[发明专利]一种纤维增强超细尾砂胶结材料的损伤分析方法

权利要求书

1.一种纤维增强超细尾砂胶结材料的损伤分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、制作不同纤维增强超细尾砂胶结材料试件；

步骤二、对每个试件分别进行单轴压缩条件下的声发射试验；

步骤三、从声发射能量、振铃计数、声发射振幅分形维数三个方面分析试件在荷载作用下的损伤演化；

步骤四、以时间为中间量，建立声发射累计振铃计数与应变的耦合关系进行计算分析，所述计算分析过程如下：

采用加载系统应变控制和声发射同步监测，加载过程中应变和时间的关系为：

ε＝kt+ε₀

(1)

式中:ε为超细尾砂胶结材料应变，无量纲；k为系数，通过拟合时间与应变的关系得出；t为加载过程中的时间，单位为s；ε₀为纤维增强超细尾砂胶结材料初始应变，可根据试验数据线性拟合得出；

结合声发射累计振铃计数N和时间t的关系，用S型增长型函数进行表示，即：

式中A1、A2、B1和B2均为常数，在拟合时间与声发射累计振铃计数关系直接得出；

用(2)式对试验结果进行拟合，联立式(1)和式(2)，可得纤维增强超细尾砂胶结材料声发射累计振铃计数与应变的耦合关系：

纤维增强超细尾砂胶结材料损伤本构模型表示为：

σ＝Eε(1-D) (4)

式中：σ为有效应力，单位为MPa；E为材料变形模量,单位为MPa；ε为应变；D为损伤变量；

纤维增强超细尾砂胶结材料微元强度服从Weibull随机分布，其概率密度表达式为：

式中：m、F₀为Weibull随机分布参数，其中m为形状参数，F₀为比例参数；F为纤维增强超细尾砂胶结材料微元强度分布变量；

定义在位移控制加载情况下，超细尾砂胶结材料细观单元损伤变量D为已破坏细观单元个数N_b与总细观单元个数之比N：

在区间[0,F]中，纤维增强超细尾砂胶结材料破坏失效的细观单元个数为任一区间，

将式(7)代入式(6)得纤维增强超细尾砂胶结材料在系统应变控制加载情况下的损伤变量：

由式(8)，引入的细观单元强度不能直接表征纤维增强超细尾砂胶结材料的损伤变量，假设纤维增强超细尾砂胶结材料细观单元满足最大拉应变屈服破坏准则，即

F＝f(ε)＝ε_f (9)

式中ε_f为纤维增强超细尾砂胶结材料细观单元的峰值应变；

将式(9)代入式(8)并联立式(4)，推出纤维增强超细尾砂胶结材料应力-应变曲线的本构模型如下：

令联立方程组解出m和F₀：

式中：σ_f为峰值应力，单位为MPa；ε_f为纤维增强超细尾砂胶结材料细观单元的峰值应变，α为有效损伤率；

联立式(2)和式(10)可得单轴压缩条件下纤维增强超细尾砂胶结材料声发射累计振铃计数N与应力σ、损伤变量D之间的耦合关系为：

通过声发射累计振铃计数算出纤维增强超细尾砂胶结材料的应力和损伤变量，当损伤变量接近于1时，纤维增强超细尾砂胶结材料趋于完全破坏状态。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强超细尾砂胶结材料的损伤分析方法，其特征在于，步骤一中所述的纤维增强超细尾砂胶结材料试件是采用质量浓度为65％、尾砂和水泥的灰砂比为1:6的胶结物料，再分别掺入玻璃纤维、聚丙烯腈纤维和玻璃、聚丙烯腈混合纤维的三个纤维增强超细尾砂胶结材料。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增强超细尾砂胶结材料的损伤分析方法，其特征在于，步骤二中所述声发射试验采用的加载应变试验，加载速率为0.5mm/min，试件破坏时停止加载，声发射的采样门槛值和前置放大器增益值均为40dB，传感器频率为20～100kHz。