圆盘试样配置的影响在其三维动态应力平衡

文摘

为了研究不同配置的动态应力平衡的岩石标本,建立了SHPB的三维有限元模型。五种配置盘标本直径75毫米,厚度30 mm 5 m / s的速度影响使用异形子弹。应力波的传播规律的接触表面specimen-bar和里面的标本进行分析,和时间压力平衡的历史因素在不同位置的标本。结果表明,透射波的振幅对应于椎间盘标本的五种类型不同的配置有明显的区别,和压力传播标本的三维特征。根据易于达到压力平衡,五个配置标本下令切口半圆弯盘,扁平的巴西圆盘破裂直通夷为平地巴西圆盘,巴西圆盘,破解直通巴西圆盘试样。其中,只有前三个配置的标本达到压力平衡。动态应力平衡是影响盘加载模式,最终接触条件下,预制裂纹的存在,和阀瓣厚度。此外,随着圆盘加载结束是一个处理平台,它有利于实现压力平衡。预制裂缝并不有利于实现压力平衡。的加载方法取得半圆弯盘更有利于实现压力平衡。 This research has a certain guiding significance for selecting suitable specimen configuration and research methods to carry out rock dynamic fracture experiments.

1。介绍

煤矿开采深度的逐渐增加,相应的煤岩体应力水平的增加,气体和水文等地质条件越来越复杂(1- - - - - -3等灾害)和动态岩石破裂,岩石破裂,和采矿扰动更加突出(4- - - - - -6]。的重要性,研究岩体的动态断裂特征日益突出。了解岩石的动态破坏机理,首先需要准确地确定岩性参数与岩石动态故障。目前,分离式霍普金森压杆(SHPB)实验研究已广泛应用于各种材料的动态性能参数(7,8]。其有效性的假设是基于“一维应力波传播”和“统一的压力测试标本”(9]。椎间盘标本的各种配置用于测试岩石的动态力学性能,包括巴西圆盘(BD) [10,11),扁平的巴西圆盘(增)12),破解直通巴西圆盘(CSTBD) [13,14),破解直通夷为平地巴西圆盘(CSTFBD) [15,16],holed-cracked夷为平地巴西圆盘(HCFBD) [17),雪佛龙取得巴西圆盘(CCNBD) [18,19),切口半圆弯盘(NSCBD) [20.- - - - - -22,破解了雪佛龙切口半圆弯盘(CCNSCBD) [23,24]。由于非均质性和脆性岩石材料,SHPB实验的应力均匀性假设是挑战25]。

男人和周(26)指出,非理想的材料,非理想的尺寸,和不理想的配置标本,两个假设的“one-dimensionality”和“压力平衡”应该满意。当这两个假设是满意,动态抗压强度和抗拉强度等参数得到有意义的准静态方法。岩石材料被毁在非常小的菌株。在这样的小变形,为了获得准确的实验数据,波振荡引起的色散效应和应力平衡标本必须考虑。传统SHPB装置无法满足实验需求;为了更好地确保SHPB实验的两个假设,一些波形牛头刨床由各种各样的材料和尺寸10,16,19,27)和异形子弹(28- - - - - -30.)已经应用于动态测试研究。阀瓣不满足一维的几何性质。值得研究的标本是否可以达到压力平衡之前失败的动态分割实验。萍et al。31日)进行了SHPB实验50 mm直径砂岩BD标本和获得一个梯形应力波上升约50的边缘μ年代,这被认为是能够达到压力平衡前的标本被摧毁。李等人。32)应用实验和数值模拟方法表明,定期内的压力平衡可以达到直径50毫米,但严重的压力不均匀发生在试样的两端。和样品的直径越大,越严重压力不均匀。Zhang et al。33)建立了一个有限元模型的HCFBD直径80毫米。压力平衡因素是用来证明试样的应力分布严重不平衡,压力无法达到平衡。王等人。34)认为小型标本更容易达到压力平衡,使用准静态方法可以治疗,但对于大型CSTFBD标本,准静态方法将不再适用。

经典的“三波法”已被广泛用于验证样品的压力平衡。的叠加值入射波和反射波与透射波,也就是说,样本被认为是在一个压力平衡状态。在此基础上,阴et al。35)使用改进的SHPB系统进行动态和静态耦合加载在50 mm直径CSTBD花岗岩标本,最后达到压力平衡。戴et al。36]通过实验证明波形整形器有很大的影响在标本的压力平衡,以及复合材料成型机用于实现的压力平衡半圆弯盘(SCBD)标本。张和赵(37)应用的锥形子弹NSCBD标本25毫米的半径获得half-sinusoidal应力波,这证明了试样在断裂之前压力平衡状态。

理论上,它似乎是合理的判断的压力平衡标本根据应力波的上升边的长度。然而,由于压力传播的复杂性在椎间盘标本的加载(38)和异构性的岩石标本(39),这种方法的准确性值得深思熟虑的。经典的三波法间接法官的压力平衡标本根据应力波在酒吧的压力,忽视标本(应力non-one-dimensional传播的影响26),这简化了问题。然而,一些错误是不可避免的在处理波头,和最终的应力波的巧合度曲线不能量化的程度压力平衡的标本。此外,椎间盘标本之间的接触面积和压力酒吧很小,和严重的应力集中出现在标本的结束,二维效果并不是可以忽略不计(40),因此,这种间接的方法并不一定证明的真正平衡的标本。数值模拟方法可以直接提取应力历史标本的两端,和压力平衡因素可以用来更精确地测量试样的应力平衡。然而,在数值模拟上面所讨论的,只有标本模型建立,忽略接触的影响,和二维模型忽略厚度的影响(41]。有必要开展三维酒吧的分析模型;否则,结果可能与实际情况不同,因此数值模拟的方法需要进一步的研究。

总之,在圆柱轴向加载SHPB实验标本的有效性已被广泛认可。然而,仍有争论的压力平衡盘的径向加载SHPB试验标本的标本。并没有统一的标准配置和标本的大小。建立了三维有限元SHPB模型的数值模拟方法。动态应力分布特征和动态应力平衡因子的历史椎间盘标本进行了分析。五种类型的配置参数的影响椎间盘标本的动态应力平衡进行了研究。SHPB试验研究具有一定的指导意义的岩石标本具有特殊的结构。

2。应力波传播和压力平衡的标本

2.1。压力波传播的压力吧

SHPB实验装置图如图1。子弹撞击事件栏在一定速度和生成一个应力波在事件栏中。入射波的反射和传输的接触表面入射杆和标本,标本之间的接触表面和传输酒吧。应力波反射后多次来回的标本,达到压力平衡状态(9]。

在应变仪测试,事件栏上的“1”记录了入射波应变信号和反射波应变信号 ,和应变仪传输栏上的“2”记录了透射波应变信号。压力事件结束的标本和压力在发射端 。 在哪里的弹性模量是压力吧,压杆的横截面积,之间的接触表面的面积是试样和酒吧的压力。如果 ,即应力试样的两端是平等的,和标本被认为已经达到压力平衡。

与传统的圆柱形子弹的影响,一个大约可以生成矩形应力波对此事酒吧,和波形的前沿非常短,伴随着波头振荡和色散效应。然而,岩石的抗拉强度较低,破坏时应变很小,所以很难矩形应力波前达到压力平衡岩石标本被摧毁。克里斯腾森et al。42)认为,当岩石材料的应力-应变行为研究了SHPB系统理想的输入压力脉冲应该是一个斜坡,而不是一个陡峭的梯形脉冲。罗和龚43使用矩形波,三角波,half-sine波影响标本。相比之下,half-sine波可以相对消除应力分散现象。针对这一点,根据改进的SHPB ISRM提出的系统(44),该模型用于生成一个semisinusoidal应力波通过使用异形子弹影响消除压力栏上的分散效果的影响。

2.2。应用椎间盘标本

为了方便测量的动态抗拉强度、断裂韧性等岩石力学参数,应用了很多盘标本的各种配置SHPB实验。然而,目前还没有相关研究椎间盘标本与不同的配置是否能满足应力平衡和压力平衡的程度。

考虑五个类型的椎间盘标本,如表所示1试样的直径 ,厚度是 ,平台加载角 ,预制裂纹长度 ,裂缝宽度为0,两个轴承之间的距离NSCBD标本的结束 。在相同的实验条件下,应力平衡进行了分析。

2.3。计算方法的动态应力平衡因子的椎间盘标本

应力平衡系数,无因次压力不同试样的两端,定义和广泛使用29日,33,45- - - - - -47]。它量化试样在动态的应力平衡的影响。在有限元模型中,元素的压力在对称位置提取的标本在一个特定的时刻,此时和应力平衡因子值可以得到公式(3)。

在公式(3),压力平衡因子,是压力事件的标本,然后呢压力在传输的标本。随着时间的变化,试样的两端应力不断变化,和压力平衡因素也是一个动态的过程。当小于或等于0.05 [48),标本被认为已经达到压力平衡状态。

3所示。三维模型建立酒吧

使用有限元软件ANSYS中的LS-DYNA模块,一个三维的酒吧的SHPB模型建立了直径100毫米,如图2。事件栏和传动杆的长度是2.6米,直径的标本 ,厚度是 。子弹的直径100毫米和800毫米的长度,如图3。由于模型的对称性,为了提高计算效率,椎间盘标本是装满1/4模型,加载NSCBD标本和1/2模型。

在模型中,子弹和压力条同样的钢铁材料,和砂岩同质性被选中。具体材料参数如表所示2。根据公式(4),应力波的传播速度在酒吧和标本的压力可以计算为5172.2 m / s, 2443.5 m / s,分别。从公式(5),specimen-bar波阻抗比例β大约是1/6。在哪里波的传播速度的媒介。

固体164 eight-node六面体的元素是用来促进应力波的传播。子弹和支柱除以一个映射方法,以及啮合标本是由全面执行部门的技术。如数据所示4(一)- - - - - -4 (e)BD,定期监测,CSTBD、CSTFBD NSCBD,分别。裂纹尖端使用quarter-node奇异元素技术和加密。

4所示。分布的应力波压力酒吧和标本

4.1。应力波分析压力酒吧

子弹撞击事件栏5 m / s的速度,和应力波的波长约454μ年代了酒吧的压力。为了避免叠加的压力波的酒吧,横截面中心单元事件栏上的选择和传动杆的距离1.4米的加载试样,分别。对比栏上的压力波形图所示5和6。

从图可以看出5不同标本配置有相同的入射波,可以达到200μ年代上升。反射波显示略有不同,由于标本的配置的影响。这种差异取决于入射杆的接触面积与标本。BD的三个标本,CSTBD NSCBD有相同的接触事件酒吧,只有一行,和反射波是几乎相同的。定期监测和CSTFBD标本之间的接触事件栏是平的。的过程中传输和反射,反射波的比例相对较少,所以反射波的峰值在这两个模型是小于其他三个配置。

传播的应力波测量酒吧的五个模型如图6。BD的透射波振幅,定期监测,CSTBD, CSTFBD,和NSCBD模型是0.154,0.263,0.147,0.247,和0.12倍的入射波,分别。在分析传输波形时,不仅需要考虑压杆之间的应力波的传播和标本还试样的应力波的传播。定期监测之间的接触表面或CSTFBD标本和酒吧很大的压力。过程中接触表面上的传输和反射,透射波比相对较大,所以这两个模型的透射波的峰值高于其他三个配置。CSTFBD标本包含预制裂缝。当裂纹尖端的应力波传播的标本,部分耗散和发生散射,导致最终传播的应力波传播栏小于定期监测模型。BD模型和CSTBD模型之间的比较也有同样的模式。特殊的加载方法的NSCBD semidisc标本,因为压力逐渐减少从中心到边缘的方向垂直于加载直径、轴承的标本是标本的边缘附近传输波高峰是最小的。因为压力逐渐减少从中心到边缘的方向垂直于加载直径,和轴承端NSCBD标本的标本的边缘附近传输波高峰是最小的。

4.2。试样的应力分布特点

从应力波的生成到传入的标本,需要504μ年代,应力波从传入的标本为即将离任的标本 。应力分布的变化在不同配置的标本在冲击加载条件下如下。

双相障碍模型,当应力波传播到标本,标本中的应力分布严重不对称,如图7(一);试样的应力分布趋于对称,直到658年μ年代,如图7 (b);但对于小于10μ年代,这种应力状态被打破,如图7 (c);在随后的动态过程的压力,从744年μ年代到812μ年代,内部应力分布的样本相对对称,内部应力分布的样本相对对称,但最终压力差异是显而易见的,如图7 (d)。在整个加载过程中,试样的应力主要分布在附近的加载直径韧带(33),而应力集中发生在试样的两端。

定期监测模型,在应力波传播为86μ年代的标本,标本中的应力分布趋于均匀,如图8 (b)。在稍后的时间,应力分布的变化相对稳定。在整个加载过程中,试样的应力分布是均匀明显多于双相障碍模型。然而,加载压力附近的韧带高于在试样的边缘,和应力集中现象发生在平台和电弧之间的关节标本的一部分。

CSTBD试样的应力分布在不同的时间显示在图9。在648μ年代,标本的压力往往是对称的,如图9 (b)。但随后应力分布变为一个不稳定的状态。总的来说,试样的应力分布主要集中在加载直径附近的韧带。影响预制裂纹,裂纹尖端上的应力分布是驼背。在裂纹尖端应力集中发生,应力集中的标本是削弱与双相障碍模型。

在装运过程中,应力波传播CSTFBD标本,来回和试样的应力分布相对均匀,享年590岁μ年代,如图10 (b),然后应力分布的变化。整个过程的应力分布模式类似于定期监测标本。主要的区别在于,在裂纹尖端应力集中现象发生的位置,和应力集中的标本是削弱,如图10。

在520μ年代,上下对称的应力分布的一部分NSCBD标本是对称的,然后标本的压力动态变化,但它仍然是对称分布,如图11。由于短长度的加载方向NSCBD标本,标本中的应力波传播一段时间的历史,所以压力达到平衡所需的时间很短。

5。压力平衡分析

5.1。压力平衡不同厚度的标本

由于标本和有限元模型的网格都是对称的,两端对称元素的压力的标本可以选择来确定应力平衡因子 。在厚度方向上的试样的两端,把单位的距离( ,B/ 8,B/ 4和3B/ 8)中心线的厚度。如图12计算应力平衡因子,随时间的变化曲线的应力平衡因子五种盘标本得到如图13。

比较数据(13日)- - - - - -13 (e)的变化规律是相同的。当应力波传播的初始部分标本,两端之间的应力差是显而易见的,和很大。过程中应力波反射前后标本,标本中的压力逐渐变得均匀,逐渐降低至接近零的水平。试样的应力随时间不断变化,和也在一定的范围内波动。总的来说,压力平衡的程度NSCBD是最好的,其次是定期监测,CSTFBD, BD, CSTBD。比较五个标本的应力平衡系数曲线在不同的厚度,这是发现的差异曲线的双相障碍和定期监测标本在不同厚度很小,和的区别曲线CSTBD、CSTFBD NSCBD标本相对明显。预制裂纹的原因是导致一个大不同的压力平衡标本在不同厚度。

5.2。压力平衡加载韧带

文献[49,50]表明,能量波将消散在岩石中应力波的传播。刘等人。51]在SHPB实验证明,通过岩石试样的应力波传播时,其振幅和频率减少。因此,它并不足以分析试样的两端压力平衡。还需要分析不同位置的应力平衡盘的直径韧带标本。对称元素与圆心的距离( ,4r/ 5,2r/ 3,3r/ 5)选择加载直径上的韧带来分析压力平衡。结果如图所示14。

如数据所示(14日)和14 (b)BD和定期监测标本,压力平衡在不同位置加载直径韧带几乎是相同的。CSTBD和CSTFBD标本预制裂纹在不同的位置有不同的平衡加载直径上的韧带,CSTBD是更加明显。在图14 (c)的价值减少,逐渐增加,这表明压力平衡逐渐恶化的裂纹尖端的标本。比较数据14 (c)和14 (d)压力平衡的差异在不同位置的直径韧带CSTFBD标本相对较小。比较图9与图10可以看到,它的结束部分的接触面积CSTFBD标本很大,和样品的透射波的传播路径是宽,因此裂纹的影响相对较小。然而,CSTBD试样中应力波的传播路径主要是集中在加载直径区域,这显然是受到裂纹的影响。总的来说,压力平衡的差异五种盘的直径韧带标本可以忽略不计,所以认为压力平衡两端的标本可以代表整个试样的应力平衡。

5.3。样本的总体压力平衡

为了分析整个试样的应力平衡,压力平均值不同厚度的单元两端的标本被替换成公式(3计算),压力平衡因素,最后,图中所示的曲线15获得了。表3列出了压力平衡分析结果的标本5配置。

压力平衡的因素BD的标本是658年减少到0.033μ年代,第一次达到压力平衡。从应力波进入154年的标本的压力平衡μ年代,我们称之为平衡过渡时期。在那之后,随时间波动较大,从658年μ年代到872μ(拉应力的峰值时刻BD标本的中央单位),最大的价值为0.322,最小值为0.0017,平均值是0.143。在这段时间里,平衡时间占9.35%。随时间的变化曲线的应力平衡因子CSTBD试样的BD标本相似。

压力平衡的因素定期的标本是588年减少到0.045μ年代,第一次达到压力平衡。压力平衡过渡时期只有84μ从588年代。μ年代到904μ(拉应力的峰值时间的中心定期监测标本),最大的价值为0.099,最小值为0.0007,平均值是0.038。标本在42.4%的时间内压力平衡状态。随时间的变化曲线的应力平衡因子CSTFBD定期监测标本的标本相似。

压力平衡的因素NSCBD标本的0.023在520年有所下降μ年代,第一次达到压力平衡。压力平衡过渡时期只有16岁μ从520年代。μ年代到932μ年代的峰值应力时间NSCBD试样的裂纹尖端单元),最大值为0.045,最小为0.00001,平均为0.0058,样品在此期间始终处于均衡状态。

6。不同的影响因素对动态应力平衡盘的标本

从上面的分析中,不同的应力平衡配置标本是不同的,和压力平衡的标本与条件,厚度、裂缝的存在与否,和加载模式标本。

6.1。试样厚度的影响

结果部分5.1表明,试样的厚度对压力平衡的影响,以及文学盛Zhang et al。33)对此表示赞同。为了分析原因,截面上的应力分布的韧带标本加载直径,如图16。比较数据(16日)- - - - - -16 (d),据悉,结束部分标本的接触面积太小,和预制裂纹的存在导致不均匀应力在厚度方向上的阀瓣标本。

为了定量分析椎间盘的应力状态不同厚度的标本,基于BD的四个标本,定期监测,CSTBD, CSTFBD,所有单位的压力 加载直径上的韧带被提取。最大的压力σ_马克斯,最低压力σ_最小值,平均压力σ_大街分析了如图17。结果表明,之间的区别σ_马克斯和σ_最小值BD标本和定期监测样本很小,和之间的区别σ_马克斯和σ_最小值CSTBD试样和CSTFBD标本比较大,和增加的差异随着时间的推移,然后稳定下来。

定义应力分布的分散在试样厚度:

因此,近ξ是0,更统一的横截面上的应力分布。应力分布分散在BD的厚度,定期监测,计算CSTBD, CSTFBD标本ξ1,ξ2,ξ3,ξ4,如图18。

图18表明CSTBD CSTFBD标本和预制裂纹明显更高ξ值,定期监测和CSTFBD标本平台较低ξ值比BD和CSTBD标本没有平台。透露,预制裂纹圆盘试样和缺乏平台最终将会增加应力分布的分散盘厚度,和预制裂纹的影响更显著。离散压力盘的厚度使标本展览在不同厚度不同的压力平衡。同时,对不同配置圆盘,裂纹萌生的位置也会不同。

6.2。效果的标本

与圆柱试样不同,接触的圆盘试样与酒吧很小的压力。事实上,巴西圆盘和酒吧之间的首次接触几乎只有一条线,以及巴西圆盘之间的接触表面和酒吧只是一个小平台。当应力波传播从一小部分标本的断面压杆,透射波的振幅比入射波。更大的接触面积的比值的压力杆标本,透射波的振幅越大。接触表面为0时,透射波振幅约为入射波的两倍。这种现象可能会导致试样破坏的事件结束,未能达到压力平衡状态。

横截面的大小圆盘试样的加载方向是不断变化的,可以视为一系列加强微量元素,并有很强的不连续。当应力波通过不连续微量元素时,应力波的振幅将成为原始次(9]。

的公式,是以前的截面加强细胞,是最后一个走细胞的横截面。压应力波传播过程中事件的中间的圆盘试样,横截面积逐渐变大,所以 ,应力波的振幅逐渐减小。压应力波传播的过程中从盘的中间位置发射的标本, ,应力波的振幅逐渐增加,和reverse-stretching卸载波反射,逐步增加。拉伸应力波强度时的发射端标本达到一定瞬时断裂准则,骨折发生,影响标本的压力的均匀性。

比较 - - - - - -压力和方向 - - - - - -方向压力最后中心单元的BD和定期监测样本,如图19。的压力和方向中央单位的BD标本的2.5倍和2.1倍的定期监测标本,分别在同一大小的压力方向。因此,圆盘试样的三维传播的压力不容忽视。适当增加盘的最后的接触面积可以减少non-one-dimensional传播的压力,有利于更好的平衡盘的标本。

它可以看到从应力云图分析部分4.2盘的最后的接触面积太小,和应力波传播路径方向主要集中在附近的加载直径。这将导致一个缓慢的压力平衡的标本和一个低程度的压力平衡的标本。

基于上述分析,圆盘试样的最后的接触面积很小,导致应力集中的标本,标本的三维应力传播,应力波传播路径的浓度方向。和接触面积越小的标本,最后效果越明显。这些现象不利于快速达到压力平衡故障前的状态的标本,也不有利于样品的压力平衡的程度。

6.3。裂缝的存在的影响

通过物体的应力波传播理论的假设是基于一个统一的对象。应力波的传播无限异构岩体,认为当弹性波的波长远远大于规模参差不齐的岩石,岩石质量可以被视为一个同质的对象。然而,相比之下,圆盘试样预制裂纹的大小、裂缝的惯性效应不容忽视。

在应力波的传播路径,波损失和散射发生在裂纹尖端,如图20.。应力波的散射破坏一维应力波的传播,从而形成立体传播,从而形成一个hump-shaped在裂纹尖端应力分布。同时,厚度效应更加明显,裂纹尖端附近的应力平衡区域变得更糟。图14 (c)反映了这一现象。加载直径上的接近裂纹尖端韧带应力平衡因子越高,也就是说,越压力平衡。此外,压应力在裂纹尖端振幅的损失将影响程度的压力平衡两端的标本。如表所示3的平均值CSTBD应力平衡系数高于BD,和的平均值CSTFBD应力平衡系数高于定期监测。

6.4。影响试样的加载方法

就像其他配置标本,NSCBD标本受到厚度、加载结束,和裂缝,但其压力平衡是最好的。主要原因是强调不同的标本。如图21箭头符号表示压力的方向传播。椎间盘标本入口端和传输端,及其压力平衡测量根据压力入口端和传输。压力平衡的方向是一样的加载方向,这需要来回反射压力波的标本多次才能达到平衡。NSCBD标本的入口端,两个传输结束两侧对称分布加载半径,根据应力状态和平衡决定的两个传输目的。压力平衡的方向是垂直于加载方向、标本和压力波的传播是对称加载半径。因此,当压力波传播到发射端,应力分布是对称的,这大大减少了过渡时间的压力平衡。

7所示。讨论

节中讨论的四个影响因素之间的相互作用6影响标本的压力平衡。在冲击加载过程中,加载的应力集中的圆盘是显而易见的。试样的应力分布集中在加载的韧带区直径,和外侧的压力是显而易见的,这是不利于标本之前失败的压力平衡。同时,椎间盘标本在不同的厚度有不同的压力,从而导致不同的压力平衡。的损失和散度在预制裂纹尖端的应力影响正常的压应力波传播。圆盘试样的厚度效应更明显,导致更糟糕的标本的压力平衡,和裂纹尖端的位置越近,越压力平衡。处理平台的标本可以减少应力集中和厚度效应的影响,同时扩大的试样中应力波的传播路径,从而降低预制裂纹的影响,实现更好的压力平衡。条件下,标本的最后的接触面积很小,有裂缝的标本,三点弯曲加载的方法可以实现更好的压力平衡。

为了量化和比较四个因素的影响在圆盘的厚度,最终平台,预制裂纹,和加载方法在试样的应力平衡,压力平衡的因素被定义。把加载直径上的元素韧带椎间盘的距离 从圆的中心,计算其应力平衡系数的平均值和使用它作为参考价值 。盘的影响因素平台的比率BD标本的定期监测标本;预制裂纹的影响因素的比率CSTFBD标本的定期监测标本;加载方法的影响因素的比率的CSTBD试样NSCBD标本;因为5配置的厚度是相同的,不均匀的应力平衡因子在圆盘的厚度是用来描述的影响在压力平衡盘的厚度。因此,盘厚度的影响因素是最大应力的比值所选元素的平衡因素 。更大的价值 ,越明显的影响因素的压力平衡标本。图22显示了价值观的四个因素,反映的程度的影响这四个因素对应力平衡是降序排列:加载方法,终端平台,预制裂纹,试样厚度。

很多文献提到的经典三波法来验证压力平衡。通过模拟发现,因为椎间盘标本之间的接触表面和压杆很小,应力波的振幅测量传输栏上的很小,很难准确地捕捉它在这项实验中,这是不利于使用三波方法验证压力平衡。

模型使用一个圆盘直径75毫米,厚度30毫米。三维应力分布的影响试样的应力平衡进行了分析。然而,如果圆盘厚度增加或减少,这将不可避免地影响应力分布在圆盘的厚度标本,和法律的压力平衡阀瓣标本与厚度将会改变。如果试样直径的增加,需要更多的时间对应力波传播的事件结束传输结束增加,和其他因素的影响将被放大。在这些情况下,样品是否可以达到压力平衡故障前需要进一步的研究。

当准静态方法用于确定动态抗拉强度、断裂韧性,和其他参数的岩石材料,要求这一事件结束,传输样品达到力平衡,以便测量参数是有意义的。因此,压力平衡是一个必要条件使用准静态方法来确定圆盘试样的动态力学参数。但experimental-numerical方法,结合实验数据和三维酒吧模型,来确定岩石的动态断裂韧性材料,不需要遵守任何静态公式和没有必要达到压力平衡。

8。结论

有限元数值模拟方法用于建立一个三维的酒吧SHPB模型。5配置类型的椎间盘标本直径75毫米,厚度30毫米。异形子弹的冲击速度5米/秒。之间的接触条件四个因素被认为是:酒吧和标本的压力,阀瓣厚度、裂缝和加载方法。通过比较三维应力分布特征的五种配置盘标本和分析压力平衡因素对试样的厚度和加载直径韧带,发现有一定差异的压力平衡盘的五个配置。主要结论如下:(1)盘平台末端的标本更有利于达到压力平衡,和标本含有裂缝并不有利于实现压力平衡。标本的裂缝,没有平台,三点弯曲加载更有利于实现压力平衡(2)据的压力达到平衡,五个配置命令的顺序NSCBD,定期监测,CSTFBD, BD, CSTBD。其中,BD和CSTBD试样不受结束条件和裂缝的影响,不能达到压力平衡。定期监测和CSTFBD标本可以达到压力平衡由于平台的优势。NSCBD标本可以更容易达到压力平衡由于特殊的加载方法(3)圆盘试样配置不满足一维性质,和内部应力分布的三维特征。预制裂纹的存在使压力波的传播更为复杂。因此,动态应力平衡盘的标本有很强的局限性

通过比较分析五种圆盘试样的应力平衡,利弊评估,揭示SHPB压力平衡盘试样配置有严格的要求。此外,它提供了一些参考选择适当的样本配置和研究方法。具有重要意义准确地测量岩体的动态断裂特性。

数据可用性

excel数据支持本文研究包括在补充文件。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(没有。51674101)。

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版权©2020年盛Zhang et al。这是一个开放分布式下条知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。