[發明專利]一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法

在審

• 申請號: 202210039007.9
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114923786A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 姜諳男;蔣浩鵬
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 張海燕;杜廣虎

1.一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、定義熱損傷變量D_T，用于表征溫度對巖石受力性能的影響；

步驟2、定義巖石材料微元體強度F服從Weibull分布，構建巖石材料的概率密度函數P(F)；

步驟3、根據巖石材料的概率密度函數P(F)獲得用于表征應力狀態下發生破壞的微元體數量N_F與總體微元體數量N的比值，定義為荷載統計損傷D_M；

步驟4、根據熱損傷變量D_T獲得巖石在拉伸荷載作用下的損傷關系σ。

2.如權利要求1所述的一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其特征在于：步驟1中所述熱損傷變量D_T具體公式為：

其中，E_T為溫度T作用后巖樣的抗拉彈性模量；E₀為20℃作用后巖樣的抗拉彈性模量。

3.如權利要求2所述的一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其特征在于：所述步驟2中構建巖石材料的概率密度函數P(F)的具體公式為：

其中，F代表巖石微元體強度，m、F₀分別為Weibull分布函數的形狀參數和尺度參數。

4.如權利要求3所述的一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其特征在于：步驟3中獲得荷載統計損傷D_M具體公式為：

根據Weibull的分布函數，式(3)轉化為：

其中，ε代表應變。

5.如權利要求4所述的一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其特征在于：步驟4中獲得巖石在拉伸荷載作用下的損傷關系σ具體公式為：

σ＝E_Tε(1-D_M) (5)

將式(1)代入式(5)中，即得到：

σ＝E₀(1-D_T)ε(1-D_M)＝E₀ε(1-D) (6)

其中，D為高溫作用后巖石受拉伸荷載的耦合損傷變量，D＝D_M+D_T-D_MD_T；E₀代表20℃作用時的彈性模量。

6.如權利要求5所述的一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其特征在于：還包括根據巖石在拉伸荷載作用下的損傷關系σ獲得不同溫度和拉伸荷載作用后巖石的統計損傷本構模型獲得不同溫度和拉伸荷載作用后巖石的統計損傷本構模型的具體公式為：

將式(7)代入式(6)中，得到了不同溫度和拉伸荷載作用后巖石的統計損傷本構模型為：

7.如權利要求6所述的一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其特征在于：還包括：

步驟5、根據不同溫度和拉伸荷載作用后巖石的統計損傷本構模型獲得應力-應變曲線擬合確定模型參數F₀。

8.如權利要求7所述的一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其特征在于：步驟5中獲得應力-應變曲線擬合確定模型參數F₀的具體步驟為:

步驟5.1、對式(8)兩邊取對數，得到：

步驟5.2、將式(9)等式兩邊再次取對數，求得：

步驟5.3、對式(14)進行化簡，得到：

步驟5.4、令X＝lnε，則式(11)為：

Y＝m(X-lnF₀)＝mX-B (12)

給定B＝mlnF₀，其中Y代表擬合的縱坐標，X代表橫坐標，B代表截距；

步驟5.5、進行線性擬合獲得應力-應變曲線擬合確定模型參數F₀，獲得應力-應變曲線擬合確定模型參數F₀的具體公式為：