结构钢V形缺口板断裂试验

对25个结构钢V形缺口板试件进行断裂试验。试验表明:裂纹起始于受三轴强约束的V形缺口厚度心部,随后沿厚度方向扩展,裂纹贯通后迅速沿宽度发展,宏观裂纹大致垂直于载荷方向,单缺口试件断裂延性略高于双缺口试件,薄板断裂延性明显高于厚板。断口呈暗灰色,断口大量韧窝显示出明显的剪切断裂痕迹,断裂类型为正断和剪断混合型断裂,显示了断裂的定性规律。从整体上看,试验数据离散性较小,为研究结构钢断裂机理及抗断理论提供了可靠的试验依据。     

Q235厚钢板开孔板和缺口板断裂试验

对10个中心开椭圆孔和10个单侧半椭圆缺口25mm厚板进行了断裂试验,研究了开孔和缺口尖锐度对厚钢板断裂模式的影响。试验结果显示:试件的初始宏观裂纹形成于缺口顶端厚度中面,裂纹在厚度方向贯通后沿垂直加载方向迅速扩展,直至断裂。开孔或缺口愈尖锐的试件,其开裂延性愈差。断口粗糙呈暗灰色且有韧窝,断裂形式为正断与剪断混合型。本次试验为研究结构钢厚板断裂机理及抗断设防提供了较可靠的试验数据。     

Q345中厚缺口板的断裂试验

对18个厚度为26mm的单边V型缺口钢板进行了断裂试验,研究了刻弧半径r对低合金钢Q345中厚板断裂模式的影响。试验显示:裂纹起始于三轴强约束的缺口边缘厚度中面,裂纹沿厚度贯通后迅速沿薄弱截面宽度扩展,宏观断裂面大致垂直于加载方向,断口粗糙且有大量韧窝。缺口根部刻弧愈尖锐的试件,断裂延性愈差。缺口根部刻弧平缓的试件,净截面平均开裂强度略高。     

不同温度下褐煤裂隙演化的显微CT试验研究

利用显微CT系统直观地研究褐煤从20℃～600℃裂纹的演化扩展过程,对原生裂纹和新生微裂纹的扩展演化进行详细的分析研究。研究结果表明:20℃～100℃,褐煤热破裂程度中等,只有很少的微裂纹产生;100℃～300℃热破裂剧烈,原生裂纹扩展延伸,且产生许多微裂纹,新旧裂纹扩展、延伸、搭接形成裂隙网络;300℃～500℃裂纹的扩展很缓慢;500℃～600℃,裂纹有闭合的趋势。随温度升高,微裂纹易沿层理方向产生于软煤质中,止裂于硬质带边缘,部分垂直层理方向的裂纹会在硬质带边缘分叉后沿层理方向扩展,裂纹沿层理方向的扩展速度远大于垂直层理方向的。     

砂浆断裂过程区的研究

对砂浆三点弯曲加载梁试件载荷-裂纹口张开位移-初始裂纹尖端张开位移-沿初始裂纹及韧带直线方向若干点张开位移全曲线进行了研究.结果表明,在该全曲线下降段沿初始裂纹及韧带直线方向张开位移近呈线性分布;裂纹口张开位移与平均裂纹张开角呈线性关系,该关系不决定于初始裂纹相对长度,但决定于试件高度.提出断裂过程区长度估计值公式,证实了临界应力强度因子的初始裂纹长度和试件高度尺寸效应来源于试件在最大荷载及加载过程中断裂过程区长度的产生和变化.     

高温后花岗岩断裂特性及热裂纹演化规律研究

在深部地热能开发中高温岩体会经历不同速率降温过程,研究高温作用后岩石力学行为对深部地下工程具有重要意义。然而,不同冷却方式下高温花岗岩断裂特性演化规律及作用机制尚不明晰。基于此,进行了不同冷却方式下花岗岩半圆盘试样三点弯曲试验,分析了高温后花岗岩荷载-位移曲线、断裂韧度以及破裂特征,探讨了微裂纹分布及矿物含量演化规律。试验结果表明：(1)随着温度的升高,花岗岩断裂韧度呈减小趋势,遇水冷却方式下断裂韧度低于自然降温条件;(2)三点弯曲作用下花岗岩半圆盘试样裂纹首先萌生于切槽尖端,逐渐向加载点方向扩展并将岩样劈裂。随着温度的升高,花岗岩试样的断裂痕迹曲折程度、与中心线之间的距离有所增大;(3)随着温度的升高,花岗岩矿物成分未明显变化,基于图像处理技术获得的微裂纹密度逐渐上升,遇水冷却方式下微裂纹密度大于自然降温方式,表明高温引起的微观结构劣化降低了花岗岩断裂韧度。     

HRB400钢筋材料疲劳裂纹扩展性能试验研究

以直径40mm的HRB400钢筋为研究对象,采用紧凑拉伸试件,裂纹扩展设计为沿钢筋径向和轴向两个方向,分别开展了应力比为0.02、0.1、0.2、0.3和0.5下的疲劳裂纹扩展速率试验以及疲劳裂纹扩展门槛值的测定试验,得到了不同应力比、不同试件取向下的疲劳裂纹扩展速率参数,测得了疲劳裂纹扩展门槛值。对试件的疲劳断口进行了微观分析,对比了两种试件取向下疲劳裂纹扩展性能的异同。试验结果表明：铁素体/珠光体沿钢筋轴向呈条带状分布;疲劳裂纹扩展速率随应力比的增大而增大,疲劳裂纹扩展门槛值随应力比的增大而减小;径向疲劳裂纹扩展速率曲线在裂纹扩展的初始阶段存在一个转折点,轴向疲劳裂纹扩展性能对应力比的变化更为敏感;钢筋在径向抵抗疲劳裂纹扩展的性能优于轴向方向;径向试件的韧性断裂特征明显,主要以穿晶断裂模式进行扩展,轴向试件脆性断裂形貌显著,主要以沿晶断裂模式进行扩展。     

中等厚度开孔板和缺口板断裂试验

对中等厚度的10个中心开椭圆孔板件和10个单侧半椭圆缺口板件进行断裂试验,研究开孔和缺口尖锐度对中等厚度钢板断裂模式的影响。试验较精确地记录了全程载荷-位移曲线。试验结果显示:试件的第一条宏观裂纹起始于缺口顶端厚度中面,裂纹在厚度方向贯通后沿垂直加载方向迅速扩展,直至完全断裂。开孔或缺口愈尖锐的试件,其开裂延性愈差。开孔板试件宏观断裂荷载比缺口板试件明显要高。断口粗糙且有大量韧窝,断口暗灰色呈杯锥状,断裂形式为正断与剪断混合型。本次试验为研究中等厚度钢板断裂机理及抗断设防提供了较可靠的试验数据。     

木材材性退化的试验研究进展综述

长期的环境温湿度的交替、日光的暴晒,会对木材材性产生损伤,比如开放性干缩裂纹以及碳化等,进而对木结构的工作性能造成负面影响。针对学者在木材因环境温湿度和光照交替引起的损伤方面的试验研究进行分析,包括人工模拟实验的方法、损伤评价等级与物理力学指标等相关性研究进展,论述了该研究的重点、难点以及今后的研究方向,为进一步开展古木材老化性能的研究提供借鉴。     

往复荷载下网架平板支座锚栓超低周疲劳破坏试验研究

为研究往复荷载作用下网架平板支座超低周疲劳破坏,设计了长圆孔平板支座试件.在进行了平板支座大位移往复加载的超低周疲劳试验后,对锚栓破坏过程、变形特征、宏观断面特征展开研究.试验结果表明:平板支座在往复加载过程中,锚栓受到拉-弯双重作用产生不可恢复的塑性变形并逐渐积累成为试件的"薄弱"区域;随着根部裂纹产生并在加载过程中不断扩展,在锚栓开裂处产生应力集中最终发生疲劳断裂;平板支座锚栓断后的伸长率与缩颈率能直观反映其变形范围与塑性损伤累积程度;锚栓断口表面沿加载方向存在两个裂纹源,断面可见半月形贝纹线,断面中间区域比较粗糙,锚栓断口均呈现明显的疲劳源区、扩展区和瞬断区,具有疲劳断口的宏观基本特征,属于典型的疲劳破坏.     

节理介质断裂控制爆破裂纹扩展的动焦散 试验研究

为研究闭合和张开节理对切缝药包断裂控制爆破裂纹扩展规律的影响和裂纹扩展机制,采用有机玻璃模型,用切缝药包形成初始裂纹,进行爆炸加载下透射式动焦散试验.试验结果表明:2种节理对裂纹扩展影响都很大,初始裂纹都没穿过节理,但在节理两端产生翼裂纹,翼裂纹基本沿原爆生裂纹方向继续扩展;在张开型节理试验中,切缝药包爆炸后25 μs时节理两端出现焦散斑,2条翼裂纹最长只有2.5 cm;闭合型节理则在1 μs时产生焦散斑,比张开型产生的时间早了24 μs,翼裂纹最长达5.6 cm.2种试验中翼裂纹尖端复合动态应力强度因子呈由小变大再变小振荡变化的趋势,初始阶段动态应力强度因子低于,闭合型应力强度因子峰值为1.72 MN/m3/2,大于张开型峰值1.28 MN/m3/2.研究结果可为节理岩体定向断裂控制爆破提供理论依据.     

层理和预制裂纹方向对煤断裂力学性质影响规律试验研究

为研究层理和预制裂纹方向对煤断裂力学性质的耦合影响规律,对半圆(SCB)切槽煤样开展准静态加载试验,并对试样变形破坏过程中的声发射进行监测。将煤视为横观各向同性体,采用有限元软件标定了试样的形状因子,获取了更符合实际情况的断裂韧度。结果表明：不同层理和预制裂纹方向组合试样的加载曲线和断裂载荷差异显著。试样的断裂模式和断裂韧度受层理与预制裂纹方向共同影响。断裂韧度随层理与加载方向夹角变小而降低,而倾斜预制裂纹会进一步削弱试样抵抗裂纹扩展的能力。拉伸破坏主导了预制裂纹的起裂扩展过程,试样的扩展路径表现出显著的各向异性特征。根据最终裂纹形态,可将试样的宏观破坏模式分为4类。加载过程中试样产生的声发射与载荷–时间曲线相对应,由于发生破坏的结构不同,起裂后的撞击数随层理和预制裂纹方向改变发生明显变化。外载作用下,试样内部不断产生拉伸和剪切微裂纹而发生损伤,其损伤演化过程与层理和预制裂纹方向紧密相关。在不同加载水平区间内,拉伸微裂纹占据主导地位,剪切微裂纹占比相对较低;随着加载水平增加,微裂纹持续发育扩展,试样损伤不断累计,最终发生起裂破坏。     

SBS改性沥青防水卷材耐久性试验研究(一)——自然老化

SBS改性沥青防水卷材作为无保护层的屋面防水材料使用时,要经受自然老化。论文通过检测自然老化过程中两种聚酯胎SBS防水卷材的拉伸性能、耐热性和低温柔性等参数的变化,对SBS防水卷材的自然老化进行研究。结果表明:自然老化对型号相同,配方不同的SBS防水卷材影响规律基本一致,但影响程度不同。自然老化过程中,上表面沥青涂盖层在紫外线辐射作用下会变硬、粉化,因局部收缩等原因产生裂纹,并逐渐演变为裂缝。在自然老化初期,SBS防水卷材主要经历了内部含水率增加、内部含水率减少(浸水再烘干)以及冻融循环3个过程,这3个过程直接影响聚酯胎基的性能。     

各向异性脆性材料动态断裂的实验研究

通过引入了正交各向异性动态裂纹尖端应力场,结合焦散线方法理论,得到正交各向异性材料的应力强度因子和裂纹长度随时间的变化以及材料的动态断裂韧度。通过选用经过压缩变形后呈现明显的各向异性的聚碳酸酯(PC),研究了不同压缩变形处理下PC材料的动态断裂性能,验证实验方法的可靠性。实验结果表明,对于相同压缩变形的试件,沿着塑性压缩方向的断裂韧度大于垂直于塑性压缩方向的各向同性面内的断裂韧度;随着压缩变形的增加,材料断裂韧度增强。该方法适用于非透明材料,可以推广到各向异性岩石等脆性材料的动态断裂问题研究。     

温度老化对钢结构涂层耐风沙冲蚀性能的影响

利用模拟风沙环境侵蚀试验系统和模拟自然环境老化试验箱,对钢结构聚氨酯涂层进行高低温循环老化试验,并对老化程度不同的涂层进行风沙冲蚀试验.另外,通过扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和X射线衍射(XRD),分析了钢结构未老化涂层与老化程度不同的涂层在主要元素和晶体物相上的差异.结果表明:涂层在经历高低温循环老化后,出现了明显裂纹、起皮、皲裂,并出现白色结晶;与钢结构未老化涂层最大冲蚀率对应的冲蚀角度约为38°,而老化后的涂层与之对应的冲蚀角度为38°~45°;与未老化涂层相比,老化后的涂层耐风沙冲蚀能力降低,其SEM照片的清晰度明显降低;老化后的涂层元素发生明显变化;涂层的主要晶体物相为CaMg(CO3)2、 CaCO3、BaSO4和TiO2,在老化过程中并未产生新的物相.     

页岩水力压裂微裂纹扩展演化试验研究及力学机制分析

水力压裂技术在页岩气开采行业中应用广泛。然而，到目前为止压裂条件下裂纹扩展及渗透的力学机制尚不清楚。基于此，对页岩试样的水力压裂缝扩展演化及层理面激活的室内试验进行统计分析及力学机制的探讨。试验结果表明，页岩试样断面所观察到的微观尺度上的微裂纹并非宏观流体压力所致，因在试验中发现在微裂纹张开处产生压应力，与之相反的是：微裂纹是由扩展断裂前的拉应力集中产生的，这也意味着层理面激活是由沿层理面的裂缝扩展引起的。此外，对微裂纹长度的统计分析表明，页岩在断裂韧性方面表现出各向异性，并且垂直于层面的断裂扩展阻力比平行于层理面的断裂扩展阻力要大2倍之多。     

剪切荷载作用下砂岩细观开裂扩展演化特征研究

 利用自主研发的煤岩细观剪切试验装置,对砂岩在剪切荷载作用下微裂纹的开裂扩展过程及其破坏后细观裂纹的分布特征进行试验研究,同时借助图像处理技术,探讨砂岩在剪切荷载作用下微裂纹的时空演化规律。研究结果表明：在剪切荷载作用下,砂岩试件外观损伤在加载过程中的大部分阶段不明显,而砂岩的开裂扩展在相对较短的时间内完成,且开裂扩展过程中产生的变形较小,其明显的开裂扩展过程多发生在峰值应力后的破坏阶段,且总体上是自下往上发展的;砂岩断裂破坏过程中既有绕晶破裂,也有穿晶破裂产生,但其开裂扩展主要产生于颗粒边界和胶结物中,这主要是该破裂方式需要消耗的能量较少;由于受砂岩表面矿物颗粒的排列组合方式、胶结程度等因素的影响,细观裂纹的开裂扩展方向具有一定的不规则性,与预定的剪切面方向有一定程度的偏差。     

复合绝缘线路避雷器运行情况的分析研究

复合绝缘具有重量轻、机械强度大的特点,采用复合绝缘的线路避雷器被广泛用于提高输电线路的耐雷水平,降低雷击跳闸率。然而,复合护套的硅橡胶材料长期运行于户外环境中,一旦材料特性不佳,将容易老化甚至造成其发生闪络。分析了一起运行10年的复合绝缘线路避雷器因外护套老化而发生沿面闪络的故障,经过交直流耐压及局放试验研究后,将故障避雷器进行了解体,并对外护套进行了理化实验、硬度试验、电镜试验、户外暴晒场试验。结果发现其故障原因是硅橡胶绝缘老化和硅橡胶同玻璃钢材料的界面结合不佳,造成憎水性消失和局部放电所致。通过分析,给出了复合绝缘线路避雷器的相关运行建议。     

煤体在不同层理方位Ⅰ型断裂特征试验研究

通过Ⅰ型断裂试验、3D形貌扫描技术,对沁水煤田15#煤的3种不同层理方位条件下Ⅰ型断裂特性、断裂面形貌特征以及层理、内生裂隙等影响下I型裂纹扩展规律进行了分析研究;并通过水压致裂试验,验证了约45°天然裂隙面对水力裂缝扩展的影响。结果表明:沿平行层理方位煤岩的断裂韧度KIC、断裂面面积、线粗糙度在3种方位中最低;在正交及垂直层理方位断裂时,煤岩体中裂纹扩展的有效路径更长,更有利于连通较多的孔裂隙,进而有利于改善煤层渗透性。同时,在该煤岩I型断裂试验中,在内生裂隙影响下裂纹扩展路径在正交层理方位的波动偏转角度最大,近似达30°;在该含天然裂隙煤岩水压致裂试验中,水力裂缝贯穿45°天然裂隙面扩展,沿垂直层理方位压裂后,裂面面积比其投影面积增大约0.3倍。结论对煤层气压裂增透工程具有一定指导意义。     

含倾斜弱面介质中动态裂纹扩展行为研究

为研究冲击荷载下运动裂纹遇到介质中倾斜弱面后的动态断裂行为,采用霍普金森杆作为冲击加载装置,利用高速相机记录倾斜弱面介质中运动裂纹的扩展过程,并结合数字图像相关方法对裂纹周围应变场的演化过程、裂纹尖端的开裂应变以及裂纹的扩展速度进行了分析。结果表明,在冲击荷载下,运动裂纹在遇到弱面后易偏向弱面扩展,裂纹偏转后的开裂应变和扩展速度都显著提高。此外,应力加载率对运动裂纹的扩展有显著影响。随着加载率的提高,动态裂纹沿弱面扩展一定距离后将再次进入基质扩展,且运动裂纹沿弱面扩展的偏移距离逐渐减小。在高加载率下,裂纹沿弱面扩展的速度基本保持稳定,但再次穿过弱面后的裂纹数量和长度不断增加。在相同加载率下,弱面的强度越低,裂纹沿弱面扩展的距离越长。