本书主要对纤维增强尾砂胶结材料的损伤破坏特性进行研究。通过室内试验研究纤维增强尾砂胶结材料的力学特性、能量演化特征及初始微观结构；基于声发射技术研究纤维增强尾砂胶结材料细观破坏机理、空间定位损伤演化过程及损伤裂纹分类方法；基于数字图像相关技术研究纤维增强尾砂胶结材料表面损伤演化特征；通过理论分析分别建立不同纤维作用下和不同灰砂比条件下尾砂胶结材料的损伤模型；通过数值模拟揭示单轴压缩下不同纤维增强尾砂胶结材料的细观破坏机理。
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前言
1 绪论1
1.1 尾砂胶结材料研究背景及意义2
1.1.1 尾砂胶结材料研究背景2
1.1.2 尾砂胶结材料研究意义3
1.2 尾砂胶结材料研究现状5
1.2.1 纤维增强尾砂胶结材料5
1.2.2 尾砂胶结材料力学性能7
1.2.3 尾砂胶结材料破坏机制8
1.2.4 尾砂胶结材料损伤特性9
1.3 声发射技术在尾砂胶结材料中的应用10
1.4 数字图像相关技术在尾砂胶结材料中的应用11
参考文献12
2 纤维增强尾砂胶结材料力学特性及能量演化特征18
2.1 纤维增强尾砂胶结材料试验19
2.1.1 试验材料19
2.1.2 试样制备23
2.1.3 试验设备及过程25
2.2 不同纤维作用下尾砂胶结材料力学特性26
2.2.1 强度规律26
2.2.2 破坏机制27
2.2.3 韧性机理30
2.2.4 比能特征33
2.3 不同灰砂比聚丙烯腈纤维增强尾砂胶结材料能量耗散37
2.3.1 能量耗散机理37
2.3.2 能量耗散特征39
2.4 不同灰砂比玻璃纤维增强尾砂胶结材料能量演化特征41
2.4.1 能量演化规律41
2.4.2 能量分布规律44
参考文献46
3 不同灰砂比纤维增强尾砂胶结材料初始微观结构49
3.1 扫描电镜和核磁共振试验50
3.1.1 扫描电镜和核磁共振设备50
3.1.2 横向弛豫时间51
3.2 不同灰砂比聚丙烯腈纤维增强尾砂胶结材料微观结构52
3.2.1 微观结构特征52
3.2.2 初始孔隙分布规律54
3.3 不同灰砂比玻璃纤维增强尾砂胶结材料微观孔隙特征58
3.3.1 孔隙分布特征58
3.3.2 孔隙分形特征61
参考文献68
4 尾砂胶结材料细观破坏机理及声发射特性70
4.1 纤维增强尾砂胶结材料声发射试验71
4.1.1 声发射设备71
4.1.2 声发射程序71
4.2 声发射参数选取72
4.3 不同纤维作用下尾砂胶结材料的声发射特性74
4.3.1 不同纤维增强尾砂胶结材料声发射特征74
4.3.2 不同纤维增强尾砂胶结材料损伤变量与比能演化77
4.4 不同灰砂比聚丙烯腈纤维增强尾砂胶结材料声发射特性78
4.4.1 聚丙烯腈纤维增强尾砂胶结材料声发射特征78
4.4.2 灰砂比对尾砂胶结材料声发射特性的影响83
4.5 不同灰砂比玻璃纤维增强尾砂胶结材料的声发射特性84
4.5.1 玻璃纤维增强尾砂胶结材料声发射时序演化特征84
4.5.2 玻璃纤维增强尾砂胶结材料声发射分形特征91
参考文献98
5 纤维增强尾砂胶结材料空间定位损伤演化过程100
5.1 不同纤维作用下尾砂胶结材料声发射参数特性101
5.1.1 声发射能量计数时序演化特征101
5.1.2 能量计数特性及损伤模式104
5.2 不同纤维作用下尾砂胶结材料声发射定位空间损伤演化106
5.2.1 声发射定位原理106
5.2.2 声发射定位损伤演化109
5.2.3 声发射b值特征112
参考文献115
6 基于分形维数和b值的尾砂胶结材料破裂演化118
6.1 分形理论和声发射b值119
6.1.1 分形维数基本概念119
6.1.2 分形维数计算方法120
6.1.3 声发射b值基本概念121
6.1.4 声发射b值计算方法121
6.2 不同纤维作用下尾砂胶结材料关联维数和b值计算122
6.2.1 关联维数及相空间维数的确定122
6.2.2 振幅和RA值分形特征的确定123
6.2.3 关联维数和b值计算结果125
6.2.4 裂纹演化规律129
参考文献130
7 单轴压缩作用下纤维增强尾砂胶结材料裂纹分类134
7.1 基于RA-AF分析的尾砂胶结材料裂纹模式识别136
7.1.1 裂纹常规分类136
7.1.2 无纤维尾砂胶结材料声发射参数RA-AF规律137
7.1.3 纤维增强尾砂胶结材料声发射参数RA-AF规律138
7.2 基于高斯混合模型的尾砂胶结材料裂纹分类140
7.2.1 高斯混合模型140
7.2.2 期望最大化算法141
7.2.3 移动平均滤波法144
7.2.4 GMM运算结果及规律145
参考文献152
8 纤维增强尾砂胶结材料表面损伤演化特征155
8.1 数字图像相关技术基本原理和计算156
8.2 数字图像相关技术测试157
8.2.1 数字图像相关技术系统157
8.2.2 数字图像相关技术程序157
8.3 不同灰砂比聚丙烯腈纤维增强尾砂胶结材料宏观破坏158
8.3.1 单轴压缩下尾砂胶结材料宏观破坏特征158
8.3.2 尾砂胶结材料表面裂隙监测点横向位移变化160
8.3.3 聚丙烯腈纤维增强尾砂胶结材料表面应变云图特征162
8.4 不同灰砂比玻璃纤维增强尾砂胶结材料表面损伤演化165
8.4.1 玻璃纤维增强尾砂胶结材料表面应变云图特征165
8.4.2 尾砂胶结材料表面监测点位移变化171
参考文献176
9 不同纤维作用下尾砂胶结材料损伤特征及模型177
9.1 损伤变量的定义178
9.2 不同纤维作用下尾砂胶结材料损伤本构模型180
9.2.1 纤维增强尾砂胶结材料损伤本构模型180
9.2.2 理论模型曲线与试验曲线182
9.2.3 纤维增强尾砂胶结材料损伤发展曲线184
9.3 声发射累计振铃计数与损伤本构模型的耦合关系185
9.3.1 声发射累计振铃计数与应变的耦合关系185
9.3.2 声发射累计振铃计数与应力的耦合关系186
9.3.3 耦合关系模型验证187
9.4 声发射累计能量与损伤变量的关系189
9.4.1 考虑损伤能量耗散率的修正损伤本构模型189
9.4.2 损伤变量与应变的关系曲线191
9.4.3 声发射累计能量与损伤变量的关系曲线193
参考文献195
10 不同灰砂比尾砂胶结材料损伤特征及模型198
10.1 不同灰砂比尾砂胶结材料损伤模型建立199
10.1.1 传统损伤本构模型推导199
10.1.2 传统损伤本构模型修正201
10.1.3 声发射参数与损伤本构模型的耦合关系模型204
10.2 不同灰砂比尾砂胶结材料损伤模型验证207
10.2.1 传统损伤本构模型验证207
10.2.2 修正损伤本构模型验证210
10.2.3 声发射参数与损伤本构模型的耦合关系验证211
10.3 不同灰砂比尾砂胶结材料损伤模型讨论214
10.3.1 模型参数影响214
10.3.2 损伤演化特征218
参考文献220
11 单轴压缩下不同纤维增强尾砂胶结材料数值模拟221
11.1 不同纤维增强尾砂胶结材料数值模型221
11.1.1 模型尺寸及网格划分222
11.1.2 模型材料参数222
11.1.3 模型本构关系的选择及加载方式223
11.1.4 单轴数值模型223
11.2 单轴压缩下纤维增强尾砂胶结材料数值模拟结果224
11.2.1 单轴压缩过程中应力分布特征224
11.2.2 单轴压缩过程中加载方向位移变化228
11.2.3 单轴压缩过程中塑性区分布229
11.2.4 单轴压缩过程中位移-应力曲线230
参考文献231
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