[發(fā)明專利]深部巖體鍵基近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)臨界伸長(zhǎng)率確定方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210027440.0
• 申請(qǐng)日: 2022-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN114383958A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王軍祥;孫港;郭連軍;魏延超;李林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué);中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司
• 主分類號(hào): G01N3/307
• 分類號(hào): G01N3/307
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 王聰耀;宋鐵軍

1.一種深部巖體鍵基近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)臨界伸長(zhǎng)率確定方法，其特征在于：該方法為基于IA-BP算法對(duì)試件臨界伸長(zhǎng)率的確定方法；所述試件為中心直切槽半圓盤試件、人字形切槽巴西圓盤試件、單裂紋圓孔板試件或者中心裂紋圓盤試件；

步驟S11：利用分離式霍普金森壓桿對(duì)所述試件進(jìn)行不同沖擊荷載下、不同圍壓下、不同溫度下的動(dòng)態(tài)斷裂試驗(yàn)，得到N組訓(xùn)練樣本；

步驟S12：將步驟S11中得到的訓(xùn)練樣本劃分成訓(xùn)練集和測(cè)試集；

步驟S13：設(shè)定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、免疫參數(shù)；

步驟S14：利用免疫算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練；

步驟S15：利用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來反演動(dòng)態(tài)斷裂韌度；

步驟S16：利用步驟S15中得到的動(dòng)態(tài)斷裂韌度計(jì)算鍵基近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的臨界伸長(zhǎng)率；

步驟S17：近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論模擬裂紋擴(kuò)展，利用步驟S16中計(jì)算出的臨界伸長(zhǎng)率模擬試件在不同沖擊荷載、不同圍壓、不同溫度作用下的裂紋擴(kuò)展形式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巖體鍵基近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)臨界伸長(zhǎng)率確定方法，其特征在于：當(dāng)試件為中心直切槽半圓盤試件時(shí)，所述動(dòng)態(tài)斷裂韌度可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，K_I(t)為中心直切槽半圓盤試件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子，B為試件的厚度、S為支座點(diǎn)跨度的一半，為無量綱因子和試樣幾何構(gòu)型有關(guān)，為試件的平均荷載；

式中，E₀、A₀分別為彈性桿的彈性模量、橫截面積；小標(biāo)I、R、T分別是指入射波、反射波、透射波，ε_I(t)、ε_R(t)、ε_T(t)分別代表t時(shí)刻入射波、反射波、透射波的應(yīng)變。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巖體鍵基近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)臨界伸長(zhǎng)率確定方法，其特征在于：當(dāng)試件為人字形切槽巴西圓盤試件時(shí)：所述動(dòng)態(tài)斷裂韌度可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，為人字形切槽巴西圓盤試件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子，P_max為試件加載最大力，為試件運(yùn)動(dòng)裂紋擴(kuò)展過程中無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子Y^*的最小值，通過數(shù)值模擬方法可以獲得，B為試件厚度，R為試件半徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巖體鍵基近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)臨界伸長(zhǎng)率確定方法，其特征在于：當(dāng)試件為單裂紋圓孔板試件時(shí)：所述動(dòng)態(tài)斷裂韌度采用試驗(yàn)—數(shù)值—解析法計(jì)算，包括以下步驟：

步驟S31.1：利用霍普金森壓桿對(duì)單裂紋圓孔板試件進(jìn)行動(dòng)態(tài)斷裂試驗(yàn)，確定試樣入射桿端的動(dòng)態(tài)荷載，所述動(dòng)態(tài)荷載按下式進(jìn)行計(jì)算：

P_i(t)＝E_bA_b[ε_i(t)+ε_r(t)]

式中，下標(biāo)i，r分別代表入射波、反射波，ε_i(t)、ε_r(t)分別代表t時(shí)刻入射波、反射波的應(yīng)變，E代表?xiàng)U的彈性模量，A代表?xiàng)U的橫截面面積；

步驟S31.2：將步驟S31.1獲得的入射桿端的動(dòng)態(tài)荷載施加到有限元模型上，計(jì)算SCDC試樣靜止裂紋的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子所述SCDC試樣靜止裂紋的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，E、μ分別試樣的彈性模量和泊松比，u_B、u_A分別為點(diǎn)A和點(diǎn)B的位移，r_OB為點(diǎn)O和點(diǎn)B之間的距離；

步驟S31.3：采用普適函數(shù)法計(jì)算動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子，所述普適函數(shù)法計(jì)算動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，為以速度v擴(kuò)展的裂紋在t時(shí)刻的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子，v為t時(shí)刻裂紋擴(kuò)展的速度，c_R為瑞利波波速，c_d為P波波速；

步驟S31.4：利用GPU裂紋擴(kuò)展計(jì)測(cè)得裂紋起裂時(shí)刻及起裂時(shí)刻對(duì)應(yīng)的裂紋擴(kuò)展速度；

步驟S31.5：將步驟S31.4測(cè)得的起裂時(shí)刻及裂紋擴(kuò)展速度帶入步驟S31.3中的公式進(jìn)行計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)斷裂韌度。