动载下磁铁矿石的动力学特性及破坏模式分析

摘要

针对磁铁矿石在采选和破碎过程中耗能巨大的问题，借助分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置，对磁铁矿石进行不同应变率条件下的冲击压缩试验，分析磁铁矿石的动态力学特性及其破坏过程中的能量耗散特征，并借助ANSYS/LS-DYNA软件模拟试样完整动态破坏过程。研究结果表明：磁铁矿石试样的动态抗压强度具有显著的应变率相关性，应变率从43.94～147.75 s^-1,其动态抗压强度从126.77 MPa提高到220.62 MPa。能量传递规律分析表明，随着入射能的增大，反射能增长趋势增大，最大占比约占总入射能的22%;而透射能增长趋势减小，且透射能占比从低入射能下的78%降低至高入射能下的38%,用于试件破碎的耗散能量逐步增多，与入射能呈线性关系。其破坏模式从中低应变率下的劈裂破坏转为高应变率下的压碎破坏，从破碎尺度来看，中低应变率下碎块多为大块状，而高应变率下碎块尺度较小且多呈细粒状及针状。数值仿真计算表明试件最开始发生破坏是由试件入射杆端面的“十字”反射拉伸波引起的。研究结果可为判断磁铁矿石动力破碎的难易程度以及提高冲击破岩效率提供参考。

关键词

霍普金森压杆 / 磁铁矿石 / 动力学特性 / 破坏模式 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52064025)