一文说尽冲击动力学——动态扰动的岩石破碎

20天前浏览481

点击上方蓝字了解更多计算与STEM领域研究前沿

在爆破开挖地下洞室和工程基础、防护工程设计、地球物理勘探及地震研究等多方面，都涉及应力波在岩石中的传播及其诱致动态破裂的基本规律。因此，岩石中的应力波传播及其诱致的岩石破裂过程一直是岩石动力学的重要研究课题。本次将简要介绍几种由应力波诱致的常见破裂形式。

动载荷（应力波）作用下岩石的力学特性

岩石中应力波传播速度取决于岩石的弹性模量、密度、孔隙率，它是岩石结构完整性的综合反应。利用试验测得的岩石（岩体）内的纵波与横波波速，可以计算出岩石或岩体的动态弹性模量和动态泊松比等参数。弹性波在岩体中传播的特性，还可以反映岩体裂隙程度、固结性质及变质程度，这些是岩体完整性的标志。测定弹性纵波速度是评价岩体质量及岩体可爆性的可靠方法之一。因此，不少国家将岩石的纵波速度，作为岩体质量分级的判据。近十几年来在围岩稳定性的动态分级中，普遍将声波指标作为分级的重要依据。

在动载荷和静载荷下，岩石的力学性质随着变形速率（应变率）而发生变化，这主要表现在岩石弹性模量、强度等参数的变化，这在岩石动力学中称为岩石强度的应变率依赖性。岩石的动态弹性模量和动态强度都比静态时的值要高。岩石的静态弹性模量和泊松比可以由静载荷试验方法获得。岩石的动态弹性模量可以根据弹性波速与弹性模量及泊松比之间的关系通过测量弹性波速来获得，也可以通过用SHPB等设备测试岩石在动载荷作用下的应力-应变关系而直接得到。

来源：STEM与计算机方法

能量吸收能力和惯性敏感能量吸收结构

点击上方蓝字了解更多计算与STEM领域研究前沿耐撞性和冲击防护的意义十分明确，但目前为止尚且缺乏足够深度的科学研究。另一方面，工程塑性力学是高度发展的学科，可以广泛地用来分析和预测韧性材料制成的能量吸收结构的塑性变形行为。但是，我们也看到，分析能量吸收结构的目的和研究方法都与传统承载结构非常不同。能量吸收结构的常用研究方法材料行为的理想化理想刚塑性模型（RPP,rigid,perfectly plastic)是动力分析中经常采用的基本假设。当用于能量吸收的目的时，材料、构件和装置通常都要经历塑性大变形，其塑性应变要比弹性变形大很多。因此，理想刚塑性模型仍然是最常用的材料模型。极限分析和界限定理根据经典塑性理论，如果在载荷作用下，材料的应变强化和结构的几何改变可以忽略，则对于理想刚塑性材料，存在关于极限载荷的界限定理。大变形效应来源：STEM与计算机方法