[发明专利]深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法及系统

权利要求书

1.一种深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法，其特征在于：该方法为基于IA-BP算法对试件临界伸长率的确定方法；所述试件为中心直切槽半圆盘试件、人字形切槽巴西圆盘试件、单裂纹圆孔板试件或者中心裂纹圆盘试件；

步骤S11：利用分离式霍普金森压杆对所述试件进行不同冲击荷载下、不同围压下、不同温度下的动态断裂试验，得到N组训练样本；

步骤S12：将步骤S11中得到的训练样本划分成训练集和测试集；

步骤S13：设定BP神经网络参数、免疫参数；

步骤S14：利用免疫算法优化BP神经网络对训练样本进行训练；

步骤S15：利用训练好的BP神经网络模型来反演动态断裂韧度；

步骤S16：利用步骤S15中得到的动态断裂韧度计算键基近场动力学的临界伸长率；

步骤S17：近场动力学理论模拟裂纹扩展，利用步骤S16中计算出的临界伸长率模拟试件在不同冲击荷载、不同围压、不同温度作用下的裂纹扩展形式。

2.根据权利要求1所述的深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法，其特征在于：当试件为中心直切槽半圆盘试件时，所述动态断裂韧度可按下式进行计算：

式中，K_I(t)为中心直切槽半圆盘试件的动态应力强度因子，B为试件的厚度、S为支座点跨度的一半，为无量纲因子和试样几何构型有关，为试件的平均荷载；

式中，E₀、A₀分别为弹性杆的弹性模量、横截面积；小标I、R、T分别是指入射波、反射波、透射波，ε_I(t)、ε_R(t)、ε_T(t)分别代表t时刻入射波、反射波、透射波的应变。

3.根据权利要求1所述的深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法，其特征在于：当试件为人字形切槽巴西圆盘试件时：所述动态断裂韧度可按下式进行计算：

式中，为人字形切槽巴西圆盘试件的动态应力强度因子，P_max为试件加载最大力，为试件运动裂纹扩展过程中无量纲应力强度因子Y^*的最小值，通过数值模拟方法可以获得，B为试件厚度，R为试件半径。

4.根据权利要求1所述的深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法，其特征在于：当试件为单裂纹圆孔板试件时：所述动态断裂韧度采用试验—数值—解析法计算，包括以下步骤：

步骤S31.1：利用霍普金森压杆对单裂纹圆孔板试件进行动态断裂试验，确定试样入射杆端的动态荷载，所述动态荷载按下式进行计算：

P_i(t)＝E_bA_b[ε_i(t)+ε_r(t)]

式中，下标i，r分别代表入射波、反射波，ε_i(t)、ε_r(t)分别代表t时刻入射波、反射波的应变，E代表杆的弹性模量，A代表杆的横截面面积；

步骤S31.2：将步骤S31.1获得的入射杆端的动态荷载施加到有限元模型上，计算SCDC试样静止裂纹的动态应力强度因子所述SCDC试样静止裂纹的动态应力强度因子按下式进行计算：

式中，E、μ分别试样的弹性模量和泊松比，u_B、u_A分别为点A和点B的位移，r_OB为点O和点B之间的距离；

步骤S31.3：采用普适函数法计算动态应力强度因子，所述普适函数法计算动态应力强度因子按下式进行计算：

式中，为以速度v扩展的裂纹在t时刻的动态应力强度因子，v为t时刻裂纹扩展的速度，c_R为瑞利波波速，c_d为P波波速；

步骤S31.4：利用GPU裂纹扩展计测得裂纹起裂时刻及起裂时刻对应的裂纹扩展速度；

步骤S31.5：将步骤S31.4测得的起裂时刻及裂纹扩展速度带入步骤S31.3中的公式进行计算，得到动态断裂韧度。