循环冲击载荷作用下砂岩破坏模式及其机理

利用岩石动静组合加载SHPB试验装置对不同静载砂岩试件进行循环冲击试验,研究其破坏模式.在研究岩石试件界面摩擦力的基础上,对不同静载作用下岩石试件的应力状态进行分析.研究应力波斜入射到微裂纹时的作用效应,探索具有一定静载的岩石在循环冲击作用下的破裂机理.研究结果表明:对具有三轴静载的试件,应力波在其最大剪应力所在平面进行斜入射时优先破坏.在循环冲击载荷作用下,具有轴向静载的岩石在破坏过程中具有明显的端部效应,而没有轴向静载的岩石则没有端部效应;静载荷的组合形式对岩石在循环冲击作用时的破坏模式影响较大;无静载荷作用时,岩石在循环冲击时逐步破坏成几块,破裂面平行于纵向面,属于张应变破坏;只有轴向静载作用时,岩石试件第1次破坏形成共轭双曲线型破裂面,进而在入射界面处发生破坏,破坏都属于张剪破坏;具有三轴静载作用时,由于轴向静载的不同,岩石最终破坏成圆锥台、圆锥体和V型锥体,破坏属于拉剪破坏.     

长方形岩石劈裂应力分析

 提出一种基于弹性力学平面问题傅里叶级数的长方形岩石劈裂应力解析方法。为了与该傅里叶级数解析方法比较,建立了相同劈裂载荷条件下长方形岩石三维有限元模型,分析了劈裂试件的应力分布,以及试件宽长比、垫条宽度对劈裂试件应力分布的影响。结果表明,两种方法的分析结果一致,劈裂试件的最大拉应力未出现在试件中心,而是出现在试件x=0 对称轴上靠近边界的某一点;最大拉应力随着垫条宽度2c 和试件宽长比b/a 的增加而减小;正方形试件的最大拉应力大于圆柱形试件的最大拉应力。通过类岩石材料劈裂实验,证明了该傅里叶级数解析方法描述的长方形岩石劈裂应力分布规律与实验结果相符。     

复合应力状态下砂岩损伤演化与裂纹扩展特征试验研究

为从细观尺度上研究复合应力状态下岩石中裂纹的扩展,采用数字图像相关技术,对砂岩人字形切槽巴西圆盘试件展开试验研究。基于试验中获取的试件在加载全程中的裂缝开口位移、全场域的应变场和位移场的分布和演变规律,对岩石的损伤演化及裂纹扩展机制和特征进行分析。结果表明:复合应力状态下岩石的损伤演化具有明显的阶段性;主要断裂形态为翼裂纹和次生裂纹,均为拉剪复合型裂纹;翼裂纹起裂位置随加载角度增大向试件中心靠近,沿曲线路径向加载点扩展,扩展中主导机制为拉伸;次生裂纹从柱面边缘起裂,以较平直路径向切缝尖端或切缝上某处扩展,扩展过程快速而不稳定,拉伸与剪切在其扩展机制中所占比重随加载角度变化。     

岩石热断裂破坏特性研究

岩石的热膨胀是不可逆的,会受加热历史的影响,加热时的特性和冷却后的特性差异较大. 本文研究了温度载荷作用下岩石材料在压缩和拉伸时的热断裂破坏过程,分析了岩石热断裂破坏的宏观力学特性,探讨了岩石宏观热破坏作用机理. 根据岩石热破坏机理与岩石强度准则,计算了试件在各温度作用下受压和受拉破坏时产生的最大应力. 计算结果能较好地与实验结果吻合.     

岩石SHPB劈裂分析理论研究

为了分析岩石在冲击载荷下的动态劈裂破坏情况,通过分析巴西圆盘在动态劈裂和静态劈裂时表面应力分布均匀化的相似性,可以将静态劈裂时的弹性理论应用到动态劈裂当中,得到巴西圆盘在动态劈裂下的动态抗拉强度、动态抗压强度、应变率和应变的计算公式.应用三维非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟巴西圆盘在分离式霍布金逊压杆实验装置上受冲击时动态劈裂的整个实验过程.基于动态抗拉强度公式和动态抗压强度公式,对试件的实际拉应力曲线与计算拉应力曲线进行对比,以及对实际压应力曲线与计算压应力曲线进行对比,通过对比曲线的相互吻合性证明数值模型适用于对岩石冲击劈裂破坏性质的研究.通过分析试样表面的应力均匀化过程以及试样表面对心压缩轴线上拉应力方向的应力分布情况,得出试样在对心压缩轴线表面上的破坏顺序是由从两个冲击端部向中心发展的;通过分析试样沿对心压缩轴线所切剖面上的拉应力分布,得出试样在厚度方向上的破坏顺序是由表面向内部发展的.     

陶瓷三点弯曲切口梁断裂实验与承载力分析

为探讨带切口陶瓷试件的最大承载力计算方法,采用实验机对7种不同切口尺寸的粗瓷矩形截面梁试件和4种切口尺寸的细瓷试件进行了三点弯曲加载实验,得到了各个试件的载荷一加载点位移关系曲线,并由实验最大载荷值和预制裂纹尺寸计算了其应力强度因子。通过黏聚裂纹模型和双K断裂准则计算弯曲切口梁的承载力,再由恒定应力强度因子计算该结构的承载力,并分别与实验载荷作比较。结果表明,由黏聚裂纹理论和双K断裂准则得到的计算值与实验结果符合较好。     

中低围压花岗岩细观破坏机制的数值模拟

采用数字图像处理技术表征花岗岩的细观结构,利用基于数字图像的岩石破裂过程分析系统(RFPA-DIP)建立反映花岗岩内部矿物颗粒分布的数值模型,进行花岗岩压缩数值试验,分析花岗岩压缩荷载作用下破坏机理.研究结果表明,花岗岩非均匀的细观结构起着使试件内部产生了拉应力区的作用;单轴压缩荷载作用下,试件在细观层次上以拉伸破坏为主;中低围压条件下,试件表现为张拉破坏和剪切破坏相互耦合的破坏方式,而且破坏机制随围压的增大是不断变化的,剪切破坏逐渐成为主控破坏方式.     

脉冲水射流破岩过程中的应力波效应分析

引入Johnson-Holmquist-Concrete岩石非线性本构关系,利用光滑流体粒子动力学方法,模拟了脉冲射流在破岩过程中应力波形成、传播及衰减过程,得出了高速脉冲射流作用下岩石表面不同位置处应力值随时间变化曲线,以及应力波峰值强度与离射流作用点距离的关系曲线,根据计算结果分析了岩石在应力波效应下的破坏行为以及射流速度、岩石性质对应力波效应的影响。分析结果表明：脉冲射流的应力波效应具有较强的局部性,应力波峰值强度随与射流作用点距离的增大而急剧减小;脉冲射流应力波强度、作用范围与射流速度呈正比例关系,其对岩石的体积破坏存在一个门限速度;不同岩性岩石在脉冲射流应力波作用下的破坏形式有所不同,砂岩等强度较低岩石的破坏形式主要为应力波对岩石加卸载过程中的拉应力下的裂纹扩展,而石灰岩、花岗岩等脆性硬岩的破坏形式主要为应力集中导致的纵向破坏。     

刀具侵入作用下节理岩体位移及应变场演化特征试验研究

为了研究在全断面岩石隧道掘进机(TBM)作用下节理岩体的变形破坏特征,采用DSCM方法,通过对加载过程中试件表面数字散斑图像进行计算分析,获得刀具侵入作用下临界状态不同节理参数(倾角和间距)试件表面的位移场以及应变场分布特征。研究结果表明:节理参数的不同对试件表面位移场和应变场分布有着明显的影响,节理的空间位置控制着试件表面变形局部化特征,进而影响裂纹的扩展模式。试件达到临界破坏状态时,其应变场的分布特征能够很好地反映损伤局部化的特点。     

高应力岩石局部化变形与隧道围岩灾变破坏过程

为了研究深埋隧道围岩变形局部化与渐进破坏现象,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,基于摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,采用大变形的计算方法,研究了岩石试件在单轴压缩状态下局部化现象启动、发展直至试件最终破坏的全过程,进一步结合隧道物理模型试验,探讨了高应力条件下隧道围岩变形局部化与渐进破坏的关系,发现岩石材料表现出的软化性状与剪切带形成的结构软化有着密切的联系,从围岩屈服区和软化带的分布规律找到高地应力隧道围岩渐进破坏的突破口,并指出岩体单元的弹性变形和单元屈服后岩体的塑性挤出是隧道开挖后收敛变形的主要原因.     

煤岩渗透率与煤与瓦斯突出关系理论探讨

为预测和防治煤与瓦斯突出，从断裂力学角度，在细观上分析阐述了原始环境条件下饱和瓦斯煤岩体受采掘活动影响，在围岩应力增高情况下，其内部裂隙发生发展过程与渗透率之间的关系，由此分析说明了煤岩体渗透率的变化对煤岩体和瓦斯突出的影响，对研究和防止矿井煤与瓦斯构成的固流耦合系统的失稳破坏，造成煤与瓦斯突出提供了一个新的思路。     

弯曲变形的轴类零件轴肩圆形圆角处的强度分布

通过等强过渡曲线与圆形圆角过渡曲线的对比,分析了弯曲变形的轴类零件圆形圆角过渡曲线附近的强度分布。导出了悬臂梁情况下危险点的坐标及两条曲线的差异:圆形圆角曲线位于等强曲线的下方,且与等强曲线有两个交点;最大正应力作用于两交点之间,而不是切点。采用本文的计算结果与实际轴类零件圆角附近的断裂位置一致。     

基于AE的深部复变环境下急斜特厚煤层开采动力失稳分析

华亭煤矿5#煤是赋存在深部的急斜特厚煤层,其开采扰动极其频繁,最大主应力与最小主应力相差较大,开采过程中频繁出现动力失稳并诱致衍生灾害.基于声发射的煤岩动力失稳行为实验与现场相关测试的比较,综合分析了复杂变化环境下煤岩在不同的动态拉伸比能、压缩变形阻力和剪切应力作用下的失稳声发射能率和总事件等定量规律.     

岩石内含物对激光破岩的影响

根据非定常传热原理分析了高斯激光光束作用到岩石表面时岩石内部的温度场分布情况,应用温度场分布结合热应力方程的方法分别模拟了岩石内部有无内含物时的热应力分布情况。数值模拟结果表明,同一激光光束作用相同时间,有内含物的岩石在内含物边缘附近产生的热应力比无内含物的大,即相同的激光功率和照射时间分别作用到有无内含物的岩石时,有内含物的岩石碎裂的可能性更大。在自然界中大多是含有杂质的岩石,该研究为含有内含物情况下的激光破岩提供了理论依据。     

半斜墙拱形煤岩巷道变形破坏试验

矿山巷道埋藏条件和开采环境复杂,为了探讨矿山煤岩巷道在采掘扰动中衍生的各种矿压显现特征,运用相似物理模拟与数值模拟相结合的方法,对半斜墙拱形煤岩巷道的变形破坏特征进行了试验分析。在试验设计中,对巷道模型边界采用了两相不等围压加载模式。结果表明,这种设计方案能够较好的模拟现场,所得数据与实测较吻合;巷道局部应力释放彻底,底臌及右帮变形破坏明显并主要沿软弱岩层的倾向方向发展。     

水泥混凝土机场道面企口接缝应力分析

利用三维有限元分析软件ANSYS ,对飞机荷载作用下以未设拉杆企口缝形式连接的两块水泥混凝土机场道面板进行了应力分析 ,计算了不同缝隙宽度企口缝的传荷能力及槽口应力分布状态 ,得出了飞机荷载作用下企口缝的破坏形式及可能发生的位置 ,为合理设置机场道面纵向接缝提供理论依据     

钴基合金静叶片焊接裂纹力学因素研究

采用热弹塑性有限元技术，分析研究了Ｃｏ基Ｓｔｅｌｌｉｔｅ３１合金静叶片电子束焊接时产生焊接裂纹的力学因素、焊接残余应力、与焊接装夹方式及焊接工艺的关系。结果表明：焊接过程中产生的冷裂纹，主要由于焊接过程中产生的收缩力引起；焊接方向和焊件的装夹方式对接头中的残余应力分布有较大的影响，焊缝两端附近的残余应力分布和焊接方向有关，焊端缝中心是拉应力，而在终焊端则是压应力；焊接速度及焊接线能量都对焊接残余应     

斜撑角钢杆对输电铁塔受力状态影响

输电杆塔作为复杂的格架式结构,杆件众多,目前并不明确各杆件对杆塔整体承载性能的影响,通过有限元仿真分析,系统研究某三档四塔塔线体系在风载作用下的应力分布情况,并结合某倒塔现场,确定杆塔支撑杆件对杆塔整体受力状态及稳定性的影响。研究结果表明:当杆塔完好连接时,在风载及覆冰作用下杆塔最大应力点处于塔脚位置。当杆塔横隔面处缺失1根斜材时,应力最大点转移至横隔面主材处;横隔面处缺失2根斜材时,应力最大点出现在横隔面辅材处。相比杆塔完好连接,当杆塔横隔面处分别缺失1根、2根斜材时,在风载作用下应力最大值增加61%、49%,在风载、覆冰和脱冰耦合作用下,应力最大值增加130%、230%。缺失2根斜材时,横隔面多根杆件会因为过载而出现弯折,引起杆塔由横隔面处弯折倒塌。研究结果对输电杆塔的结构设计、局部强化以及输电线路日常运维具有一定的参考价值。     

植筋系统力学性能的有限元分析

针对植筋系统某一点的应力不易测得的情况,利用ANSYS软件建立植筋有限元模型,在相同载荷和不同载荷条件下分别对不同锚固深度的植筋系统的力学性能进行有限元分析。结果表明,无论载荷是否相同,混凝土和钢筋中的von mises应力均由底部向上逐渐增大,最大值发生在锚固孔口处;随着锚固长度的增加,混凝土中的最大von mises应力有减小的趋势;植筋系统的破坏形态不仅与钢筋的锚固长度有关,还与钢筋的屈服强度和混凝土受到的约束有关。该研究为植筋的设计与施工提供了有益参考。     

中速柴油机活塞镶圈断裂的有限元分析

为减小某中速柴油机活塞镶圈在热负荷状态下的应力集中，消除活塞镶圈断裂现象，文中对该中速柴油机活塞及活塞镶圈建立三维有限元模型，进行活塞镶圈温度场、热变形及应力场的有限元计算分析，计算时把温度场和热变形作为结构应力计算的边界，从而获得活塞镶圈在热负荷状态下的综合应力场，有限元计算结果与实际相符，表明采用单件分析、结合面自由度耦合的方法简单实用，适用于活塞镶圈热负荷状态下的应力分析，分析结果显示，在活塞镶圈的固定销孔处产生了较大的应力集中，固定销孔的结构不合理是活塞镶圈断裂的主要因素之一。