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