Идентификация параметров материалов при численном моделировании поведения горных пород в неравнокомпонентном поле напряжений

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

И. Г. Сахно, д-р техн. наук, доц.,, , orcid.org/0000-0002-8592-0572, Государственное высшее учебное заведение „Донецкий национальный технический университет“, г. Покровск, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А. В. Молодецкий, канд. техн. наук, orcid.org/0000-0002-8457-9640, Институт физики горных процессов НАН Украины, г. Днепр, Украина

С. В. Сахно, orcid.org/0000-0003-3917-9143, Государственное высшее учебное заведение „Донецкий национальный технический университет“, г. Покровск, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Abstract:

Цель. Разработка модифицированной модели геоматериалов для численного моделирования поведения горных пород в неравнокомпонентном поле напряжений.

Методика. Исследование проведено на образцах угля марки „К“. Входные параметры материалов для базовых моделей при моделировании методом конечных элементов взяты из физического эксперимента на угольных образцах. Эксперимент проведен на установке неравнокомпонентного трехосного сжатия. Приведены результаты сравнительных исследований поведения горных пород в неравнокомпонентном поле напряжений экспериментальным методом и численным математическим моделированием. Моделирование проведено методом конечных элементов в программном комплексе Ansys. Результаты испытаний на прочность образцов угля в условиях обобщенного сжатия принято в качестве свойств in-situ.

Результаты. Установлено, что использование классических деформационных моделей ‒ упругой модели и модели Друкера–Прагера ‒ при численном математическом моделировании геомеханических процессов дает погрешность при описании поведения геоматериалов в объемном поле напряжений 30–15 % относительно эксперимента. При этом моделирование с использованием упругой модели не только дает существенную количественную ошибку, но и не отражает качественно зависимости модуля Юнга и модуля объемного сжатия от средних напряжений на всех этапах нагрузки. Для адекватного имитирования модели геоматериалов должны учитывать анизотропию модуля упругости, модуля сдвига и коэффициента поперечной деформации, а также функциональную зависимость дилатансии от пластической деформации и коэффициента жесткости.

Научная новизна. Модифицирована модель Друкера–Прагера путем учета анизотропии свойств угля. По зависимости „средние напряжения ‒ средние деформации“ погрешность расчета для упругой модели составляет 33 %, для базовой модели Друкера–Прагера – 15 %, а для модифицированной модели Друкера–Прагера – 0,14 %.

Практическая значимость. Использование результатов исследования позволяет повысить точность прогноза напряженно-деформированного состояния геомеханических объектов.

References.

1. Yasitli, N. E. and Unver, B., 2005. 3D Numerical Modeling of Longwall Mining with Top-Coal Caving. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 42(2), pp. 219–235. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2004.08.007.

2. Cheng, Y. M., Wang, J. A., Xie, G. X. and Wei, W. B., 2010. Three-Dimentional Analysis of Coal Barrier Pillars in Tailgate Area Adjacent to the Filly MechAnized Top Coal Caving Mining Face. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 47, pp. 1372–1383. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2010.08.008.

3. Yavuz, H., 2004. An Estimation Method for Cover Pressure Re-establishment Distance and Pressure Distribution in the Goaf of Longwall Coal Mines. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41, pp. 193–205. DOI: 10.1016/S1365-1609(03)00082-0.

4. Ju, M., Li, X., Yao, Q., Li, D., Chong, Z. and Zhou, J., 2015. Numerical investigation into effect of rear barrier pillar on stress distribution around a longwall face. Journal of Central South University, 22(11), pp. 4372–4384. DOI: 10.1007/s11771-015-2986-8.

5. Sakhno, I. G., 2012. Numeral design of geomechanical processes taking into account their non-linearity, Ground control in mining, 20–21, pp. 57–67. Available at: <http://ea.donntu.edu.ua/bitstream/123456789/26465/1/%d0%a1%d0%b0%d1%85%d0%bd%d0%be.pdf> [Accessed 05 November 2017].

6. Murakami, A., Arimoto, S., Setsuyasu, T. and Nishiyama, T., 2005. Mesh-Free Method for Predicting the Behavior of Saturated Soil. In: Geomechanics. Testing, Modelling, and Simulation. pp. 664–672. DOI: 10.1061/40797(172)39.

7. Ceccato, Fr. and Simonini, P., 2016. Granular Flow Impact Forces on Protection Structures: MPM Numerical Simulations with Different Constitutive. Models Procedia Engineering, 158, pp. 164–169. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.423.

8. Robert, D. J., Soga, K. and Britto, A.M., 2015. Soil Constitutive Models to Simulate Pipeline-soil Interaction Behaviour. In:International Conference on Geotechnical Engineering ICGE Colombo. pp. 347–350.

9. Zhu, W. C. and Tang, C. A., 2004. Micromechanical model for simulating the fracture process of rock. Rock Mechanics and Rock Engineering, 37(1), 25–56.

10. Jaime, M. C., Zhou, Y., Lin, J.-S. and Gamwo, I. K., 2015. Finite element modeling of rock cutting and its fragmentation process. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 80, pp. 137–146.

11. Öztekin, E., Pul, S. and Hüsem, M., 2016. Experimental determination of Drucker-Prager yield criterion parameters for normal and high strength concretes under triaxial compression. Construction Building Materials, 112, pp. 725–732.

12. Jiang, J-F. and Wu, Yu-F., 2012. Identification of material parameters for Drucker–Prager plasticity model for FRP confined circular concrete columns. International Journal of Solids and Structures, 49(3–4), pp. 445–456. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2011.10.002.

13. Karabinis, A. I. and Rousakis, T. C., 2002. Concrete confined by FRP material: a plasticity approach. Engineering Structures,24, pp. 923–932. DOI: 10.1016/S0141-0296(02)00011-1.

14. Molodetskyi, A. V. and Codeberg, D. S., 2011. Mechanical characteristics of coal at different types of stress state, Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, 4(69), pp. 107–110. Available at: <http://www.kdu.edu.ua/statti/2011-4-1(69)/107.pdf> [Accessed 24 October 2017].

15. Sergienko, L. V., Gladkaya, E. V. and Molodet­skyi, A. V., 2015. Analysis of coal breaking mechanism under the conditions modelling stress-and-strain state of an accompanying-bed while in of mining work, Geotechnical Mechanics, 124, рр. 106–114.

 повний текст / full article



Посетители

3312088
Сегодня
За месяц
Всего
168
8312
3312088

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

40005, г. Днепр, пр. Д. Яворницкого, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Вы здесь: Главная Архив журнала по выпускам 2018 Содержание №5 2018 Физика твердого тела, обогащение полезных ископаемых Идентификация параметров материалов при численном моделировании поведения горных пород в неравнокомпонентном поле напряжений