Ідентифікація параметрів матеріалів при чисельному моделюванні поведінки гірських порід у нерівнокомпонентному полі напружень
/ 0
- Деталі
- Категорія: Фізика твердого тіла, збагачення корисних копалин
- Останнє оновлення: 08 листопада 2018
- Опубліковано: 29 жовтня 2018
- Перегляди: 3460
Authors:
І. Г. Сахно, д-р техн. наук, доц., orcid.org/0000-0002-8592-0572, Державний вищий навчальний заклад „Донецький національний технічний університет“, м. Покровськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
А. В. Молодецький, канд. техн. наук, orcid.org/0000-0002-8457-9640, Інститут фізики гірничих процесів НАН України, м. Дніпро, Україна
С. В. Сахно, orcid.org/0000-0003-3917-9143, Державний вищий навчальний заклад „Донецький національний технічний університет“, м. Покровськ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Abstract:
Мета. Розробка модифікованої моделі геоматеріалів для чисельного моделювання поведінки гірських порід у нерівнокомпонентному полі напружень.
Методика. Дослідження проведено на зразках вугілля марки „К“. Вхідні параметри матеріалів для базових моделей при моделюванні методом кінцевих елементів узяті з фізичного експерименту. Експеримент проведено на установці нерівнокомпонентного тривісного стиснення. Наведені результати порівняльних досліджень поведінки гірських порід у нерівнокомпонентному полі напружень експериментальним методом і чисельним математичним моделюванням. Моделювання проведене методом кінцевих елементів у програмному комплексі Ansys. Результати випробувань на міцність зразків вугілля в умовах узагальненого стиснення прийняті в якості властивостей in-situ.
Результати. Встановлено, що використання класичних деформаційних моделей ‒ пружної моделі та Друкера–Прагера ‒ при чисельному математичному моделюванні геомеханічних процесів дає похибку при описанні поведінки геоматеріалів в об’ємному полі напружень 30–15 % відносно експерименту. При цьому моделювання з використанням пружної моделі не тільки дає суттєву кількісну похибку, але й не відображає якісно залежності модуля Юнга й модуля об’ємного стиснення від середніх напружень на всіх етапах навантаження. Для адекватного імітування моделі геоматеріалів мають ураховувати анізотропію модуля пружності, модуля зсуву й коефіцієнта поперечної деформації, а також функціональну залежність ділатансіі від пластичної деформації й коефіцієнта жорсткості.
Наукова новизна. Модифікована модель Друкера–Прагера шляхом урахування анізотропії властивостей вугілля. За залежністю „середні напруження ‒ середні деформації“ похибка розрахунку для пружної моделі становить 33 %, для базової моделі Друкера–Прагера – 15 %, а для модифікованої моделі Друкера–Прагера – 0,14 %.
Практична значимість. Використання результатів дослідження дозволяє підвищити точність прогнозу напружено-деформованого стану геомеханічних об’єктів.
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.
Архів журналу