基于3D打印技术的煤石类复合材料的机械性能和故障特征的实验研究
Ying Chen1, Zikai Zhang1, Chen Cao1
1College of Mining, Liaoning Technical University, Fuxin 123008, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|May 27, 2023
概括
3D打印模拟了用于机械测试的煤石组合. 单轴压力强度取决于弱体和强体厚度,故障发生在较弱的部分. 标本形状和高度对直径的比率显著影响故障模式和强度.
科学领域:
- 岩石机械学 岩石机械学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 地质技术工程 地质技术工程
背景情况:
- 煤炭的自然异质性和裂导致实验室测试中的数据分散.
- 模拟复杂的煤岩相互作用对于理解地下稳定性至关重要.
研究的目的:
- 通过3D打印来研究煤石组合的机械性能.
- 分析复合样本的变形特征和故障模式.
- 将复合材料的性能与单一材料的性能进行比较.
主要方法:
- 利用3D打印创建模拟硬岩和煤炭的复合样本.
- 在这些复合样本上进行了单轴压力强度测试.
- 分析了变形,故障模式,并将结果与单体参数和理论模型 (Protodyakonov,ASTM,Reuss) 相比较.
主要成果:
- 单轴压缩强度与弱体厚度相反,与强体厚度直接成比例.
- 组合的弹性模量落在组成单体之间,可通过Reuss模型进行分析.
- 故障始于低强度材料;故障模式 (分裂,剪切裂变) 取决于高度-直径比和样品形状.
结论:
- 3D打印为测试煤石材料特性提供了一种新的方法.
- 标本几何学显著影响机械行为和故障机制.
- 复合样本比单体具有更高的压力强度和更低的动态失效时间,表明影响倾向的改变.
