恒阻大變形錨桿負(fù)泊松比效應(yīng)的沖擊動(dòng)力學(xué)分析

李　晨，何滿潮，宮偉力

(1．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100083;2．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京100083)

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恒阻大變形錨桿負(fù)泊松比效應(yīng)的沖擊動(dòng)力學(xué)分析

李晨1，2，何滿潮1，宮偉力1，2

(1．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083;2．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京100083)

摘要:隨著煤礦開采深度的不斷增加，深部圍巖的瞬時(shí)沖擊明顯增多，且荷載大小往往超過(guò)傳統(tǒng)泊松比支護(hù)材料的屈服強(qiáng)度致使支護(hù)失效。而具有高支護(hù)阻力和大拉伸量的新型恒阻大變形錨桿已在靜力作用下驗(yàn)證了其具有負(fù)泊松比效應(yīng)，能良好的滿足井下巷道沖擊大變形控制的需求。為了研究恒阻大變形錨桿在動(dòng)態(tài)沖擊下的防沖力學(xué)特性，通過(guò)自主研發(fā)的恒阻大變形錨桿霍普金森拉桿沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)某批次恒阻大變形錨桿進(jìn)行了動(dòng)態(tài)沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該錨桿能夠保持恒定阻力產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形來(lái)吸收沖擊能量，并表現(xiàn)出了良好的負(fù)泊松比效應(yīng)，進(jìn)而驗(yàn)證了恒阻大變形錨桿比傳統(tǒng)錨桿具有更好的動(dòng)態(tài)防沖性能。

關(guān)鍵詞:恒阻大變形錨桿;負(fù)泊松比效應(yīng);沖擊拉伸實(shí)驗(yàn);結(jié)構(gòu)變形

李晨，何滿潮，宮偉力．恒阻大變形錨桿負(fù)泊松比效應(yīng)的沖擊動(dòng)力學(xué)分析［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2016，41(6):1393－1399．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1909

Li Chen，He Manchao，Gong Weili．Analysis on impact dynamics of negative Poisson’s ratio effect of anchor bolt with constant resistance and large deformation［J］．Journal of China Coal Society，2016，41(6):1393－1399．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1909

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)能源的需求日益增加。隨著淺層資源的減少，煤礦地下開采深度日益加深。而深部地下巷道開挖深受高應(yīng)力和復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的影響，引發(fā)諸如巖爆、沖擊地壓、瓦斯爆炸和突水等重大工程災(zāi)害［1－3］，已嚴(yán)重威脅了工人生命安全和國(guó)家財(cái)產(chǎn)。作為煤礦巷道有效支護(hù)方式之一，錨桿支護(hù)技術(shù)可以有效改善圍巖結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)巷道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并顯著改善巷道圍巖的穩(wěn)定性［4－5］。

由于煤礦開采深度的日益增加，地質(zhì)環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜，由非線性大變形破壞導(dǎo)致的突發(fā)性工程災(zāi)害和重大惡性事故頻發(fā)［6－8］。包括傳統(tǒng)錨桿、錨索、U型鋼支架在內(nèi)的傳統(tǒng)支護(hù)材料本身不能適應(yīng)深部沖擊力作用下圍巖的瞬間大變形，究其原因是因?yàn)檫@些支護(hù)材料屬于傳統(tǒng)泊松比材料，即塑形硬化材料，在受到?jīng)_擊力荷載下瞬間達(dá)到屈服強(qiáng)度而喪失承載能力導(dǎo)致支護(hù)失效［9－10］。

泊松比也稱橫向變形系數(shù)，定義為材料縱向受拉或受壓時(shí)負(fù)的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比，是反映材料受外力作用時(shí)抵抗外力形變大小的力學(xué)性能指數(shù)［11－13］，用公式表示為 ν=－εx/εy(εx表示橫向應(yīng)變，εy表示縱向應(yīng)變)。常見泊松比材料在受外力拉伸時(shí)垂直截面方向發(fā)生收縮而受壓時(shí)發(fā)生膨脹，通常認(rèn)為，幾乎所有的材料泊松比值均為正，如橡膠和軟微生物器官為0.5，鉛為0.45，鋁為0.33，普通的鐵為0.27［14－17］。

20世紀(jì)80年代，生物醫(yī)學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了負(fù)泊松比(Negative Possion’s ratio)材料，或稱“拉脹材料”(auxetic material)［18］。具有負(fù)泊松比特性的材料在某一方向受到拉伸(或壓縮)時(shí)，在與之垂直的方向上會(huì)發(fā)生膨脹(或收縮)，這種現(xiàn)象在熱力學(xué)上是可能的，但通常材料中并沒有普遍觀察到負(fù)泊松比的存在。泊松比材料在受彎曲力作用后材料中部呈現(xiàn)“馬鞍形”，而近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一些特殊結(jié)構(gòu)的負(fù)泊松比材料則出現(xiàn)“上凸”的明顯界面，引起了專家和學(xué)者的廣泛重視。

與傳統(tǒng)材料相比，拉脹材料除了泊松比為負(fù)這一明顯特性外，還表現(xiàn)出其他獨(dú)特的物理力學(xué)性能，如剪切剛度、斷裂韌性、抗壓痕性和能量吸收能力等方面都比普通泊松比材料有所提高。此外，負(fù)泊松比材料具有良好的應(yīng)力分散效應(yīng)，具有極高的剪切模量和極低的體積模量。由于負(fù)泊松比材料相較于泊松比材料具有更強(qiáng)的物理力學(xué)特性，也就可以被同時(shí)認(rèn)定為結(jié)構(gòu)材料和功能材料［19－21］，有望用于航空航天、汽車工業(yè)、人體防護(hù)及國(guó)防等諸多領(lǐng)域。

基于負(fù)泊松比材料和具有負(fù)泊松比效應(yīng)材料的特殊力學(xué)特性，以及礦用支護(hù)材料存在的諸多問(wèn)題和缺陷，何滿潮教授于2007年研發(fā)了具有負(fù)泊松比效應(yīng)的恒阻大變形錨桿(CRLD)。通過(guò)多批次靜力拉伸實(shí)驗(yàn)，成功驗(yàn)證了恒阻大變形錨桿在靜力作用下具有良好的負(fù)泊松比效應(yīng)［22－23］。靜力拉伸實(shí)驗(yàn)表明，該錨桿不僅可以良好的滿足深部軟巖大變形巷道對(duì)于錨桿恒定的高支護(hù)阻力和大拉伸量的需求，而且成功克服了傳統(tǒng)支護(hù)材料“頸縮失效”的缺點(diǎn)［24］。

現(xiàn)今，專家和學(xué)者對(duì)具有負(fù)泊松比效應(yīng)材料的大量研究工作主要集中在微觀結(jié)構(gòu)下的靜力學(xué)特性的研究。與靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)不同，沖擊荷載作用下，結(jié)構(gòu)和慣性效應(yīng)將主要影響材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性［24－25］。即在動(dòng)態(tài)沖擊作用下，恒阻大變形錨桿能否呈現(xiàn)出由結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的負(fù)泊松比效應(yīng)仍是未知。本文采用自主研發(fā)的恒阻大變形錨桿霍普金森拉桿動(dòng)力沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)某批次恒阻大變形錨桿進(jìn)行動(dòng)態(tài)沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)，從支護(hù)阻力、錨桿伸長(zhǎng)量和膨脹量等方面對(duì)錨桿的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行分析，并驗(yàn)證該錨桿的負(fù)泊松比效應(yīng)。

1　樣品選擇

1.1恒阻大變形錨桿的結(jié)構(gòu)和工作原理

恒阻大變形錨桿由恒阻裝置、連接套、桿體、托盤、球墊和螺母組成(圖1)。

圖1　恒阻大變形錨桿結(jié)構(gòu)示意Fig.1　Structure of constant resistance and large deformation bolt

從圖1可以看出，恒阻裝置包括恒阻套管和恒阻體，但恒阻體通過(guò)連接套與桿體相連成為一體且材料相同，恒阻套管內(nèi)表面與外表面均為螺紋結(jié)構(gòu)，恒阻套管材料強(qiáng)度低于恒阻體和桿體強(qiáng)度。恒阻大變形錨桿設(shè)計(jì)恒阻力為桿體材料屈服強(qiáng)度的80% ～90%，確保恒阻裝置發(fā)揮作用時(shí)，桿體和恒阻體不因外部荷載超過(guò)屈服強(qiáng)度而發(fā)生塑形變形。

恒阻大變形錨桿工作原理如下:

(1)當(dāng)圍巖變形能較小時(shí)，即桿體所受軸力小于設(shè)計(jì)恒阻力時(shí)，恒阻裝置不發(fā)生任何移動(dòng)，此時(shí)錨桿依靠桿體的彈性變形來(lái)抵抗巖體變形破壞。

(2)隨著圍巖變形能的積累，桿體所受軸力大于設(shè)計(jì)恒阻力時(shí)，恒阻裝置內(nèi)恒阻體沿套管內(nèi)壁發(fā)生摩擦位移，整個(gè)過(guò)程保持恒阻特性，此時(shí)錨桿依靠恒阻裝置的結(jié)構(gòu)變形來(lái)抵抗巖體變形破壞。

(3)經(jīng)歷上述2個(gè)過(guò)程之后，變形能得以充分釋放，當(dāng)外部荷載減小后，恒阻體停止摩擦位移，圍巖再次處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2恒阻大變形錨桿的參數(shù)

本次實(shí)驗(yàn)采用的是編號(hào)為MG－15－1，MG－15－4，MG－15－5和MG－15－6的恒阻大變形錨桿，全長(zhǎng)平均為1 262 mm，恒阻裝置中套筒外螺紋最粗處和最細(xì)處直徑平均為32.5和29.5 mm，套筒內(nèi)螺紋最粗處和最細(xì)處直徑平均為28和25 mm，錨桿參數(shù)見表1，錨桿如圖2所示。

表1　錨桿試樣基本物理參數(shù)Table 1　Basic physical parameter of bolt samples

圖2　恒阻大變形錨桿Fig.2　CRLD bolts

2　沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方案

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用的是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)何滿潮教授在原霍普金森拉桿動(dòng)力沖擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上自主研制的恒阻大變形錨桿霍普金森拉桿動(dòng)力沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(圖3)。該系統(tǒng)可以檢驗(yàn)恒阻大變形錨桿在動(dòng)力沖擊下拉伸變形特性，系統(tǒng)主要由動(dòng)力沖擊加載系統(tǒng)、錨桿沖擊拉伸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，可以進(jìn)行單根、雙根和錨桿群動(dòng)力沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)。

圖3　霍普金森拉桿動(dòng)力沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.3　SHTB-elongation＆impacting experiment system for CRLD

動(dòng)力加載系統(tǒng)(圖4)主要包括動(dòng)力加載系統(tǒng)(采用氮?dú)忉尫偶虞d使子彈具有一定初速度，理論釋放氣壓可達(dá)5 MPa)、光電測(cè)速系統(tǒng)(采用2點(diǎn)測(cè)速原理測(cè)定子彈速度)和桿件系統(tǒng)(本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)桿件系統(tǒng)采用高強(qiáng)度鑄鋼件，包括子彈和入射桿)。

圖4　動(dòng)力加載系統(tǒng)示意Fig.4　Schematic of dynamic loading system

單根錨桿沖擊拉伸系統(tǒng)的錨桿沖擊部分(圖5)，主要由導(dǎo)向架、沖擊鋼管、復(fù)合式承載盤、試樣固定座，及錨桿試樣等組成。其中，沖擊鋼管由導(dǎo)向架支撐導(dǎo)向，保證其與霍普金森拉桿同軸。錨桿試樣通過(guò)試樣固定座固定于工作臺(tái)上，保證其與沖擊鋼管同軸。試樣固定座采用高強(qiáng)度鑄鋼件，采用高強(qiáng)度螺栓緊固于工作臺(tái)上，保證沖擊時(shí)的穩(wěn)定性。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(圖6)主要由力傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)測(cè)試分析軟件等部分構(gòu)成。其中，YFF－2系列傳感器是利用石英晶體的縱向壓電原理，將“力”轉(zhuǎn)換成“電荷”的變換裝置。傳感器產(chǎn)生的電荷正比于被測(cè)外力，通過(guò)INV1870(DLF)電荷放大器將電荷按比例地轉(zhuǎn)換成電壓，再用INV3020型數(shù)據(jù)采集儀讀出被測(cè)力的大小及其變化。最后通過(guò)DASP數(shù)據(jù)測(cè)試分析軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)并通過(guò)origin軟件做出荷載－位移曲線以供分析。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

利用恒阻大變形錨桿霍普金森拉桿動(dòng)力沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用控制氣源強(qiáng)度的方法分別對(duì)單根錨桿進(jìn)行沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析錨桿可承受的最大恒阻力、單次撞擊軸向伸長(zhǎng)量和直徑變形量等力學(xué)性能參數(shù)，擬合錨桿的荷載－位移曲線，分析恒阻大變形錨桿的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性。

圖5　錨桿沖擊部分示意Fig.5　Schematic of impacting part for single CRLD

圖6　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意Fig.6　Schematic of data acquisition system

實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備和測(cè)試工作主要由3部分組成:

(1)進(jìn)行沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)之前，對(duì)4根錨桿試樣分別進(jìn)行軸向和徑向的分段標(biāo)定測(cè)量工作，包括:錨桿試樣總長(zhǎng)度、恒阻裝置長(zhǎng)度、套筒長(zhǎng)度、套筒直徑和桿體直徑。錨桿每5環(huán)作為一段，測(cè)量直徑時(shí)用十字法測(cè)量a－a'，b－b'兩格垂直方向的直徑，標(biāo)注方法如圖7所示。

圖7 錨桿測(cè)量Fig.7　Measurement of CRLD bolts

(2)單次沖擊時(shí)，首先應(yīng)檢查各工作組件的螺絲緊固程度，保證沖擊時(shí)的穩(wěn)定性;其次將系統(tǒng)和各傳感器清零，并設(shè)定好加載系統(tǒng)的氣源強(qiáng)度(以1，1.5，2，2.5，3.0 MPa的氣源壓強(qiáng)加載，每組20次，至3.0 MPa后，若錨桿未從套管內(nèi)沖出，則依次進(jìn)行循環(huán)沖擊加載)進(jìn)行加載;當(dāng)單次沖擊結(jié)束后，測(cè)定速度、力和位移等數(shù)據(jù)。

(3)當(dāng)錨桿試樣從套筒中完全沖出后實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后拆卸下錨桿，對(duì)實(shí)驗(yàn)后的錨桿試樣進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量?jī)?nèi)容包括錨桿試樣總長(zhǎng)度、恒阻裝置長(zhǎng)度、套筒長(zhǎng)度、套筒直徑和桿體直徑。

3　恒阻大變形錨桿沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并利用origin軟件做出曲線，分析恒阻大變形錨桿的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性。具體分析過(guò)程如下:

3.1恒阻大變形錨桿膨脹量分析

在恒阻大變形錨桿沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)定各錨桿試樣恒阻裝置1～9測(cè)點(diǎn)處外螺紋最粗處膨脹量的變化情況，4根錨桿恒阻裝置實(shí)驗(yàn)前后在a－a'，bb'方向上的變化分別如圖8所示。

從圖8中可以看出，錨桿試樣實(shí)驗(yàn)前恒阻裝置外螺紋最粗處直徑約為32.5 mm，實(shí)驗(yàn)后約為34 mm，實(shí)驗(yàn)前后恒阻裝置在a－a'方向和b－b'方向上外螺紋最粗處直徑平均膨脹約1.5 mm。

3.2恒阻大變形錨桿伸長(zhǎng)量分析

錨桿試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總見表2。從表中可以看出，4根錨桿試樣均有較大的伸長(zhǎng)量，平均為454.25 mm，錨桿平均伸長(zhǎng)率達(dá)到35.79%。

3.3恒阻大變形錨桿負(fù)泊松比效應(yīng)分析

泊松比定義為材料縱向拉伸受拉或收壓時(shí)負(fù)的橫向應(yīng)變(徑向應(yīng)變)與縱向應(yīng)變(軸向應(yīng)變)之比，而負(fù)泊松比則為正的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比。公式表述為

其中，νnpr為等效負(fù)泊松比;εx為橫向應(yīng)變;εy為縱向應(yīng)變。

在本文恒阻大變形錨桿動(dòng)態(tài)沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)中，橫向應(yīng)變應(yīng)為恒阻裝置外螺紋最粗處直徑變形量(Δd)與初始直徑(do)的比值(εx=Δd/do，縱向應(yīng)變應(yīng)為錨桿的總伸長(zhǎng)量(Δl)與初始長(zhǎng)度(lo))的比值(εy=Δl/ lo)，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值即為恒阻大變形錨桿的等效負(fù)泊松比(νnpr=εx/εy)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，本批次恒阻大變形錨桿的等效負(fù)泊松比約為－0.126(表3)。

圖8　實(shí)驗(yàn)前后錨桿試樣膨脹量變化Fig.8　Change of expansion of CRLD bolts before and after experiment

表2　錨桿伸長(zhǎng)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總Table 2　Tension experimental data of bolt samples

表3　恒阻大變形錨桿等效負(fù)泊松比分析Table 3　Analysis table of equivalent negative Poisson’s ratio of CRLD

3.4恒阻大變形錨桿受力分析

單根錨桿沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，讀取單次沖擊后錨桿數(shù)據(jù)并繪制沖擊力－時(shí)間曲線，圖9分別為MG－15－1錨桿試樣在經(jīng)受氣源壓強(qiáng)為2.0 MPa第4次沖擊和MG－15－4錨桿試樣在經(jīng)受氣源壓強(qiáng)為3.0 MPa下第15次沖擊時(shí)的25 ms完整沖擊力－時(shí)間曲線。

從圖9中可以看出，恒阻大變形錨桿在經(jīng)受動(dòng)態(tài)沖擊時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)沖擊力達(dá)到峰值，并在10 ms的時(shí)間內(nèi)錨桿恒阻裝置發(fā)揮作用產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形致使受力迅速歸零，表明了恒阻大變形錨桿具有良好的適應(yīng)動(dòng)態(tài)沖擊的能力。

圖9　單次沖擊時(shí)錨桿試樣的沖擊力－時(shí)間曲線Fig.9　Force-time curve of single impacting

沖擊力－時(shí)間曲線繪制完成后，在所有的曲線中找出沖擊力峰值和平均沖擊力(恒阻力)繪制成錨桿受力數(shù)據(jù)匯總(表4)。

從表4中可以看出，動(dòng)態(tài)沖擊過(guò)程中恒阻大變形錨桿試樣承受沖擊力峰值可達(dá)828.71 kN。同批次錨桿承受的沖擊力峰值約為815 kN，承受沖擊力平均值為143.24 kN，在承受較大沖擊力的同時(shí)也表現(xiàn)出良好的恒阻特性。

表4　錨桿受力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總Table 4　Force experimental data of bolt samples

4　結(jié)　　論

(1)經(jīng)受動(dòng)態(tài)沖擊時(shí)，恒阻大變形錨桿膨脹較為明顯。實(shí)驗(yàn)前后恒阻裝置外螺紋最粗處直徑平均膨脹量可達(dá)約1.5 mm，此為恒阻大變形錨桿與傳統(tǒng)錨桿(受拉時(shí)收縮變細(xì))相比最為明顯的區(qū)別之一。

(2)經(jīng)受動(dòng)態(tài)沖擊時(shí)，恒阻大變形錨桿伸長(zhǎng)較大。實(shí)驗(yàn)前后的錨桿平均拉伸量可達(dá)454.25 mm，拉伸率達(dá)到35.79%。與傳統(tǒng)的吸能錨桿相比，恒阻大變形錨桿不僅避免產(chǎn)生“頸縮”的現(xiàn)象，而且顯著改善了拉伸量。

(3)經(jīng)受動(dòng)態(tài)沖擊時(shí)，恒阻大變形錨桿負(fù)泊松比效應(yīng)顯著，即出現(xiàn)錨桿軸向拉伸的同時(shí)徑向膨脹變粗的結(jié)構(gòu)變形現(xiàn)象，說(shuō)明了恒阻大變形錨桿的負(fù)泊松比效應(yīng)是由結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的，其等效負(fù)泊松比約為－0.126。

(4)恒阻大變形錨桿具有較高的防沖能力。恒阻大變形錨桿在動(dòng)態(tài)沖擊拉伸過(guò)程中能夠承受較大的沖擊力，單次沖擊最高可承受約820 kN的沖擊力而保持穩(wěn)定。在不同氣源壓強(qiáng)沖擊下，恒阻大變形錨桿承受的拉力平均值可達(dá)140 kN，且整個(gè)過(guò)程中恒阻大變形錨桿保持良好的穩(wěn)定工作狀態(tài)而未產(chǎn)生拉斷破壞。

參考文獻(xiàn):

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中圖分類號(hào):TD353

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0253－9993(2016)06－1393－07

收稿日期:2015－12－20修回日期:2016－05－05責(zé)任編輯:常琛

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51304210);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51404278)

作者簡(jiǎn)介:李晨(1988—)，男，陜西華陰人，博士研究生。E－mail:100500618@qq．com。通訊作者:何滿潮(1956—)，男，河南靈寶人，教授，博士生導(dǎo)師，博士。E－mail:hemanchao@263．net

Analysis on impact dynamics of negative Poisson’s ratio effect of anchor bolt with constant resistance and large deformation

LI Chen1，2，HE Man-chao1，GONG Wei-li1，2
(1．State Key Laboratory for Geomechanics＆Deep Underground Engineering，China University of Mining＆Technology(Beijing)，Beijing100083，China; 2．School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining＆Technology(Beijing)，Beijing100083，China)

Abstract:With the increase of coal mining depth，the number of instantaneous impact of deep surrounding rock increase significantly，and the impacting force is always greater than the yield strength of the traditional Poisson’s ratio supporting materials which leads to supporting failure．With the high support resistance and large tensile value，the Constant Resistance and Large Deformation bolt(CRLD)verifies its negative Poisson’s ratio effect under the static condition and can meet the requirements of deep large deformation．In order to study the impact resistance mechanism of CRLD under dynamic condition，this paper introduced impact and tensile experiments through SHTB-Elongation＆Impacting Experiment System for CRLD with independent intellectual property rights．The experiment results verify that the CRLD bolt，with large deformation resistance under the action of impact while keeping structural deformation，shows a good effect of negative Poisson’s ratio and has a better performance than that of traditional cables with good impact resistance effect．

Key words:CRLD;negative Poisson’s ratio effect;impact and tensile experiments;structural deformation