[发明专利]煤样强度与加载速率及声发射参数的耦合模型的建立方法

说明书

本发明涉及一种煤样强度与加载速率及声发射特征参数的耦合模型，其建立方法包括以下步骤：第一步、设计煤样单轴压缩全过程声发射试验系统；第二步、构建不同加载速率下煤样单轴压缩过程中声发射试验，按给定的加载速率完成单轴压缩试验并记录试验结果，同时在给定加载速率下实时采集试验过程中的力学信号和声发射信号；第三步、构建煤样抗压强度关于加载速率、声发射特征参数之间的耦合模型。本发明的优点是通过耦合模型利用加载过程中的声发射参数和加载速率能够得到煤样在循环或反复加卸载过程中所能承受的最高应力，并对煤样的强度及安全性做出预测。

技术领域

本发明涉及一种煤样强度与加载速率及声发射特征参数的耦合模型，特别是煤岩体在单轴压缩加载条件下其抗压强度与加载速率及声发射特征参数之间的耦合模型建立方法，属于岩石力学、材料力学特性研究技术领域。

背景技术

煤样在单轴压缩过程中，随着载荷的增加，煤样内部产生裂纹并以弹性波的形式对外释放能量，同时产生声发射现象，声发射现象是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象。用声发射换能器采集弹性波并进行转换、分析研究，就可以反演材料内部的细微变化。由于声发射仪器检测到的能量来自于被测物体内部，这种被动检测技术有其明显的优势，它可以记录裂纹的萌发和扩展过程，而其它无损检测只能在裂纹产生后才能探测到。声发射技术在机械制造与加工、煤炭、冶金、电力、航空航天和交通运输等领域均有广泛的应用。

目前，加载速率对材料单轴压缩过程中单一的力学特性或声发射参数影响的试验成果比较多，由于声发射参数同应力、应变一样，也是表明材料力学特性的本构参量。声发射参量与应力、应变参量之间存在着密切的相关关系。但是，目前关于加载速率对声发射参数与应力、应变参量之间相关性影响的研究成果却没有。此外，抗压强度是材料破坏前所能承受的最高荷载，根据声发射的凯赛尔效应，在反复加卸载材料的过程中，在小于卸载前载荷水平的再加载过程中，不会产生新的声发射事件，因此需要建立一种新型的耦合模型，利用加载过程中的声发射参数及加载速率得到煤样在循环或反复加卸载过程中所能承受的最高应力，并对煤样的强度及安全性做出预测。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提出一种煤样强度与加载速率及声发射特征参数的耦合模型，该耦合模型的建立方法能够采集不同加载速率下单轴压缩全过程声发射试验中力学性能参数和声发射特征参数，以便获得不同加载速率下试验中煤样的抗压强度、声发射撞击数均值、振铃计数均值，最后基于最小二乘法得到煤样抗压强度关于加载速率、声发射撞击数均值或振铃计数均值的耦合模型，通过耦合模型能够进一步获得煤样在循环或反复加卸载过程中所能承受的最高应力，并对煤样的强度及安全性做出预测。

为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：一种煤样强度与加载速率及声发射特征参数的耦合模型，其建立方法包括以下步骤：

第一步、设计煤样单轴压缩全过程声发射试验系统，该系统包括压缩电子材料试验机，用于根据试验需要选择采用载荷、位移或应变加载控制方式对煤样进行单轴压缩试验并采集力学信号；声发射传感器，用于对变形破坏中的声发射事件自动计数、储存，并采集声发射信号，实现对试验过程中的声发射实时监测；信号传输设备，用于将压缩电子材料试验机或声发射传感器采集的力学信号或声发射信号传送至计算机系统；计算机系统，用于根据信号传输设备输送的力学信号、声发射信号提取力学特征参数值以及声发射特征参数值，进而建立不同加载速率下煤样单轴抗压强度与声发射特征参数的耦合模型；转至第二步；

第二步、构建不同加载速率下煤样单轴压缩过程中声发射试验，按给定的加载速率完成单轴压缩试验并记录试验结果，同时在给定加载速率下实时采集试验过程中的力学信号和声发射信号；转至第三步；

第三步、构建煤样抗压强度关于加载速率、声发射特征参数之间的耦合模型。