煤进行动态冲击测试的类似的研究是非常少的。本文力求在煤试件的制作、试验测试的方法和手段等方面总结一些经验和规律,也试图利用试验数据和结果分析煤在冲击载荷作用下的变形和破坏等特征,得到其动态载荷作用下的应力时程曲线、应变时程曲线及应力—应变曲线,并且结合理论分析,得到动力学参数,指导工程实际,同时可以为煤的动态本构模型的建立提供参考。图：[51]表：[6]参：[69]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容及技术路线
• 2 煤的物理性质和力学特性
• 2.1 煤的性质
• 2.1.1 煤岩成分与宏观类型
• 2.1.2 煤的性质
• 2.2 煤的静态力学特性试验分析
• 2.2.1 实验仪器介绍
• 2.2.2 实验原理
• 2.2.3 实验前准备工作
• 2.2.4 试验结果及结论
• 3 霍普金森压杆理论
• 3.1 霍普金森压杆（SHPB）研究现状
• 3.2 霍普金森压杆的基本理论
• 3.2.1 两个基本假设
• 3.2.2 基本公式
• 3.3 提高霍普金森压杆试验技术精度的思考
• 4 煤的SHPB试验
• 4.1 SHPB试验装置介绍
• 4.2 SHPB试验方案设计
• 4.3 试验前的准备工作
• 4.3.1 试件的加工制作
• 4.3.2 试验仪器的准备工作
• 4.4 试验步骤
• 4.5 试验结果分析
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果