煤炭科学技术

作者：孙卓越, 吴拥政, 李军臣, 付玉凯, 周鹏赫,

关键词：SHPB, 动态增强因子, 应变率, 长径比, 本构模型,

长径比对岩石试样在冲击载荷下的力学特性和能量演化规律具有重要影响，目前针对同时考虑长径比和应变率因素耦合的岩石损伤本构模型尚需完善。采用分离式霍普金森压杆（SHPB）系统，开展了4组长径比（0.4、0.6、0.8、1.0）和5级冲击气压水平（0.2～0.6 MPa）的动态压缩试验。分析了强度、变形、能量等参数与长径比的关系，推导了反射能、透射能、破碎耗能与入射能理论斜率，并基于韦伯分布和D-P准则建立了考虑长径比和应变率因素耦合的损伤本构模型。结果表明：① 冲击载荷下砂质泥岩试样动态应力–应变曲线可分为压密阶段、类弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段；在试验涉及的冲击气压范围内，动态增强因子与长径比呈正相关，软化系数与长径比呈负相关。② 随长径比增加，试样破碎耗能密度呈降低趋势；随试样长径比由0.4增至1.0，反射能占比由19%增至31%，透射能占比由37%减至21%，破碎耗能占比在43%～48%；对试验数据进行拟合，发现反射能、透射能、破碎耗能与入射能均呈一次正相关关系；基于应力波从入射杆传至试样的界面反射系数\lambda ，理论推导得到反射能、透射能、破碎耗能与入射能理论斜率分别为\lambda^10 、\left(1-\lambda^6\right)^2 、1-\lambda^10-\left(1-\lambda^6\right)^2。③ 基于试验获取的动态强度与应变率和长径比的函数关系，对采用韦伯分布和D-P准则推导的初始本构模型进行修正，得到的损伤本构模型与试验曲线一致性良好，可用于表征砂质泥岩动态力学特性。

来源：2025年第12期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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