[发明专利]一种测定及计算岩石衰减系数及非线性系数的方法

摘要

一种测定及计算岩石衰减系数及非线性系数的方法，包括：将制备好的圆柱形岩石试样放置于霍普金森杆入射杆与透射杆之间，利用应变片记录入射波信号（6）和透射波应变信号（7）；对测得的透射波信号进行频谱分析，得出透射波频谱；由动应力‑应变关系及应变波传播的波动方程，近似得出试样一阶应变及二次谐波应变表达式；计算平均入射波应变幅值和透射波应变幅值比值，结合一阶应变，求解试样衰减系数；计算平均透射波谐波应变幅值与入射应变幅值平方的比值，结合二次谐波，求解试样非线性系数。本发明通过该方法实现颗粒材料的衰减系数及非线性系数的联合测定及计算。

主权项

1.一种测定及计算岩石衰减系数及非线性系数的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)制备圆柱形岩石试样，将岩石试样放置于霍普金森杆的入射杆与透射杆之间，由高压发射腔产生的高应变波气压推动弹头作用于入射杆，高应变波经入射杆传播至岩石试件，最终传入透射杆，利用应变片记录入射波和透射波应变信号；(2)采用快速傅里叶变换对步骤(1)测得的透射波信号进行频谱分析，得出透射波频谱；(3)根据非线性弹性理论，由动应力‑应变关系及应变波传播的波动方程，采用摄动法，近似得出试样一阶应变及二次谐波应变表达式：εd1(a,t)＝Re(ε0e‑αaejka‑jωt)式中：k＝ω/C_s为冲击波波数；ω＝2πf为角频率；f为基频，可由透射波频谱分析直接得出；C_s为岩石试样中波速，由压电声速装置直接测出或由采集的入射信号和透射信号的时间差算得；α为岩石试样衰减系数；β为试样非线性系数；a为冲击在试样中的传播距离，0≤a≤L，L为试样长度，a＝0表示试样最左端，a＝L表示试件最右端；ε₀为试件最左端应变值，ε₀＝ε_inT₁，ε_in为入射波应变幅值，可由入射杆应变片直接测出；为入射杆‑试样间界面透射系数；为试样对波的阻抗比；ρ_b为入射杆或透射杆的密度；C_b为入射杆或透射杆的波速；(4)引入基频下透射应变εtr1，入射波应变幅值和透射波应变幅值比值ra，计算岩石衰减系数；通过入射杆‑试样和试样‑透射杆之间高应变波的传播关系，得出入射波应变幅值和透射波应变幅值的比值；试验时记录同一试样在不同冲击荷载下入射波应变幅值和透射波应变幅值，计算入射波应变幅值与透射波应变幅值比ra，剔除误差过大的试验结果，求得平均幅值比ra；最后由测得的ra，通过上式计算出衰减系数α；(5)引入透射波的谐波应变ε_tr2，透射波谐波应变幅值与入射应变幅值平方的比值计算岩石非线性系数；通过入射杆‑试样和试样‑透射杆之间高应变波的传播关系，结合二次谐波得出透射波谐波应变幅值与入射应变幅值平方的比值；式中，ε_tr2为透射波信号中的谐波信号，可由透射波频谱直接得到；计算同一试样不同高应变荷载下透射波谐波应变幅值与入射应变幅值平方的比值求出平均比值，最后通过上式求得非线性系数β。