[发明专利]3D打印光弹性材料及模拟加载后褶曲应力分布的方法

说明书

本发明公开一种3D打印光弹性材料及模拟加载后褶曲应力分布的方法，用于研究褶皱褶曲部位的应力分布。其中，3D打印光弹性材料包括以胶接的方式依次紧固连接的，分别与岩石样或燃煤样本匹配的第一、二、三试件层；匹配标准：将试件层的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和密度，与岩石或煤样本作比，以获得基础参数及均值，将每个基础参数分别与均值作差，保留差值最小的三个作为甄选数值，若3个甄选数值彼此间的差值不超过20％，即能判定当前光敏树脂与岩石或燃煤数据最为接近。上述技术以两种光弹性材料为原料，模拟褶皱部分上下部分岩层与中间煤层。以光弹性测量方法测褶曲处的应力场，为褶曲处煤与瓦斯突出事故的预防起到积极地作用。

技术领域

本发明涉及一种3D光弹性实验试件的制备方式，尤其是涉及一种3D打印光弹性材料及模拟加载后褶曲应力分布的方法。

背景技术

自大卫·布儒斯特于十八世纪发现了透明介质在应力作用下具有暂时双折射现象以来，经过了这200年的发展，光测弹性力学现已相当完善，成为了一种非常有效的力学分析手段。该方法是一种全场应力测量法，具有直观性强、可靠性高等特点，对分析复杂构件应力场尤为有利，在建筑、机械等领域得到广泛应用。

褶皱是地壳中的一种十分常见的地质构造，其形成原因主要是因为地球地壳运动所引起的地应力使岩石发生永久性弯曲变形，其基本单位为褶曲，即褶皱变形岩层中的一个弯曲。现已有很多文献都表明褶皱处的复杂应力场可能会导致煤与瓦斯突出现象，从而导致煤矿突出事故。如果能通过光弹性材料制作出与褶曲相类似的结构，进而进行光弹性实验，利用如上所述的光弹性实验在测量应力上的种种优点测量出褶曲结构处的应力场分布情况，这对煤矿企业预防褶曲处的煤与瓦斯突出事故无疑起到了重要作用。

3D打印技术是以数字模型文件为基础,利用激光快速固化技术, 采用粉末状(或液态)光敏树脂、陶瓷等材料,以逐层喷涂，堆叠累积的方式来构造三维固体的技术，现已在非常多的行业中得以应用，并具有许多传统制造方法不可与之比拟的优点。对于光弹性试件的制作来说，由于传统的制作方法会使制作出来的试件中往往会含有残余应力，从而使对试件内的应力场分析不准确，而3D打印技术由于其与传统制作方法的不同，就可以极大地避免了试件中含有残余应力的问题，减小了实验的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印光弹性材料及模拟加载后褶曲应力分布的方法，用于研究褶皱褶曲部位的应力分布。

为了实现上述目的，一方面本发明提供一种3D打印光弹性材料，包括以胶连接的方式依次紧固连接的：第一试件层、第二试件层和第三试件层；

所述第一试件层、第二试件层及第三试件层的结构性能分别与岩石样本或煤样本相匹配；其中，所述匹配的判断标准为：将所述第一试件层、第二试件层及第三试件层的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和密度，与所述岩石样本或煤样本的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和密度作比，分别获得如下基础参数：

计算单轴抗压强度相近度、抗拉强度相近度、弹性模量相近度、泊松比相近度、密度相近度的平均值，将单轴抗压强度相近度、抗拉强度相近度、弹性模量相近度、泊松比相近度、密度相近度分别与所述均值作差，保留与所述均值差值最小的3个相近度数值作为甄选数值，若3个所述甄选数值彼此间的差值不超过20％，即能判定当前光弹性材料与所述岩石样本数据或煤样本数据最为接近，进而所述第一试件层、第二试件层及第三试件层的结构性能分别与岩石样本或煤样本相匹配。

为了实现上述目的，另一方面本发明还提供一种模拟加载后褶曲应力分布的方法，所述方法包括如下操作步骤：