中低速冲击下I型裂纹的动态断裂韧度研究

起裂韧度和扩展韧度是分别用来判别裂纹起裂和扩展的两个重要材料参数,为了探索在中低速冲击荷载下岩石的起裂韧度和扩展韧度的测试方法,选择砂岩单裂纹半圆孔板试样以中低速落锤试验机进行了冲击,并利用裂纹扩展计和应变片测试裂纹的起裂时间及裂纹扩展速度。使用AUTODYN有限差分软件,裂纹软化模型及线性状态方程建立了相应的数值计算模型,结合实验-数值法确定预制裂纹的起裂韧度和扩展韧度,结果表明:动态冲击载荷下裂纹扩展速度不是一个常数;对于隆昌青砂岩,其动态扩展韧度与裂纹扩展速度成反比关系,扩展速度越大,扩展韧度越小;材料扩展韧度不是一个独立的材料参数,而是一个与裂纹扩展速度有关的参数。     

压缩载荷作用下分支裂纹断裂与扩展的数值和实验研究

材料中裂纹形态比较复杂,有弯曲,交叉或者分支等等,通过数值和实验的方法研究了在压缩载荷作用下分支裂纹的断裂问题,考虑分支裂纹倾角和长度对应力强度因子和裂纹扩展的影响。结果表明：裂纹倾角的增加使I型应力强度因子减小,而裂纹长度的增大使应力强度因子增大,长度较大的分支裂纹对长度较小的有一定的抑制作用。通过对张开型分支裂纹和弯折裂纹砂岩试件的单轴压缩试验,发现砂岩试件的破坏形式主要是以I型翼型裂纹扩展为主,其起裂位置距离裂纹尖端的距离随着分支裂纹角度的增大而减小;分支裂纹倾角越大,其翼型裂纹起裂角就越小但相应的起裂载荷却越大。还对张开型裂纹和闭合型裂纹做了一定的比较,发现张开型裂纹的起裂角要大于闭合型裂纹的起裂角,但其起裂载荷却正好相反。     

反求工程建模中基于CAD模型的修正技术

为了解决复杂外形产品反求工程(RE)建模经常遇到的零件CAD模型配合问题与尺寸精度、形状精度问题,提出按照测量数据建立基准零件的CAD模型和其他零件的CAD模型,并且从基准零件上取得相关配合面数据,对其他零件CAD模型进行修改的模型修正技术.     

动载荷作用下含倒U型孔洞裂纹试件的动力损伤行为研究

裂纹群对隧道围岩的动力学特性影响机制复杂程度远大于单裂纹缺陷。为了研究裂纹群对隧道围岩破坏行为的影响机制,采用PMMA制备含倒U型孔洞裂纹模型试样模拟含裂纹缺陷围岩工况,利用落锤冲击试验机进行动态加载,分析遭受冲击载荷作用下裂纹群在围岩内的损伤演化规律,随后采用有限差分法软件进行数值分析,对比论证试验结果的科学性,及分析在冲击载荷作用下裂纹群对围岩应力状态的影响,结果表明:(1)裂纹群对裂纹的扩展速度有显著地促进作用,多裂纹试件的裂纹扩展速度是单裂纹试件的1.277倍,且多裂纹试件的裂纹起裂时间明显缩短;(2)相对于单裂纹缺陷试件而言,多裂纹试件的动态断裂韧度明显降低,为单裂纹的58.72%;(3)多裂纹试件内I/II复合裂纹的起裂明显易于纯I型裂纹,且动态断裂韧度与II型动态应力强度因子有很大关系。     

巷道内Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在冲击载荷作用下的断裂行为分析

研究了巷道内纯Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在冲击载荷作用下的动态扩展特征,预制裂纹位于巷道拱顶圆弧区域与巷道对称轴线平行,并与巷道对称轴线的间距不同。以中低速落锤冲击试验机对砂岩巷道模型试样进行动态冲击加载,巷道内裂纹的起裂时间与扩展特性采用粘贴在裂纹尖端的应变片进行相应的测试分析。采用AUTODYN模拟巷道内裂纹的扩展路径,总体上数值结果与试验结果比较吻合,采用ABAQUS计算裂纹的应力强度因子,结合试验-数值法确定巷道模型内预制裂纹的起裂韧度。研究结果表明:Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹起裂过程中,既有Ⅰ型起裂韧度又有Ⅱ型起裂韧度,其比例大小与裂纹距离巷道对称轴的距离有关;纯Ⅰ型与Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹的扩展行为有很大差别,纯Ⅰ型裂纹起裂沿着原裂纹方向竖直向上扩展,而Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹与原裂纹成一定角度起裂,形成翼型裂纹,最后沿着最大主应力方向进行扩展,并且复合型裂纹在扩展过程中,存在明显的拐点特征。     

基于SCSCC试样的岩石复合型裂纹动态扩展特征研究

侧开单裂纹半孔板（single cleavage semi circle compression —SCSCC）试样是一种改进后的矩形板试样,本文采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置进行了冲击实验,完成了SCSCC试样纯I型及I-II复合型裂纹动态断裂实验,并针对实验进行了数值分析,研究了其扩展路径及扩展过程中的止裂问题。结果表明：1）SCSCC试件在实验过程中,纯I型裂纹扩展过程中尖端沿着原方向朝试件右侧移动,I-II复合型裂纹扩展过程中朝着试件中轴线方向（最大应力区）移动,且可以观察到止裂现象;应变片法是一种监测断裂时刻的有效方法。2）使用修正的最大主应力准则及引入能量释放率的拉伸断裂软化损伤（crack softening -CS）破坏准则可以有效解决岩石类材料的动态破坏问题,且可以描述材料全应力-应变破坏过程;3）I-II复合型裂纹SCSCC试件构型在研究岩石裂纹止裂领域具有较大优势。且SCSCC构型是一种大尺寸试样,可以减小岩石非均匀性带来的影响。     

脆性材料裂纹动态扩展规律的研究

为了研究脆性材料中动态裂纹的扩展规律,本文采用PMMA(有机玻璃)作为试件材料,通过钢板冲击实验和拉格朗日与SPH耦合模拟算法进行研究。在保持其他条件一致的情况下,通过改变冲击速度和初始裂纹角度进行分组实验,然后完全对应实验的冲击条件和试件状态进行分组模拟,最后对比分析。得出主要结论有：脆性材料动态裂纹的扩展形态主要是翼型扩展,还有非翼型的次生裂纹出现,翼型裂纹扩展方向竖直向下,次生裂纹扩展方向趋于水平;动态裂纹的扩展长度随冲击速度以指数趋势增长;试件中次生裂纹的出现,很大程度增加了裂纹扩展长度;翼型裂纹的扩展角度随着初始裂纹角度的增大而减小;拉格朗日与SPH耦合算法,能够逼真显示动态裂纹中翼型裂纹的扩展形态等等。     

压缩荷载下三条对称的共线裂纹应力强度因子的解析解(研究生论坛）

多裂纹问题已成为当前岩石力学及其相关领域的研究热点问题。对无限平面内3条对称的共线裂纹在双向压缩载荷下的应力强度因子进行了研究,考虑了裂纹表面摩擦力的影响及裂纹间的相互影响,并利用复变函数理论给出了其裂纹应力强度因子的精确解析解。通过数值计算,给出了侧压力以及裂纹间距对应力强度因子的影响规律,并进行了相应的光弹实验研究,其实验结果定性地验证了理论解的正确性。结果表明,裂纹应力强度因子都随着侧压力的增大而减小,随着裂纹间距的减小而增大。     

主应力方向对隧道稳定性影响规律的研究

采用模型实验方法和数值模拟方法探究了马蹄形隧道在不同方向主应力作用下围岩从初始损伤到完全破坏的全过程,归纳分析马蹄形隧道在不同方向主应力作用下的破坏规律。数值模拟方法采用最大拉应变准则,计算出隧道周边各点的相当应力,与模型实验结果吻合较好。结果表明,马蹄形隧道裂纹的产生和扩展大致沿主应力方向,马蹄形隧道围岩的破坏模式随主应力方向而改变。破坏应力的最大值出现在主应力与隧道成60°左右时,破坏应力的最小值则出现在主应力与隧道成45°左右和90°左右时,且45°左右方向的破坏应力与90°左右方向的破坏应力基本相同。     

节理方位对岩石爆破的影响规律

为了研究节理对岩石爆破的影响规律,建立了含节理的圆形PMMA板的2维爆破模型,炸药PETN和护套铜壳置于圆板中心,节理与炮孔的方位是变量。对于PMMA、铜壳、PETN分别采用线性、冲击波和JWL状态方程。模拟结果表明在爆炸荷载作用下,节理与炮孔距离对爆生裂纹的分布有很大影响,距离小时,节理靠近炮孔一侧形成拉伸破坏区,随着距离的增加,拉伸破坏区范围快速减小,节理对爆生裂纹分布的影响减小;倾斜节理总能扩展成一条主裂纹,随着角度的增加,节理靠近炮孔一侧的拉伸破坏区范围先增加,后减少,主裂纹随着拉伸破坏区减少而变长。