动静组合加载下聚合物包裹煤样力学特性与能量耗散特征研究

摘要

为研究聚合物包裹支护作用对煤抗冲击荷载性能的影响，揭示其在动静组合加载下的力学特性与能量耗散规律.采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统，对制备的0 mm(未包裹)、1 mm和2 mm这3种不同聚合物包裹厚度的煤样，施加液压为0.25 MPa的恒定轴压，并进行5次低能循环冲击(0.2 MPa气压)和1次高能冲击(0.3 MPa气压)的动静组合加载试验.试验结果表明：力学特性方面，聚合物包裹显著提升了煤样的动态峰值应力和峰值应变，增强了其动态强度和变形能力.相较于未包裹煤样，2 mm包裹厚度煤样在高能冲击下的峰值应变和峰值应力分别提高了约54.65%和44.69%.同时，包裹层使煤样在循环冲击下的应力-应变曲线的形态差异变小，力学响应更稳定.能量特征方面，包裹层改善了能量耦合特性，降低了反射能占比；同时有效提高了耗散能占比，且在循环冲击下能量耗散更稳定.2 mm包裹煤样在高能冲击下的耗散能降幅仅为11.51%,远低于未包裹煤样的24.31%,表现出更强的抗冲击性能.破坏特征方面，聚合物包裹有效抑制了煤样的破碎程度.随着厚度增加，试样完整性显著提高，离体煤屑质量比从0.54(未包裹煤样)减少至0.01(2 mm包裹煤样).聚合物包裹有效提高了煤体的整体承载能力和抗冲击性能，显著增强了其能量耗散能力，并将剧烈的冲击破坏转变为更平缓的能量释放过程，对防治冲击地压具有积极意义.

关键词

SHPB / 动静组合加载 / 薄喷支护 / 力学性能 / 能量耗散

基金资助

国家自然科学基金项目(52225402)