基于循环荷载作用下岩石疲劳本构模型研究及参数分析

来源 :贵州大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:huanyingchangmaoshou
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加速三个疲劳变形阶段,拟合相关系数均在0.994以上,高者达到了0.997,而且模型含有较少的参数,说明该模型能够充分地反映循环荷载下岩石的非线性变形特性,从而验证了模型的合理性。  (3)通过将传统宾汉姆模型中的常值黏壶元件替换成与循环次数N相关的变系数黏壶元件,将定值弹性元件替换为随周期荷载循环次数N的增大而衰减的非定值弹性元件,得到反映周期循环荷载下岩石各种应变规律的宾汉姆疲劳本构模型,并推导出了改进后模型的本构方程。通过查阅文献,用前人研究的在循环荷载作用下各类岩石的加载试验的试验数据对本构方程进行合理性拟合验证,并拟合出模型参数,拟合结果表明:所建立的本构方程式可较好描述周期循环荷载下不同岩石各类应变特征,对各类岩石的应变曲线拟合的相关系数均在0.868以上,从而验证了模型的合理性。且同一种岩石模型中弹性元件系数初始值随周期荷载的动应力幅值的增大而减小,岩石加速应变速率参数随动应力幅值的增大而增大。  (4)对本文所建立循环荷载作用下西原疲劳模型和宾汉姆疲劳模型两种模型的流变性质进行了对比分析,对比分析了它们的力学模型、模型参数、流变性质和模型的适用范围,研究得出:对力学模型进行对比分析可知,循环荷载下的宾汉姆模型属于三元件模型,循环荷载下的西原疲劳模型属于五元件模型。对模型参数进行对比分析可知,西原疲劳模型的本构方程中包含五个参数,宾汉姆疲劳模型的本构方程中包含四个参数,并对每个参数表示的意义做了说明。对于所建立的西原疲劳模型的流变性质,当σ<σs时,所建立模型不会发生无限变形,松弛时也不会使应力为零;当 σ≥σs 时,所建立西原疲劳模型的流变特性有所改变,蠕变属亚稳定型,蠕变导致无限变形,松驰不完全。对于所建立的宾汉姆疲劳模型的流变性质,当 σ<σs 时,模型只有弹簧有变形,但没有蠕变;当 σ≥σs 时,模型具有瞬时变形、等速蠕变和松弛的性质,属于不稳定蠕变。所建立西原疲劳模型适用于描述任何岩石的非线性弹—黏弹—黏塑性流变特性,宾汉姆疲劳模型能全面反映软岩的非线性弹—黏塑性特性。
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