无烟煤的本构特性与本构模型

云驾岭煤矿无烟煤的动态

本构特性及本构模型研究单仁亮中国矿业大学（北京）7/9/20241中国矿业大学（北京）土木工程系一、研究意义经济意义无烟煤的块煤比末煤价格高。社会意义块煤多了，末煤就少了，降低了煤尘。科学意义人们对无烟煤的动态力学性质的认识还很肤浅。7/9/20242中国矿业大学（北京）土木工程系二、国内外研究现状（1）Sandia实验室在20世纪70年代对煤的动力特性进行过研究。1984年加拿大Klepaczko等对煤的动静态力学特性进行了详细报导。应变率覆盖了0~2000s-1范围，得出：当应变率超过一定范围之后，弹性模量和裂纹起始应力才会有明显的率依赖性，几乎随着应变率的增加而线性增加。7/9/20243中国矿业大学（北京）土木工程系二、国内外研究现状（2）我国刘宝琛院士在1983年用刚性压力机及电子显微镜对大同煤的一些宏、微观力学特性进行了研究，提出了一个能够比较全面反映煤的静态力学性质的模型。吴绵拔研究员采用快速加载机研究了阳泉煤在加载速率为10-1~104

MPa/s范围内的力学特性，得到了煤的抗拉和抗压强度以及弹性模量都随加载速率提高而增大的重要结论。7/9/20244中国矿业大学（北京）土木工程系三、动态本构曲线测试（1）1试验简介

OriginalsamplesofanthraciteRepairedsamplesofanthracite

7/9/20245中国矿业大学（北京）土木工程系三、动态本构曲线测试（2）Photoofexperimentsystem7/9/20246中国矿业大学（北京）土木工程系三、动态本构曲线测试（3）2本构曲线分析初始上升阶段的非线性，显著的塑性变形，应变强化，破坏。应变率较低时，初始弹模变化不大；应变率较高时，弹模随应变率的增加有显著的提高。

Dynamicstress-straincurvesofanthracite7/9/20247中国矿业大学（北京）土木工程系三、动态本构曲线测试（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中国矿业大学（北京）土木工程系四、无烟煤的动态本构模型（1）专门关于煤的本构模型报道很少，我们尚未看到无烟煤的动态本构模型的研究报道。岩石动态本构模型有过应力模型，粘弹性损伤模型，损伤时效模型。前面的动态本构曲线可不可以用数学物理模型来表达呢，有没有哪种岩石的动态本构模型适合我们所研究的无烟煤呢？7/9/20249中国矿业大学（北京）土木工程系四、无烟煤的动态本构模型（2）首先考虑塑性流动：ViscoelasticmodelE0E1E2

1

27/9/202410中国矿业大学（北京）土木工程系四、无烟煤的动态本构模型（3）再考虑破裂与损伤特性：

1=

1/E1,

2=

2/E2

7/9/202411中国矿业大学（北京）土木工程系四、无烟煤的动态本构模型（4）M-32M-25M-26M-197/9/202412中国矿业大学（北京）土木工程系四、无烟煤的动态本构模型（5）以上各试样的模拟参数分别为：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