基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法，包括以下步骤：建立弹簧模型、进行单弹簧受力分析、变形特性分析、弹簧模型校准、应力应变计算、绘制应力应变曲线。本发明专利技术的有益效果是：从弹簧本身的物理力学性质出发，设置弹簧模型由两个弹簧块串联而成，弹簧块由多个不同强度的弹簧并联组成；模型采用圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧，通过对单个弹簧的受力分析，可以得到圆柱螺旋压缩弹簧失效的临界状态，为弹簧模型的变形过程提供理论支持；设置弹簧失效时不从模型中移除，而是进入塑性状态，即将失效后的弹簧视作塑性体，以模拟岩石破坏后的塑性变形阶段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩石力学测定方法领域，尤其涉及一种基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法。

技术介绍

1、岩石作为天然地质材料，是地壳的重要组成部分，内部充满了众多不同尺寸且分布无序的空隙，在负载影响下，其力学行为表现得非常复杂。岩石力学性能通常以应力应变曲线表征。在诸多工程当中如：隧洞开挖、开采矿山、开发油田等领域，岩石的应力应变特性直接影响到工程的稳定性和安全性。岩石的应力应变行为是分析岩石破坏变形行为的重要依据。传统的岩石力学模型往往基于连续介质力学理论，但这些模型在处理岩石的非连续性、各向异性等特性时存在一定的局限性。

2、由于弹簧模型本身的缺陷，弹簧块整体强度随失效后弹簧从整体中移除而逐渐降低，弹簧失效的速度越来越快，无法实现三轴压缩应力应变曲线中随围压增加而出现的延性平台。并且传统的岩石应力应变分析多依赖于实验数据和经验公式，这些方法虽然在一定程度上有效，但往往无法准确预测复杂应力条件下的岩石行为。

3、因此，建立一种能够较准确地模拟岩石应力应变曲线方法并预测复杂应力条件下的岩石行为，已成为岩石力学特性研究的长期热点，其对本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法，其特征在于，单弹簧的直径为D，弹簧丝的直径为d，螺旋角为α，当弹簧受到力F作用时，F分解为垂直于弹簧丝横截面的法向力Fn＝F sinα和沿弹簧丝切向的剪力Fv＝F cosα；作用在弹簧丝横截面上的力矩分解为绕弹簧轴的力矩T＝F cosαD/2和使弹簧丝弯曲的弯矩M＝F sinαD/2；由于螺旋角α≈0，sinα≈0，cosα≈1，弹簧剖面应力取为：

3.根据权利要求1所述的基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法，其特征在于，将...

【技术特征摘要】

1.一种基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法，其特征在于，单弹簧的直径为d，弹簧丝的直径为d，螺旋角为α，当弹簧受到力f作用时，f分解为垂直于弹簧丝横截面的法向力fn＝f sinα和沿弹簧丝切向的剪力fv＝f cosα；作用在弹簧丝横截面上的力矩分解为绕弹簧轴的力矩t＝f cosαd/2和使弹簧丝弯曲的弯矩m＝f sinαd/2；由于螺旋角α≈0，sinα≈0，cosα≈1，弹簧剖面应力取为：

3.根据权利要求1所述的基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法，其特征在于，将弹簧模型中失效后的单弹簧视作塑性体，以模拟岩石破坏后的塑性变形阶段，具有不同弹性极限应变的弹簧依次失效，以模拟岩石渐进的破坏过程，通过监测弹簧块的合力和位移得到模型的应力应变关系。

4.根据权利要求1所述的基于弹簧组合模拟岩石应力应变曲线的方法，其特征在于，考虑围压p对弹簧的最大变形umax和径高比γ的影响，将弹簧的最大变形量umax、残余强度因子f和径高比γ视为围压p的线性函数，弹簧残余强度因子f＝0.01p+0.01，弹簧最大变形受围压p影响后的值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广，冉旭，杨帆，张雪冰，彭俊，陈华玉，郭峰，王元臣，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：