【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩爆智能分析技术，具体涉及一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法及系统。
技术介绍
1、在深埋硬质岩体开挖施工过程中，由于隧洞的开挖导致围岩切向应力增加的同时轴向应力大幅减小，导致附近存在的某些原生断层的剪切强度降低。当断层滑动面上的剪切力大于其剪切强度时，断层就会突然产生滑动从而引发地震波。从而诱发形成矿震型岩爆。若不加以防治将会严重危害施工人员、设备的生命财产安全。目前针对岩爆防治的支护材料主要是采用普通静力学材料(钢材、纤维材料等)，同时动力强化材料由于在高应变率、动力条件下优异的力学性能，也逐步被岩爆防治领域的工程技术人员所重视。考虑到空间大尺度岩爆模拟在做实际模型实验比较困难也比较危险，目前多采用数值仿真的方式研究不同支护形式的岩爆防治效果。然而传统的数值仿真软件未考虑锚杆材料的动力强化特性，以静态强度应对动态问题，在进行采用动力强化材料的支护形式的研究时，无法有效体现材料的实际工作情况，模拟结果与实际情况差异较大。
技术实现思路
1、为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法及系统。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，包括：
3、对与锚杆材料相同的多个第一目标试件分别进行不同动力条件下的室温动态拉伸试验获取对应不同动力条件的应力应变曲线；每种所述动力条件对应一个应变速率；
4、通过j-c本构模型框架对所有所述应力应变曲线进行拟合形成动力强化
5、对与锚杆材料相同的多个第二目标试件进行准静态和动态拉伸试验，获取试件失效数据，并根据所述试件失效数据拟合生成失效模型；所述失效模型为失效应变和应变速率的对应关系；
6、构建包含锚杆的仿真模型，将所述动力强化本构模型植入所述仿真模型中表征锚杆的cable单元，并根据所述失效模型为仿真模型中表征锚杆的cable单元构建失效破坏准则；
7、对所述仿真模型进行动力学加载计算分析锚杆的失效情况。
8、本申请实施例实施时，锚杆所使用的材料一般为动力强化材料，所以不同的动力学条件下材料表现出的力学性能有差异，其主要表征在不同的动力条件下应力应变关系会发生变化，其是由于在不同的应变速率下材料本身会出现不同的应变硬化效应和动力强化效应。所以在本申请实施例中，需要进行不同动力条件下的室温动态拉伸试验，以获取进行本构模型构建的数据。示例的，利用分离式霍普金森拉杆试验装置进行室温动态拉伸试验以获取不同动力条件下的应力应变曲线。
9、在本申请实施例中，为了保证构建的动力强化本构模型的准确性，需要基于j-c本构模型框架进行拟合生成动力强化本构模型。在动力强化本构模型中，可以将实际应力理解为因变量，而将实际应变和应变速率理解为自变量，从而实现数据的输入和输出。考虑到具有动力强化特性材料的极限强度是随着应变率的变化而变化的，采用传统的静态破坏准则，比如最大应变准则、最大应力准则、摩尔库伦准则等，无法有效描述该材料的动态破坏情况，为此引入了累计损伤准则，在本申请实施例中通过准静态和动态拉伸试验获取相应数据并拟合形成失效模型；失效模型中，可以将失效应力表征为因变量，将应变速率表征为自变量，从而实现数据的输入和输出。
10、在本申请实施例中，可以通过动力强化本构模型和失效模型植入仿真模型形成cable单元的失效破坏准则。目前在各类数值仿真软件中针对于锚杆(索)单元的模拟主要采用结构单元中的cable单元。cable单元属于一维线型结构单元，由两个节点和中间具有相同横截面和材料参数的直线段组成。目前cable单元针对静力条件下锚杆受力破坏模拟已经比较成熟，但是对于动力强化材料模拟分析还处于研究阶段。
11、具体的，基于c++语言进行程序编译，并将本构模型和动力失效模型嵌入到数值模拟软件中进行二次开发，以研究动力强化特性材料在实际工程条件下的工作情况，其中包括
12、利用modelcable::modelcable()函数进行变量构造，并进行整体变量和过程变量的初始化；
13、利用stringmodelcable::getproperties()函数将定义的变量与数值模拟软件中的参数关键字进行交互；
14、利用variant modelcable:::getproperty(uint index)函数返回包含模型属性的字符串并进行赋值；
15、利用getstrainincrement()函数获取单元应变增量矩阵，由具体形式如下：
16、
17、注：ε11,ε22,ε33分别为x,y,z轴应变增量，ε12＝ε21,ε13＝ε31,ε23＝ε32分别为xy,xz,yz方向切应变，由于cable单元属于一维单元，,ε22,ε33以及剪切应变均为零；
18、利用getstrainrate()函数获取单元应变率；
19、将动力强化本构模型植入到程序中，根据应变增量、静态应变率和实际应变率计算得出应力增量，并返回到数值计算软件中；
20、根据实际应变率和应力三轴度计算得出失效应变，结合计算出的实际应变计算损伤参数d，d<1时返回程序继续计算，d>1时通过将单元截面积返回值为零，实现锚杆断裂失效情况；
21、将程序进行封装测试并嵌入到数值模拟软件中。
22、在一种可能的实现方式中，所述动力强化本构模型根据下式构建：
23、
24、式中，σ为实际应力，ε为实际应变，ε′为应变速率，ε′0为参考应变速率，取0.001s-1。
25、在一种可能的实现方式中，所述失效模型根据下式构建：
26、εf＝[0.806-2.308×10-5exp(6.344)](1-0.017lnε′)
27、式中，εf为失效应变，ε′为应变速率。
28、在一种可能的实现方式中，根据所述失效模型为仿真模型中表征锚杆的cable单元构建失效破坏准则包括：
29、根据下式构建失效破坏准则：
30、
31、式中，εt为所述仿真模型中计算出的等效塑形应变增量，当损伤参数d<1时，cable单元的实际应变小于失效应变，cable单元正常工作；d＝1时，即认为cable单元对应的材料失效。
32、在一种可能的实现方式中，对所述仿真模型进行动力学加载计算分析锚杆的失效情况包括：
33、对所述仿真模型输入地震波进行动力学模拟计算；
34、根据计算中锚杆对应的cable单元的失效情况进行锚杆失效分析。
35、第二方面，本申请实施例还提供了一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析系统，包括：
36、试验单元，被配置为对与锚杆材料相同的多个第一目标试件分别进行不同动力条件下的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，所述动力强化本构模型根据下式构建：
3.根据权利要求1所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，所述失效模型根据下式构建：
4.根据权利要求3所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，根据所述失效模型为仿真模型中表征锚杆的Cable单元构建失效破坏准则包括：
5.根据权利要求1所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，对所述仿真模型进行动力学加载计算分析锚杆的失效情况包括：
6.一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析系统，其特征在于，所述本构单元还被配置为，根据下式构建所述动力强化本构模型：
8.根据权利要求6所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析系统，其特征在于，所述失效单元还被配置为根据下式构建所述失效模型：
9.根据权利要求8所述
10.根据权利要求6所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，所述计算单元还被配置为：
...【技术特征摘要】
1.一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，所述动力强化本构模型根据下式构建：
3.根据权利要求1所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，所述失效模型根据下式构建：
4.根据权利要求3所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，根据所述失效模型为仿真模型中表征锚杆的cable单元构建失效破坏准则包括：
5.根据权利要求1所述的一种矿震型岩爆条件下锚杆失效分析方法，其特征在于，对所述仿真模型进行动力学加载计算分析锚杆的失效情况包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：汪波，刘建华，蒋付林，李滔，欧志强，马永飞，蔡金洋，王兴煜，高筠涵，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。