论文分享：基于可控波形 SHPB 平台等能量高速冲击下无烟煤的破裂特征与波形效应：试验及数值分析

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摘要：本文利用可控波形分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统，研究三种不同形态、等能量应力波形作用下无烟煤的动力学响应与破坏特征。在 0.2～0.4 MPa 三种冲击气压下开展不同波形的单轴动态压缩试验，进一步探究不同波形对无烟煤动态破裂的影响规律。分析了无烟煤破碎残块的形貌特征与力学参数，并采用有限元 - 离散元耦合方法（FDEM）对上述加载波形进行精准复现。主要研究结论如下：（1）等能量不同波形作用下，无烟煤动态破坏特征差异显著。A 型波形造成的破碎程度最剧烈，C 型波形破碎程度最弱，B 型波形介于两者之间。（2）能量集中系数与平均分形维数呈正相关，且在相同冲击能量、不同等能量波形条件下，该规律具有一致性。（3）等能量波形加载下，随着冲击能量向波前聚集程度提高，无烟煤动态割线模量与峰值强度均增大，表明时域冲击能量分布对无烟煤介质的动态承载及破坏特性具有显著影响。（4）前期高应变率加载波形会对无烟煤产生强烈粉碎作用，且能量耗散密度更高，说明冲击作用前期的破碎耗能效率更高。研究揭示了无烟煤动态破坏存在显著的波形效应，可为复杂应力波形下煤岩动态破坏机理研究提供理论参考。

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图1. 速度 - 时间曲线及对应时段裂纹扩展演化：(a) 速度 - 时间曲线；(b) A 型波形裂纹演化；(c) B 型波形裂纹演化；(d) C 型波形裂纹演化；（红色：张拉裂纹，蓝色：剪切裂纹，绿色：拉剪复合裂纹）

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来源：MultiFracS多物理场断裂分析软件

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首次发布时间：2026-05-12

MultiFracS-国产多物理场断裂分析软件在岩土、地质、能源、水利、采矿和爆破行业应用（回放）

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