无烟煤的本构特性与本构模型

1、2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系1单 仁 亮中国矿业大学（北京）2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系2l经济意义经济意义无烟煤的块煤比末煤价格高。l社会意义社会意义块煤多了，末煤就少了，降低了煤尘。l科学意义科学意义人们对无烟煤的动态力学性质的认识还很肤浅。2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系3lSandia实验室在实验室在20世纪世纪70年代对煤的动力特性年代对煤的动力特性进行过研究。进行过研究。l1984年加拿大年加拿大Klepaczko等对煤的动静态力学等对煤的动静态力学特性进行了详细报导。应变率覆盖了特性进行了详细报导。应变率覆盖了02000s-

2、1范围，得出：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。 2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系4l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。l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10-1104 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。 2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系51 试验简介试验简介 Original samples

3、of anthracite Repaired samples of anthracite 2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系6Photo of experiment systemPhoto of experiment system2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系72 本构曲线分析本构曲线分析 初始上升阶段的非线性，初始上升阶段的非线性，应应变强化变强化，破坏破坏。 应变率较低时，初始应变率较低时，初始弹弹模模变化不大；应变率较变化不大；应变率较高时，弹模随应变率的高时，弹模随应变率的增加有显著的提高。增加有显著的提高。 Dynamic stress-strain

4、curves of anthracite2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系8Table 1 Change of yield strengths and ultimate strengths with impact velocity for anthraciteVp /(ms-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 2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系9专门关于煤的本构模型报道很少，我们尚未看到无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。烟煤

5、的动态本构模型的研究报道。岩石动态本构模型有岩石动态本构模型有过应力模型过应力模型，粘弹性损伤模型粘弹性损伤模型， 损伤时效模型损伤时效模型。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？研究的无烟煤呢？2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系10l首先考虑塑性流动：首先考虑塑性流动：Viscoelastic modelE0E1E212120120012exp()exp()ttrhmmttEEdEd2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工

6、程系11l再考虑破裂与损伤特性：再考虑破裂与损伤特性：0120012(1)(1)exp()exp() ttrttDD EEdEd 000( )( )( )iiiEEeDEE 1= 1/E1, 2= 2/E2 2022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系12M-32 M-25M-26M-192022-5-31中国矿业大学（北京）土木工程系13l以上各试样的模拟参数分别为：以上各试样的模拟参数分别为：lE0 =14.0GPa, E1 =1.7Gpa, E2 = 56.2GPa, 1 = 0.31s-1, 2 = 8.67 s-1. lE0 =15.0Gpa, E1 =1.7Gpa, E2 =20.5Gpa, 1= 0.31 s-1, 2 = 8.67 s-1 .lE0 =15.3Gpa, E1 =1.7Gpa, E2 = 47.9Gpa, 1= 0.31 s-1, 2 = 8.67 s-1 .l