A numerical simulation-based ANN method to determine the shear strength parameters of rock minerals in nanoscale

纳米压痕 凝聚力(化学) 材料科学 缩进 长石 弹性模量 云母 摩擦角 复合材料 石英 模数 材料性能 岩土工程 地质学 物理 量子力学
作者
Qing Lü,Shihao Liu,Wei-ze Mao,Yang Yu,Xu Long
出处
期刊:Computers and Geotechnics [Elsevier BV]
卷期号:169: 106175-106175 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.compgeo.2024.106175
摘要

Rock is a heterogeneous material composed of multiple minerals, whose microscopic mechanical properties have a significant impact on the macroscopic mechanical properties of rocks. The elastic modulus and hardness of minerals could be measured by nanoindentation tests. However, determination of shear strength parameters (e.g., the cohesion and friction angle) of minerals in nanoscale is still a challenging work. In this paper, an elasto-plastic numerical model with Drucker-Prager failure criterion is established to simulate the nanoindentation tests. Uniform design is adopted to generate typical input parameters (e.g., elastic modulus, cohesion and friction angle) for the numerical model, by which the indentation load-penetration depth curve (P-h curve) corresponding to the typical input parameters are calculated. The artificial neural network (ANN) is trained to quantify the relationship between the input parameters and the P-h curve with high efficiency and accuracy. With a proposed optimization algorithm, the optimal input parameters such as the cohesion and friction angle, that achieve the minimum error between the simulated P-h curve by the ANN and the measured P-h curve by nanoindentation tests, could be determined. The proposed method is applied to determine the cohesions and friction angles of quartz, feldspar, and mica in granite. The results show that quartz exhibits the highest mechanical strength among the three minerals, and mica shows a greater discreteness. The results of this study will provide an effective method to obtain the microscopic mechanical properties of minerals and help to study the macroscopic mechanical properties of rock from microscopic perspective in the future.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
淡淡的山芙完成签到 ,获得积分10
1秒前
Liang完成签到,获得积分0
3秒前
3秒前
夜霄咕咕鸽完成签到 ,获得积分10
4秒前
火的信仰完成签到 ,获得积分10
5秒前
5秒前
chenh完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
7秒前
7秒前
morry5007完成签到,获得积分10
8秒前
TJQ完成签到 ,获得积分10
8秒前
8秒前
烟花应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
8秒前
李爱国应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
8秒前
Su发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
lhr完成签到,获得积分10
14秒前
快到碗里来完成签到,获得积分10
15秒前
香蕉涫完成签到 ,获得积分10
15秒前
梦想完成签到,获得积分10
16秒前
hh完成签到,获得积分10
20秒前
李健应助Su采纳,获得10
20秒前
凶狠的土豆丝完成签到 ,获得积分10
21秒前
震动的鹏飞完成签到 ,获得积分10
22秒前
冷吃兔要热了吃完成签到,获得积分10
22秒前
谦让成协完成签到,获得积分10
23秒前
一减完成签到 ,获得积分10
27秒前
arniu2008发布了新的文献求助10
29秒前
畅快的小懒虫完成签到,获得积分10
30秒前
mhy完成签到 ,获得积分10
31秒前
咕噜完成签到 ,获得积分10
31秒前
william完成签到,获得积分10
36秒前
Lee0923完成签到,获得积分10
42秒前
虚幻绿兰完成签到,获得积分10
43秒前
44秒前
痴情的翠桃完成签到,获得积分10
46秒前
XIAOBAI发布了新的文献求助10
46秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Development Across Adulthood 800
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 640
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6444828
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8258640
关于积分的说明 17591778
捐赠科研通 5504542
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2901588
邀请新用户注册赠送积分活动 1878538
关于科研通互助平台的介绍 1718137