Original scientific paper Split Hopkinson pressure bar (SHPB) apparatus has been used to characterize the dynamic properties of rock. The effect of the geometry-induced stress wave dispersion, especially under a high strain rate due to impact loading, deserves attention. In this study, the space wave equation which can simulate the stress wave propagating through rock was established, with consideration of the damage-induced weakening and strain rate dependency. The specific parameters of the wave equation were determined using a hybrid genetic algorithm based on the SHPB test results. Furthermore, stress wave propagation in the SHPB was simulated with a finite difference method involving a developed constitutive model in order to verify the space wave equation. The results obtained from numerical simulation show good agreement with experimental test results. In summary, the proposed space wave equation can be effectively used to investigate the dynamic properties of rock.
Keywords: constitutive equation; SHPB; stress wave; rock materials; 3-D wave equation
Jednadžba zračnog vala primijenjena u istraživanju slabljenja stijene zbog oštećenja i ovisnosti o brzini deformacijeIzvorni znanstveni članak Za obilježavanje dinamičkih svojstava stijene upotrijebljen je "split Hopkinson pressure bar" (SHPB) aparat (s udarnom Hopkinsonovom tlačnom šipkom). Učinak raspršenja vala naprezanja nastalog geometrijom, posebno kod visoke brzine deformacije zbog udarnog opterećenja, zaslužuje pažnju. U ovom je radu postavljena jednadžba prostornog vala koja može simulirati širenje vala naprezanja kroz stijenu, razmatrajući slabljenje zbog oštećenja i ovisnost o brzini deformacije. Određeni su specifični parametri jednadžbe vala primjenom hibridnog genetskog algoritma temeljenog na rezultatima ispitivanja SHPB. Nadalje, širenje vala naprezanja simulirano je metodom konačnih razlika (finite difference method) uključujući razvijeni konstitutivni model u svrhu provjere jednadžbe prostornog vala. Rezultati dobiveni numeričkom simulacijom u skladu su s rezultatima pokusnog ispitivanja. Zaključak je da se predložena jednadžba prostornog vala može učinkovito koristiti u istraživanju dinamičkih svojstava stijene.